一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置及方法

1.本发明属于桩基承载力检测领域，具体涉及一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置及方法，适用于水上桩基水平承载力的检测以及极限承载力的评估。


背景技术：

2.风能是目前极具发展潜力的可再生能源之一，而海上风能更是由于其资源丰富、风速稳定、受环境噪声制约小等优点而受到广泛重视和青睐。海上风电工程建设也正如火如荼地展开。大直径单桩基础以加工制造简单、安装便捷、结构简单、受力明确等优势，被广泛应用于近海风力发电工程项目中。位于海上极端环境中的风机基础在服役期间会长期受到风、浪、流等水平荷载，使得单桩基础会发生较大的转角及水平变形，然而海上风机有着较高的变形控制要求，结构整体偏斜过大可能会造成叶片碰撞塔架及叶轮偏航，控制系统难以维持恒定的动力输出，导致单机发电量减少。因此进行桩基的水平承载力检测及极限承载力评估对于保证桩基安全服役有至关重要的作用。
3.目前水上大直径高桩基础的水平承载力检测技术大多需要在试验桩附近打入反力锚桩，通过反力装置对试验桩施加水平荷载，观察桩基的变形破坏情况，从而评估桩基承载力。这种方法非常传统可靠，但是也存在非常大的局限性，一是经济成本大，试验周期长，费时费力，打设反力锚桩及搭建加载装置和平台过程需要很长的周期，对于不同的试验桩需要重新搭建反力装置，过程非常繁琐费时费力耽误工期，所需要的测试费用可能高达上千万，也大大地增加了测试工作的经济成本。二是不能满足大直径桩基所需要的巨大试验反力，随着海上风电建设水平的提高，风电机组容量也越来越大，相应的桩基直径也越来越大，有的海上风电场的风机桩基直径达6.6 m，传统的荷载试验方法打入小直径锚桩已不能满足大直径桩所需要的试验反力。三是受力点过于单一，现有方法水平荷载作用点位置较单一，可能会造成桩身受力面积较小，局部压强过大，桩基自由端易出现折断、破损的现象，导致检测试验失败。因此，迫切需要研发一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置和方法，简化测试过程便于测试人员操作，降低测试成本和周期。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，针对现有桩基水平承载力检测存在的上述不足，提供一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置及方法，采用本发明装置及方法来进行水上大直径高桩基础水平承载力检测，不需要在试验桩的附近打入反力锚桩即可以满足大直径桩基所需要的测试反力，省去了大量反力锚桩的预制、运输、吊装及人工费用，避免了由于水平力作用点单一造成桩身破损导致试验失败的问题；另外检测装置操作简单快捷，节省了大量的检测工期，并且测试设备可以重复使用，进一步节省工程经济。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，布置在待测试验桩附近，至少包括第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳、传力缆绳、标记缆绳、第一定滑轮、第二定
滑轮、第一定滑轮支座、第二定滑轮支座、第一可调节三角支架、第二可调节三角支架、标记缆绳支架、底部支座、大吨位高精度测力计、第一试验船、第一锚链、第二锚链、第一锚爪和第二锚爪；所述第一加载缆绳、第二加载缆绳以及第三加载缆绳的一端分别与所述试验桩外壁不同点位连接，第一加载缆绳、第二加载缆绳以及第三加载缆绳的另一端汇合并与所述传力缆绳的一端连接；所述第一定滑轮固定在所述第一定滑轮支座上端，所述第一定滑轮支座固定在所述第一可调节三角支架顶端，所述第二定滑轮固定在所述第二定滑轮支座上端，所述第二定滑轮支座固定在所述第二可调节三角支架顶端，所述第一可调节三角支架和第二可调节三角支架的底端连接在所述底部支座上，所述底部支座安装在所述第一试验船的船板上；所述传力缆绳的另一端依次绕过所述第一定滑轮和第二定滑轮后，再通过一个金属连接扣与所述大吨位高精度测力计的一端连接，所述大吨位高精度测力计的另一端通过金属连接扣与所述标记缆绳的一端连接，所述标记缆绳的另一端穿过所述标记缆绳支架与大吨位电动卷扬机或者第二备用试验船连接；所述第一试验船的船首和船尾分别连接第一锚链和第二锚链，所述第一锚链和所述第二锚链分别通过第一锚爪和第二锚爪固定在海床或河床中。
