技术领域
[0001] 本
发明涉及静力触探装置，具体为一种水下可连续贯入的静力触探装置。
背景技术
[0002] 静力触探作为岩土工程技术领域进行土体原位测试的一种方法，是利用给进装置将底部装有
探头的探杆贯入土层，通过测量探头锥尖阻力和
侧壁摩擦力等参数来评价土体的基本物理力学特性，如土的
变形模量、土的容许承载力等。随着现今高层及超
高层建筑、拦海大坝、港口码头、人工岛礁、海上大型
风电基建和大型跨海大桥等不断涌现，勘探深度越来越深，打深孔很需要深层静力触探资料，但深层静力触探操作稍有不慎最容易出现孔斜，老黏土贯入困难并会出现曲线失真和断杆等问题。针对这些问题，研究出一种既能够做深层静力触探，又安全高效的原位测试设备和应用方法显得十分必要和迫切。
发明内容
[0003] 本发明提供了一种水下可连续贯入的静力触探装置，能够有效实现对探杆的连续贯入。
[0004] 本发明的技术方案在于：包括探杆、探头、海床
基座、贯入
支架、夹持油缸、探杆贯入机构、探杆回转机构及滑环，所述贯入支架设于海床基座上，探杆纵向穿过海床基座，夹持油缸水平设于贯入支架上，夹持油缸前端设置探杆贯入机构，所述探杆贯入机构能够夹持探杆并使探杆纵向运动，所述探杆上还套设有探杆回转机构，所述探杆和探头通过滑环连接。
[0005] 作为上述方案的优选，所述海床基座上设置两组正相对的贯入支架，每组贯入支架上水平设置一组夹持油缸，且两组夹持油缸的
活塞杆正相对，
活塞杆前端与探杆贯入机构连接。
[0006] 作为上述方案的优选，所述探杆贯入机构为端面配置有驱动
马达的摩擦轮，驱动马达与摩擦轮整体与夹持油缸的活塞杆活动连接。
[0007] 作为上述方案的优选，所述探杆回转机构包括固定盘、回转组件及夹持组件，所述固定盘中央设有阶梯孔，所述阶梯孔内设置回转组件及夹持组件，回转组件包括相互
啮合的蜗轮和
蜗杆，蜗轮设于阶梯孔内的台阶上，蜗轮内孔侧壁设有两个楔形槽，楔形槽下端深度大于上端深度，且下端延伸至蜗轮内孔下端口处，所述夹持组件包括两夹持
块、夹持轴推、
驱动轴及
轴承，所述两夹持块分别设于探杆两侧，位于蜗轮下方，夹持块内侧壁为凹陷的圆柱面，能够与探杆外壁配合，外侧壁设有一纵向的楔形块，所述楔形块能够与蜗轮内孔的楔形槽配合，夹持块的楔形块下端面设有一燕尾状滑块，所述轴承包括外环、内环及设于外环和内环之间的滚珠，所述内环上表面设有两处燕尾槽，所述燕尾槽长度方向沿内环径向，所述夹持块下端的燕尾状滑块与对应的燕尾槽配合，所述燕尾槽内靠近内环内孔的一侧封闭，该封闭侧与燕尾状滑块之间设有一组
弹簧，所述轴承内环上端面高于外环上端面，内环下端面高于外环下端面，所述夹持轴推为一环形件，设于轴承下方，轴承外环下端面与夹持轴推上表面固定连接，所述夹持轴推外侧壁设有一块纵向
齿条，所述齿条一侧设有与之啮合的
齿轮，所述齿轮与驱动轴连接。
[0008] 作为上述方案的优选，所述固定盘侧壁与蜗轮和夹持轴推对应的
位置各设有一水平通孔，所述蜗杆和驱动轴分别穿过对应的通孔后连接驱动马达。
[0009] 作为上述方案的优选，在两夹持块向上运动直至将探杆夹紧后，所述夹持轴推下端面与固定盘阶梯内孔的台阶面具有间隔。
[0010] 作为上述方案的优选，所述探杆下端与滑环的
转子连接，探头上端连接延长杆，延长杆上端与所述滑环的
定子连接。
[0011] 上述方案的有益效果在于：
[0012] 1、相比于现有的采用油缸纵向对探杆向下推动的贯入方式，本技术方案通过双油缸水平夹持、双摩擦轮连续驱