6.按上述方案，所述试验桩外壁上预先焊接三个挂扣环，所述三个挂扣环在同一水平面上，所述第一加载缆绳、所述第二加载缆绳以及所述第三加载缆绳的一端分别通过一个金属连接扣与所述三个挂扣环连接，三点在同一水平面上。
7.按上述方案，所述第一加载缆绳、第三加载缆绳均与所述试验桩外壁相切，所述第二加载缆绳的延长线经过同水平面的所述试验桩的圆心。
8.按上述方案，所述标记缆绳支架的中心预留穿心圆孔，穿心圆孔的直径略大于所述标记缆绳的直径，使得所述标记缆绳可以穿过所述标记缆绳支架，并且保证在所述标记缆绳水平移动中不会受到来自所述标记缆绳支架的阻力；所述标记缆绳上标记有刻度线，用于直接在所述标记缆绳支架穿心圆孔处读取所述标记缆绳的水平位移。
9.按上述方案，所述第一加载缆绳、所述第二加载缆绳、所述第三加载缆绳、所述传力缆绳以及所述标记缆绳均为高强度钢绞线编制而成。
10.按上述方案，所述第一可调节三角支架和所述第二可调节三角支架分别设置三条支架腿，三条支架腿在水平面上的投影之间成120
°
夹角，所述第一可调节三角支架的三条支架腿通过张开或收缩将所述第一定滑轮支座固定在不同的高度，使得传力缆绳穿过所述第一定滑轮并与所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳连接的一段保持水平；所述第二可调节三角支架的三条支架腿通过张开或收缩将所述第二定滑轮支座固定在不同的高度，使得所述大吨位高精度测力计和标记缆绳与所述大吨位电动卷扬机或者所述第二备用试验船连接后也保持水平；固定好各条支架腿的张开角度后，支架腿底端通过螺栓与所述底部支座连接固定。
11.按上述方案，所述第一定滑轮支座及所述第二定滑轮支座均为圆形，其中所述第一定滑轮支座预留一个偏心圆孔，所述第一定滑轮固定在所述第一定滑轮支座的圆心位置，所述偏心圆孔的位置偏离所述第一定滑轮支座的圆心位置，使得所述传力缆绳绕过所述第一定滑轮后穿过所述偏心圆孔，所述偏心圆孔与三条支架腿的其中一条在同一竖直平面内，并且其余两条支架腿分布在所述第一定滑轮支座中心的两边。
12.按上述方案，所述底部支座通过螺栓固定在所述第一试验船船板上，所述标记缆
绳支架为合金钢板，所述标记缆绳支座焊接固定在所述底部支座上。
13.本发明还提供了一种采用上述水上大直径高桩基础水平承载力检测装置进行桩基水平承载力检测的方法，包括以下步骤：（1）前期准备：依据待测试验桩规格以及承载力要求设计测试方案及对应规格的测试装备，预制并准备相应的第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳、传力缆绳、标记缆绳、第一定滑轮、第二定滑轮、第一定滑轮支座、第二定滑轮支座、第一可调节三角支架、第二可调节三角支架、标记缆绳支架、底部支座、大吨位电动卷扬机、大吨位高精度测力计、第一试验船、第二备用试验船、第一锚链、第二锚链、第一锚爪、第二锚爪，；（2）试验船停靠：利用所述第一试验船将布置在第一试验船上的检测装置运输至待测试验桩水域附近，依据工程需求及设计的加载方向，利用所述第一锚链、第二锚链和所述第一锚爪、第二锚爪将所述第一试验船稳定停靠在距离待测试验桩2-5倍桩径的位置；（3）装置布设：首先将所述底部支座通过螺栓连接固定在所述第一试验船的船板上，然后通过所述金属连接扣将所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳的一端分别连接在待测试验桩外壁上，所述传力缆绳一端连接所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳的另一端，传力缆绳另一端绕过所述第一定滑轮和第二定滑轮后与大吨位高精度测力计连接，调整所述第一可调节三角支架，使得穿过所述第一定滑轮并与所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳连接的一段保持水平；所述大吨位高精度测力计的另一端与所述标记缆绳的一端连接，所述标记缆绳的另一端穿过所述标记缆绳支架的中心孔与所述大吨位电动卷扬机或者所述第二备用试验船连接，调整所述第二可调节三角支架，使得所述大吨位高精度测力计和标记缆绳与所述大吨位电动卷扬机或者所述第二备用试验船连接后也保持水平；最后将第一可调节三角支架和第二可调节三角支架通过螺栓固定在底部支座上；（4）开始测试：检测装置布设好之后，记录所述大吨位高精度测力计的初始拉力值，以及所述标记缆绳在所述标记缆绳支架中心处的初始刻度值；开始测试，通过打开所述大吨位电动卷扬机或者开动所述第二备用试验船张拉所述标记缆绳来提供测试所需要的水平作用力，进行逐步分级加载，同时记录每级荷载下所述大吨位高精度测力计测得的水平拉力值以及所述标记缆绳支架穿心圆孔处所述标记缆绳的刻度值；（5）后续工作：试验结束后，处理测试得到的原始数据，所述大吨位高精度测力计测得的水平拉力即为试验桩受到的水平力，所述标记缆绳的刻度值之差即为试验桩水平位移，绘制并分析荷载-位移曲线，评估桩基极限承载力，回收设备，完成海上桩基水平承载力测试试验。
14.按上述方案，所述步骤（3）中，所述大吨位电动卷扬机和所述第二备用试验船用来为试验桩提供水平作用力，对于承载力较低的试验桩采用所述大吨位电动卷扬机提供水平作用力，对于承载力较高的试验桩采用所述第二备用试验船提供水平作用力。
15.与传统桩基水平承载力测试方法相比，本发明水上大直径高桩基础水平承载力检测装置及方法的有益效果有：1、利用本发明水上大直径高桩基础水平承载力检测装置进行静载试验时不需要在试验桩附近打入一根或多根反力锚桩，即可以满足大直径桩基所需要的测试反力，省去了大量反力锚桩的预制、运输、吊装及人工费用，另外检测装置操作简单快捷，节省了大量
的检测工期，并且测试设备可以重复使用，进一步节省工程经济；2、本发明试验检测装置大部分布设在试验船上，装置的布设安装便捷，并且试验桩受到的水平力和产生的桩身位移的获取也较为简单巧妙，另外将传统测试方法中利用反力装置对试验桩施加推力的形式改为直接利用大吨位电动卷扬机或者试验船对试验桩施加拉力，更加便于测试工作人员操作；3、利用本发明水上大直径高桩基础水平承载力检测装置进行静载试验时采用三根加载缆绳对试验桩进行水平作用力的施加，避免了由于试验桩作用力点单一造成的桩壁破损而导致试验失败的情况；4、本发明水上大直径高桩基础水平承载力检测装置有至少两个实施例，对于桩径较小的桩基，极限承载力较小，可以直接采用试验装置中的大吨位电动卷扬机施加荷载，对于桩径很大的桩基，极限承载力较大，可以采用试验装置中的第二备用试验船施加荷载，巧妙充分利用了水上特有的地理优势和资源，两个实施例也使得本发明装置适用范围更广泛；5、另外本发明测试试验装置均在试验船上布设，对场地空间要求大大减小，可以适用于更广泛的水上施工环境，避免在海床中多打设锚桩也可以减少对海域环境的污染以及对海洋生物的影响。
附图说明
16.图1是本发明水上大直径高桩基础水平承载力检测装置实施例1的整体示意图；图2是本发明水上大直径高桩基础水平承载力检测装置实施例2的整体示意图；图3是本发明中试验桩与各个加载缆绳连接处的局部俯视图；图4是本发明中底部支座上部分试验装置的局部俯视图；图5是本发明中第一定滑轮支座装置的局部俯视图；图6是本发明中标记缆绳支架的局部侧视图；图中：1-试验桩，2-第一加载缆绳，3-第二加载缆绳，4-第三加载缆绳，5-传力缆绳，6-标记缆绳，7-第一定滑轮，8-第二定滑轮，9-第一定滑轮支座，10-第二定滑轮支座，11-第一可调节三角支架，12-第二可调节三角支架，13-标记缆绳支架，14-底部支座，15-大吨位电动卷扬机，16-大吨位高精度测力计，17-金属连接扣，18-第一试验船，19-第二备用试验船，20-第一锚链，21-第二锚链，22-第一锚爪，23-第二锚爪，24-偏心圆孔，25-螺栓，26-穿心圆孔。