动能够实现对探杆的连续贯入，从而提高对探杆的贯入效率和贯入深度。
[0013] 2、本技术方案中采用探杆回转机构带动探杆回转，慢速回转的情况下能够对发生倾斜的探头进行纠偏，减小探杆及探头的贯入倾斜度，进而降低发生断杆的故障率；在探杆快速回转的情况下，能够通过探杆侧壁与周围土层的摩擦将周围老黏土打散，以降低探杆侧壁摩擦力，减少探杆整体贯入阻力，增加贯入深度。
附图说明
[0014] 图1为本发明的整体结构示意图。
[0015] 图2和图3为本发明中探杆回转机构的结构示意图。
[0016] 图4为夹持块的结构示意图。
[0017] 图5为本发明中
蜗轮蜗杆的安装示意图。
[0018] 图6为本发明中齿
轮齿条的安装示意图。
[0019] 图7为本发明中探杆及探头倾斜时的状态示意图。
具体实施方式
[0020] 以下结合附图详细描述本发明的
实施例。
[0021] 本实施例的结构包括探杆5、探头8、海床基座1、贯入支架10、夹持油缸4、探杆贯入机构、探杆回转机构2及滑环6，所述贯入支架10设于海床基座1上，探杆5纵向穿过海床基座1、探杆贯入机构和探杆回转机构2，夹持油缸4水平设于贯入支架10上，夹持油缸4前端设置探杆贯入机构，所述探杆贯入机构能够夹持探杆5并使探杆5纵向运动，所述探杆5上还套设有探杆回转机构2，所述探杆5和探头8通过滑环6连接。
[0022] 在本实施例中，所述海床基座1上设置两组正相对的贯入支架10，每组贯入支架10上水平设置一组夹持油缸4，且两组夹持油缸4的活塞杆正相对，活塞杆前端与探杆贯入机构连接。
[0023] 在本实施例中，所述探杆贯入机构为端面配置有驱动马达9的摩擦轮3，摩擦轮3与夹持油缸4的活塞杆活动连接。
[0024] 在本实施例中，所述探杆回转机构2包括固定盘201、回转组件及夹持组件，所述固定盘201中央设有阶梯孔，所述阶梯孔内设置回转组件及夹持组件，回转组件包括相互啮合的蜗轮202和蜗杆206，蜗轮202设于阶梯孔内的台阶上，蜗轮202内孔侧壁设有两个楔形槽，楔形槽下端深度大于上端深度，且下端延伸至蜗轮202内孔下端口处，所述夹持组件包括两夹持块203、夹持轴推205、驱动轴207及轴承204，所述两夹持块203分别设于探杆5两侧，位于蜗轮202下方，夹持块203内侧壁为凹陷的圆柱面，能够与探杆5外壁配合，外侧壁设有一纵向的楔形块2031，所述楔形块2031能够与蜗轮202内孔的楔形槽配合，夹持块203的楔形块2031下端面设有一燕尾状滑块2032，所述轴承204包括外环2041、内环2042及设于外环2041和内环2042之间的滚珠，所述内环2042上表面设有两处燕尾槽2043，所述燕尾槽2043长度方向沿内环2042径向，所述夹持块203下端的燕尾状滑块2032与对应的燕尾槽2043配合，所述燕尾槽2043内靠近内环2042内孔的一侧封闭，该封闭侧与燕尾状滑块2032之间设有一组弹簧2044，所述轴承204内环2042上端面高于外环2041上端面，内环2042下端面高于外环2041下端面，所述夹持轴推205为一环形件，设于轴承204下方，轴承204外环2041下端面与夹持轴推205上表面固定连接，所述夹持轴推205外侧壁设有一块纵向齿条2051，所述齿条2051一侧设有与之啮合的齿轮2052，所述齿轮2052与驱动轴207连接。
[0025] 作为上述方案的优选，所述固定盘侧壁与蜗轮202和夹持轴推205对应的位置各设有一水平通孔，所述蜗杆206和驱动轴207分别穿过对应的通孔后连接驱动马达。