具体实施方式
17.下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
18.参照图1-图2所示，本发明所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，包括第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4、传力缆绳5、标记缆绳6、第一定滑轮7、第二定滑轮8、第一定滑轮支座9、第二定滑轮支座10、第一可调节三角支架11、第二可调节三角支架12、标记缆绳支架13、底部支座14、大吨位电动卷扬机15、大吨位高精度测力计16、金属连接扣17、第一试验船18、第二备用试验船19、第一锚链20、第二锚链21、第一锚爪22和第二锚爪23，第一加载缆绳2、第二加载缆绳3以及第三加载缆绳4的一端分别通过金属
连接扣17与试验桩外壁不同点位连接，第一加载缆绳2、第二加载缆绳3以及第三加载缆绳4的另一端汇合并与传力缆绳5的一端连接；第一定滑轮7固定在第一定滑轮支座9上端，第一定滑轮支座9固定在第一可调节三角支架11顶端，第二定滑轮8固定在第二定滑轮支座10上端，第二定滑轮支座10固定在第二可调节三角支架12顶端，第一可调节三角支架11和第二可调节三角支架12的底端连接在底部支座14上，底部支座14通过螺栓25固定安装在第一试验船18的船板上；传力缆绳5的另一端依次绕过第一定滑轮7和第二定滑轮8后，再通过一个金属连接扣17与大吨位高精度测力计16的一端连接，大吨位高精度测力计16的另一端通过金属连接扣17与标记缆绳6的一端连接，标记缆绳6的另一端穿过标记缆绳支架13的穿心圆孔与大吨位电动卷扬机15或者第二备用试验船19连接，标记缆绳支架13为合金钢板，焊接固定在底部支座14上；第一试验船18的船首和船尾分别连接第一锚链20和第二锚链21，第一锚链20和第二锚链21分别通过第一锚爪22和第二锚爪23固定在海床中（实施例中以海床为例，也可以是河床）。
19.参照图2-图6所示，试验桩1外壁上预先焊接三个挂扣环，三个挂扣环在同一水平面上，第一加载缆绳2、第二加载缆绳3以及第三加载缆绳4的一端分别通过一个金属连接扣17与与试验桩1外壁上连接的三个挂扣环连接，第一加载缆绳2、第三加载缆绳4均与试验桩1外壁相切，第二加载缆绳3的延长线经过同水平面的试验桩1的圆心。实际试验时也可以根据特殊情况，选择外侧两个挂扣环与圆心的连线之间的夹角为90
°
~150
°
。第一可调节三角支架11和第二可调节三角支架12分别设置三条支架腿，三条支架腿在水平面上的投影之间成120
°
夹角，第一可调节三角支架11的三条支架腿通过张开或收缩将第一定滑轮支座9固定在不同的高度，使得传力缆绳5穿过第一定滑轮7并与第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4连接的一段保持水平，第二可调节三角支架12的三条支架腿通过张开或收缩将第二定滑轮支座10固定在不同的高度，使得大吨位高精度测力计16和标记缆绳6与大吨位电动卷扬机15或者第二备用试验船19连接后也保持水平；固定好各条支架腿的张开角度后，支架腿底端通过螺栓与底部支座14连接固定。第一定滑轮支座9及第二定滑轮支座10均为圆形，第一定滑轮7固定在第一定滑轮支座9的圆心位置，第一定滑轮支座9预留一个偏心圆孔24，偏心圆孔24的位置稍微偏离第一定滑轮支座9的圆心位置，使得传力缆绳5绕过第一定滑轮7后刚好穿过偏心圆孔24，穿心圆孔24与三条支架腿的其中一条在同一竖直平面内，并且其余两条支架腿分布在第一定滑轮支座9中心的两边（保证受拉力更稳定）；标记缆绳支架13中心也预留一个穿心圆孔26；偏心圆孔24的直径略大于传力缆绳5的直径，穿心圆孔26的直径略大于标记缆绳6的直径，使得各自的缆绳可以穿过，并且保证在缆绳移动中不会受到来自圆孔壁的阻力；标记缆绳6上还标记有刻度线，可以直接在标记缆绳支架13的穿心圆孔26处读取标记缆绳6的水平位移。
20.第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4、传力缆绳5以及标记缆绳6均为高强度钢绞线编制而成，可以编制成不同直径的缆绳。根据工程中试验桩的极限承载力，计算缆绳的极限抗拉强度，预制相应直径的缆绳。
21.大吨位电动卷扬机15和第二备用试验船19用来为试验桩1提供水平作用力，对于承载力较低的试验桩11采用大吨位电动卷扬机15提供水平作用力，对于承载力较高的试验桩1采用1第二备用试验船19提供水平作用力。
22.第一锚链20、第二锚链21、第一锚爪22及第二锚爪23均根据试验船的规格选择大
重量的船锚，保证第一试验船18平稳停泊在海上。
23.实施例1：对于桩径较小的桩基，极限承载力较小，直接采用试验装置中的大吨位电动卷扬机施加荷载，采用上述水上大直径高桩基础水平承载力检测装置进行桩基水平承载力测试的一种方法，包括以下步骤：（1）前期准备：依据待测试验桩规格以及承载力要求设计测试方案及对应规格的测试装备，预制并准备相应的第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4、传力缆绳5、标记缆绳6、第一定滑轮7、第二定滑轮8、第一定滑轮支座9、第二定滑轮支座10、第一可调节三角支架11、第二可调节三角支架12、标记缆绳支架13、底部支座14、大吨位电动卷扬机15、大吨位高精度测力计16、第一试验船18、第一锚链20、第二锚链21、第一锚爪22、第二锚爪23等试验设备；（2）试验船停靠：实施例中以海域为例，利用第一试验船18将检测装置运输至待测试验桩1海域附近，依据工程需求及设计的加载方向，利用第一锚链20、第二锚链21、第一锚爪22、第二锚爪23将第一试验船18稳稳地停靠在距离待测试验桩1的5倍桩径的位置；（3）装置布设：首先将底部支座14通过螺栓25连接固定第一试验船18的船板上，然后通过金属连接扣17将第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4的一端分别连接在待测试验桩1外壁上，传力缆绳5一端连接第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4，另一端绕过第一定滑轮7和第二定滑轮8后与大吨位高精度测力计16连接，调整第一可调节三角支架11，使得穿过第一定滑轮7并与第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4连接的一段保持水平；大吨位高精度测力计16另一端与标记缆绳6的一端连接，标记缆绳6的另一端穿过标记缆绳支架13的中心孔与大吨位电动卷扬机15连接，调整第二可调节三角支架12，使得大吨位高精度测力计16和标记缆绳6与大吨位电动卷扬机15连接后也保持水平；最后第一可调节三角支架11和第二可调节三角支架12通过螺栓25固定在底部支座14上；（4）开始测试：检测装置布设好之后，记录大吨位高精度测力计16的初始拉力值，以及标记缆绳6在标记缆绳支架13中心处的初始刻度值；开始测试，通过打开大吨位电动卷扬机15张拉标记缆绳6来提供测试所需要的水平作用力，进行逐步分级加载，同时记录每级荷载下大吨位高精度测力计16测得的水平拉力值以及标记缆绳支架13的穿心圆孔26处标记缆绳6的刻度值；（5）后续工作：试验结束后，处理测试得到的原始数据，大吨位高精度测力计16测得的水平拉力即为试验桩1受到的水平力，标记缆绳6的刻度值之差即为试验桩1受拉力点产生的水平位移，绘制并分析荷载-位移曲线，评估桩基极限承载力，回收设备，完成海上桩基水平承载力测试试验。