[0026] 作为上述方案的优选，在两夹持块203向上运动直至将探杆5夹紧后，所述夹持轴推205下端面与固定盘阶梯内孔的台阶面具有间隔。
[0027] 在本实施例中，所述探杆5下端与滑环6的转子连接，探头8上端连接延长杆7，延长杆7上端与所述滑环6的定子连接。
[0028] 连续贯入的工作原理如下：
[0029] 在进行探杆5贯入时，两夹持油缸4向前推进，使两摩擦轮3通过侧壁的V形凹槽将探杆5夹持住，摩擦轮3上配置的驱动马达9驱动摩擦轮3相向转动，以带动探杆5向下贯入。这种贯入方式相对于现有的采用立式油缸向下推动探杆5贯入的方式，能够实现连续贯入，以提高贯入效率。
[0030] 探杆回转原理如下：
[0031] 在贯入过程中，在不需要带动探杆5回转时，夹持块203上端位于蜗轮202内孔的下部，此时两夹持块203未将探杆5夹紧，使得探杆5能够在贯入机构的作用下进行贯入。当需要将探杆5夹紧回转时，与驱动轴207连接的马达工作，驱动轴207前端齿轮带动齿条上升，齿条带动夹持轴推205向上运动，从而使轴承204上方的夹持块203沿楔形槽向上运动，直至使两夹持块203将探杆5夹紧，然后与蜗杆206连接的马达工作，蜗杆206带动蜗轮202回转，从而使两夹持块203带动探杆5回转。
[0032] 回转结束后，齿轮齿条机构带动夹持轴推205向下运动，由于轴承204外环2041与夹持轴推205固定连接，轴承204内环2042与夹持块203通过燕尾槽2043卡合，因此夹持轴推205能够带动夹持块203向下运动，从而将探杆5松开，而且燕尾槽2043内的弹簧2044能够通过弹力将夹持块203向外推动，使夹持块203能够快速与探杆5分离。
[0033] 探杆纠偏原理如下：
[0034] 由于操作或土层的问题会出现孔斜，如图3所示，当通过探头8内设置的倾斜计(
现有技术)检测到探头8已经开始发生微小倾斜时，夹持油缸4拉动摩擦轮3松开探杆5，两夹持块203将探杆5夹紧，然后蜗杆206带动蜗轮202慢速回转一周以上，以带动探杆5慢速回转，探杆5在回转的过程中通过探头8内的倾斜计实时监测探头8倾斜
角度，找出探杆在回转过程中，探头倾斜角度的最小值，然后将探杆旋转角度调整到此位置，即可实现对探头的纠偏。其主要原因是：探杆本身是直杆，弯曲形变后具有回弹
应力，并且在慢速转动一至两周的过程中总会遇到周围土阻力小的位置，而在土阻力小的位置，探杆会向中心靠拢，探杆在向中心靠拢的过程中，带动下端的延长杆及探头往中心靠拢(摆动)，以此达到减小探头倾斜角度的目的。
[0035] 然后蜗轮202蜗杆206停止转动，夹持块203松开探杆5，上方摩擦轮3再次夹紧探杆5进行贯入操作。
[0036] 减小摩擦阻力的原理如下：
[0037] 当贯入阻力太大以致无法贯入时，摩擦轮3松开探杆5，两夹持块203夹紧探杆5，然后蜗轮202进行快速长时间旋转，将探杆5侧壁的摩擦阻力减小到最小，进而减小整体贯入阻力。
[0038] 为不影响探头8的测试，在探头8上部规范距离设有滑环6，探杆5在旋转时，滑环6转子和探杆5内部线缆随着探杆5一起旋转，而滑环6定子和滑环6下方的延长杆7及探头8仍是静止不动的，因此能够有效避免探杆5旋转时，探头8需要同步旋转的问题。
[0039] 该装置不仅可以进行连续贯入，还可以通过减少探杆5的侧壁摩擦力和倾斜角度，提高贯入深度，并可以减小出现断杆故障的发生概率。
[0040] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