24.实施例2：对于桩径很大的桩基，极限承载力较大，采用试验装置中的第二备用试验船施加荷载，采用上述水上大直径高桩基础水平承载力检测装置进行桩基水平承载力测试的另一种方法，包括以下步骤：（1）前期准备：依据待测试验桩规格以及承载力要求设计测试方案及对应规格的测试装备，预制并准备相应的第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4、传力缆绳5、标记缆绳6、第一定滑轮7、第二定滑轮8、第一定滑轮支座9、第二定滑轮支座10、第一可调节
三角支架11、第二可调节三角支架12、标记缆绳支架13、底部支座14、大吨位高精度测力计16、第一试验船18、第二备用试验船19、第一锚链20、第二锚链21、第一锚爪22、第二锚爪23等试验设备；（2）试验船停靠：实施例中仍以海域为例，利用第一试验船18将检测装置运输至待测试验桩1海域附近，依据工程需求及设计的加载方向，利用第一锚链20、第二锚链21、第一锚爪22、第二锚爪23将第一试验船18稳稳地停靠在距离待测试验桩1的3倍桩径的位置；（3）装置布设：首先将底部支座14通过螺栓25连接固定第一试验船18的船板上，然后通过金属连接扣17将第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4的一端分别连接在待测试验桩1外壁上，传力缆绳5一端连接第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4，另一端绕过第一定滑轮7和第二定滑轮8后与大吨位高精度测力计16连接，调整第一可调节三角支架11，使得穿过第一定滑轮7并与第一加载缆绳2、第二加载缆绳3、第三加载缆绳4连接的一段保持水平；大吨位高精度测力计16另一端与标记缆绳6的一端连接，标记缆绳6的另一端穿过标记缆绳支架13的中心孔与第二备用试验船19连接，调整第二可调节三角支架12，使得大吨位高精度测力计16和标记缆绳6与第二备用试验船19连接后也保持水平；最后第一可调节三角支架11和第二可调节三角支架12通过螺栓25固定在底部支座14上；（4）开始测试：检测装置布设好之后，记录大吨位高精度测力计16的初始拉力值，以及标记缆绳6在标记缆绳支架13中心处的初始刻度值；开始测试，通过开动第二备用试验船19张拉标记缆绳6来提供测试所需要的水平作用力，进行逐步分级加载，同时记录每级荷载下大吨位高精度测力计16测得的水平拉力值以及标记缆绳支架13的穿心圆孔26处标记缆绳6的刻度值；（5）后续工作：试验结束后，处理测试得到的原始数据，大吨位高精度测力计16测得的水平拉力即为试验桩1受到的水平力，标记缆绳6的刻度值之差即为试验桩1受拉力点产生的水平位移，绘制并分析荷载-位移曲线，评估桩基极限承载力，回收设备，完成海上桩基水平承载力测试试验。
25.本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来说，根据本发明作出各种相应的更改和变型，相应的更改和变型都属于本发明权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，布置在待测试验桩附近，其特征在于，至少包括第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳、传力缆绳、标记缆绳、第一定滑轮、第二定滑轮、第一定滑轮支座、第二定滑轮支座、第一可调节三角支架、第二可调节三角支架、标记缆绳支架、底部支座、大吨位高精度测力计、第一试验船、第一锚链、第二锚链、第一锚爪和第二锚爪；所述第一加载缆绳、第二加载缆绳以及第三加载缆绳的一端分别与所述试验桩外壁不同点位连接，第一加载缆绳、第二加载缆绳以及第三加载缆绳的另一端汇合并与所述传力缆绳的一端连接；所述第一定滑轮固定在所述第一定滑轮支座上端，所述第一定滑轮支座固定在所述第一可调节三角支架顶端，所述第二定滑轮固定在所述第二定滑轮支座上端，所述第二定滑轮支座固定在所述第二可调节三角支架顶端，所述第一可调节三角支架和第二可调节三角支架的底端连接在所述底部支座上，所述底部支座安装在所述第一试验船的船板上；所述传力缆绳的另一端依次绕过所述第一定滑轮和第二定滑轮后，再通过一个金属连接扣与所述大吨位高精度测力计的一端连接，所述大吨位高精度测力计的另一端通过金属连接扣与所述标记缆绳的一端连接，所述标记缆绳的另一端穿过所述标记缆绳支架与大吨位电动卷扬机或者第二备用试验船连接；所述第一试验船的船首和船尾分别连接第一锚链和第二锚链，所述第一锚链和所述第二锚链分别通过第一锚爪和第二锚爪固定在海床或河床中。2.根据权利要求1所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，其特征在于，所述试验桩外壁上预先焊接三个挂扣环，所述三个挂扣环在同一水平面上，所述第一加载缆绳、所述第二加载缆绳以及所述第三加载缆绳的一端分别通过一个金属连接扣与所述三个挂扣环连接，三点在同一水平面上。3.根据权利要求1所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，其特征在于，所述第一加载缆绳、第三加载缆绳均与所述试验桩外壁相切，所述第二加载缆绳的延长线经过同水平面的所述试验桩的圆心。4.根据权利要求1所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，其特征在于，所述标记缆绳支架的中心预留穿心圆孔，穿心圆孔的直径略大于所述标记缆绳的直径，使得所述标记缆绳可以穿过所述标记缆绳支架，并且保证在所述标记缆绳水平移动中不会受到来自所述标记缆绳支架的阻力；所述标记缆绳上标记有刻度线，用于直接在所述标记缆绳支架穿心圆孔处读取所述标记缆绳的水平位移。5.根据权利要求1所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，其特征在于，所述第一加载缆绳、所述第二加载缆绳、所述第三加载缆绳、所述传力缆绳以及所述标记缆绳均为高强度钢绞线编制而成。6.根据权利要求1所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，其特征在于，所述第一可调节三角支架和所述第二可调节三角支架分别设置三条支架腿，三条支架腿在水平面上的投影之间成120
°
夹角，所述第一可调节三角支架的三条支架腿通过张开或收缩将所述第一定滑轮支座固定在不同的高度，使得传力缆绳穿过所述第一定滑轮并与所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳连接的一段保持水平；所述第二可调节三角支架的三条支架腿通过张开或收缩将所述第二定滑轮支座固定在不同的高度，使得所述大吨位高精度测力计和标记缆绳与所述大吨位电动卷扬机或者所述第二备用试验船连接后也保持水平；固定好各条支架腿的张开角度后，支架腿底端通过螺栓与所述底部支座连接固定。
7.根据权利要求1所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，其特征在于，所述第一定滑轮支座及所述第二定滑轮支座均为圆形，其中所述第一定滑轮支座预留一个偏心圆孔，所述第一定滑轮固定在所述第一定滑轮支座的圆心位置，所述偏心圆孔的位置偏离所述第一定滑轮支座的圆心位置，使得所述传力缆绳绕过所述第一定滑轮后穿过所述偏心圆孔，所述偏心圆孔与三条支架腿的其中一条在同一竖直平面内，并且其余两条支架腿分布在所述第一定滑轮支座中心的两边。8.根据权利要求1所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置，其特征在于，所述底部支座通过螺栓固定在所述第一试验船船板上，所述标记缆绳支架为合金钢板，所述标记缆绳支座焊接固定在所述底部支座上。9.一种采用上述权利要求1~8任意一项所述的水上大直径高桩基础水平承载力检测装置进行水上桩基水平承载力检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）前期准备：依据待测试验桩规格以及承载力要求设计测试方案及对应规格的测试装备，预制并准备相应的第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳、传力缆绳、标记缆绳、第一定滑轮、第二定滑轮、第一定滑轮支座、第二定滑轮支座、第一可调节三角支架、第二可调节三角支架、标记缆绳支架、底部支座、大吨位电动卷扬机、大吨位高精度测力计、第一试验船、第二备用试验船、第一锚链、第二锚链、第一锚爪、第二锚爪，；（2）试验船停靠：利用所述第一试验船将布置在第一试验船上的检测装置运输至待测试验桩水域附近，依据工程需求及设计的加载方向，利用所述第一锚链、第二锚链和所述第一锚爪、第二锚爪将所述第一试验船稳定停靠在距离待测试验桩2-5倍桩径的位置；（3）装置布设：首先将所述底部支座通过螺栓连接固定在所述第一试验船的船板上，然后通过所述金属连接扣将所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳的一端分别连接在待测试验桩外壁上，所述传力缆绳一端连接所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳的另一端，传力缆绳另一端绕过所述第一定滑轮和第二定滑轮后与大吨位高精度测力计连接，调整所述第一可调节三角支架，使得穿过所述第一定滑轮并与所述第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳连接的一段保持水平；所述大吨位高精度测力计的另一端与所述标记缆绳的一端连接，所述标记缆绳的另一端穿过所述标记缆绳支架的中心孔与所述大吨位电动卷扬机或者所述第二备用试验船连接，调整所述第二可调节三角支架，使得所述大吨位高精度测力计和标记缆绳与所述大吨位电动卷扬机或者所述第二备用试验船连接后也保持水平；最后将第一可调节三角支架和第二可调节三角支架通过螺栓固定在底部支座上；（4）开始测试：检测装置布设好之后，记录所述大吨位高精度测力计的初始拉力值，以及所述标记缆绳在所述标记缆绳支架中心处的初始刻度值；开始测试，通过打开所述大吨位电动卷扬机或者开动所述第二备用试验船张拉所述标记缆绳来提供测试所需要的水平作用力，进行逐步分级加载，同时记录每级荷载下所述大吨位高精度测力计测得的水平拉力值以及所述标记缆绳支架穿心圆孔处所述标记缆绳的刻度值；（5）后续工作：试验结束后，处理测试得到的原始数据，所述大吨位高精度测力计测得的水平拉力即为试验桩受到的水平力，所述标记缆绳的刻度值之差即为试验桩水平位移，绘制并分析荷载-位移曲线，评估桩基极限承载力，回收设备，完成海上桩基水平承载力测试试验。
10.根据权利要求9所述的一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置进行水上桩基水平承载力检测的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述大吨位电动卷扬机和所述第二备用试验船用来为试验桩提供水平作用力，对于承载力较低的试验桩采用所述大吨位电动卷扬机提供水平作用力，对于承载力较高的试验桩采用所述第二备用试验船提供水平作用力。

技术总结
一种水上大直径高桩基础水平承载力检测装置及方法，装置至少包括第一加载缆绳、第二加载缆绳、第三加载缆绳、传力缆绳、标记缆绳、第一定滑轮、第二定滑轮、第一定滑轮支座、第二定滑轮支座、第一可调节三角支架、第二可调节三角支架、标记缆绳支架、底部支座、大吨位高精度测力计、第一试验船、第一锚链、第二锚链、第一锚爪和第二锚爪；加载缆绳一端连接桩外壁一端连接传力缆绳；传力缆绳一端与各个连接试验桩的加载缆绳连接，另一端绕过定滑轮连接大吨位高精度测力计和标记缆绳之后再连接大吨位电动卷扬机或第二备用试验船。本发明避免打设反力锚桩，测试周期短、成本低，操作便捷且适用范围广，检测装置可重复使用，进一步节省工程经济。经济。经济。


技术研发人员：吴文兵 王立兴 刘鑫 杨晓燕 张云鹏 李艳梅 王凤喜 郭长江 刘浩 席睿辰
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/13