孔下標準貫入儀的製作方法

2023-05-22 22:07:31

專利名稱：孔下標準貫入儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及巖土工程勘察技術領域，尤其是涉及一種適用於標準貫入 試驗中的孔下標準貫入儀。
背景技術：
在巖土工程勘察技術領域中，標準貫入試驗是一種非常便利和有效的 原位測試手段，其適合於在無法釆取原狀樣的砂土中進行試驗，通過該試 驗能夠間接確定地基中砂土層的密實度、變形模量、承載力等參數，另夕卜， 該試驗也可用於砂土液化的判定。標準貫入儀是巖土工程勘察中最常用的
原位測試設備，而標準貫入試驗(SPT)適合在粘性土和砂層中應用；並 且在標準貫入試驗中，其穿心錘重為63. 5kg，落距為76cm,而探頭為空 心管。試驗時，將標準貫入儀的探頭連接在鑽杆底部並下至孔底，再將穿 心錘的導杆與鑽杆頂部相連，同時將穿心錘提到76cm的高度，之後使穿 心錘自由落下，不斷重複進行試驗並記錄將標準貫入儀探頭貫入30cm深 度的錘擊數。
現有標準貫入試驗方法中所用標貫錘包括穿心錘、安全錘和自動錘等 類型，作業過程中其衝擊錘都在鑽探孔口以上，而衝擊錘的衝擊力通過鑽 杆傳遞到探頭。也就是說，現有衝擊錘都在孔外作業，其直徑大，高度小， 重量63.5kg。實際使用過程中，當孔深不大時( 一般小於20m),其鑽杆 變形對衝擊力的損耗較小，並且根據許多規範提供了杆長和地下水的修正 係數，因而修正後的試驗結果用於提供地基的巖土參數。但是，當孔深較 大時，鑽杆的變形和以及鑽杆在孔壁上的摩擦對衝擊力的損耗很大，如杆 長為25m時，按試驗要求的標準鑽杆直徑①為42mm,長徑比達595，此時
鑽杆完全為柔性的。使用過程中，鑽杆一旦彎曲，則貼在孔壁上，與孔壁
大面積接觸，因而鑽杆與孔壁之間的摩擦抵消了大部分軸向傳遞的衝擊
力。因此，當孔深超過20m時，現有的標準貫入試驗不具有實際意義。
綜上，現有標準貫入試驗的有效深度均在20m以內，而對於孔深在20m 以下，則由於用於傳遞衝擊能的鑽杆長徑比太大，大部分能量損耗在鑽杆 變形以及鑽杆與孔壁之間的摩擦消耗上，使得標準貫入試驗不具有實際意 義。因而，目前十分需要對現有的動探和標貫試驗技術加以改進，使其能 夠在深部地層中進行有效試驗。
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一 種孔下標準貫入儀，其結構簡單、合理且使用操作方便，消除了鑽杆對落 錘衝擊能的消耗，能夠在任一深度的深部地層中進行有效試驗。
為解決上述技術問題，本發明釆用的技術方案是 一種孔下標準貫入儀， 孔下標準貫入儀，由標貫頭、錘墊機構、重錘機構、抓脫提引機構以及導 向機構組成，其特徵在於所述重錘機構及其抓脫提引機構均封裝在密封 導管內，所述錘墊機構設置在密封導管的底部內側，所述重錘機構經所述 抓脫提引機構向上提升並自動脫放後在密封導管內作自由落體運動且最 終垂直作用在錘墊機構上；所述抓脫提引機構由從上至下穿入密封導管內 的拉杆以及固定在拉杆底部的自動抓脫裝置組成，所述標貫頭安裝在密封 導管的底部外側；所述導向機構為安裝在拉杆上的鑽杆；所述鑽杆、抓脫
提引機構、標貫頭、錘墊機構以及重錘機構依次從上至下位於同一直線上。 所述錘墊機構、重錘機構和密封導管均為圓柱體結構，所述重錘機構
的直徑不超過100mm。
所述密封導管為無縫鋼管。
所述重錘機構為由密封殼體以及封裝在所述密封殼體內的鉛錘芯組 成的衝擊錘，所述密封殼體由錘體外殼、錘底座和錘上座組成。
所述自動抓脫裝置為自動三爪夾緊裝置，所述自動三爪夾緊裝置由自

發明內容
動三爪爪體和分別安裝在自動三爪爪體上的自動三爪組成，自動三爪爪體 安裝在拉杆底部，所述錘上座上部外側對應設置有與自動三爪的抓鉤配合
使用的凹陷部；所述密封導管的高度與所述重錘機構需提升的高度相對 應，所述自動三爪夾緊裝置將重錘機構提升至自動三爪夾緊裝置緊靠密封 導管頂部後自動脫放。
所述密封導管的上下部分別通過密封導管上蓋和密封導管底座進行 密封，所述拉杆位於密封導管上的部分外側通過密封伸縮管進行加封，密 封伸縮管安裝在密封導管上蓋上且其上部套裝在拉杆上；所述密封伸縮管
所述防水鋼管與密封導管的外徑相同且二者間釆用螺紋方式進行連接。
所述密封導管底座下方設置有標貫頭連接頭，所述標貫頭通過標貫頭 連接頭安裝在密封導管底座底部；，所述密封殼體由錘體外殼以及分別設 置在錘體外殼上下部的錘上座和錘底座組成。
所述標貫頭與標貫頭連接頭之間以螺紋方式進行連接。
本發明與現有技術相比具有以下優點，l、結構簡單、合理且使用操 作方便、試驗所得數據準確；2、將現有標貫錘自孔口移至孔內，消除了 鑽杆對落錘衝擊能的消耗，因而能在較深地層中進行有效試驗，且降低了 杆長和地下水位校正的要求；3、適用面廣泛，同樣適用於水下試驗且試 驗效果良好，通過將重錘機構即衝擊錘密封以有效排除地下水的阻力，其 下部衝擊錘的活動段釆用密封導管即無縫鋼管進行密封，在無縫鋼管上部 即抓脫提引機構的上部提升段釆用可伸縮的彈性密封套進行加封，同時， 由於水壓較大，在彈性密封套外側加裝一防水鋼簡，該防水鋼簡與密封導 管同直徑且二者間釆用螺紋方式進行連接，該防水鋼簡主要用於減小水對 彈性密封套的壓力衝擊；4、適用範圍廣泛，將標貫頭換成重型動力觸探 頭後，也用於在砂層、礫石層和卵石層中做重型動力觸探試驗，因而具有
較強的實用性和推廣性。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
構示意圖。
2 —密封導管底座: 5—錘體外殼； 8—錘上座； ll一拉杆； 14一密封伸縮管；
3—錘擊底座； 6—鉛錘芯； 9一自動三 12 —密封導管上蓋; 15—鑽杆；
具體實施例方式
如

圖1所示，本發明由標貫頭、錘墊機構、重錘機構、抓脫提引機構 以及導向機構組成，其中，重錘機構及其抓脫提引機構均封裝在密封導管 7內，錘墊機構設置在密封導管7的底部內側。所述重錘機構經所述抓脫 提引機構向上提升並自動脫放後在密封導管7內作自由落體運動且最終垂 直作用在錘墊機構上；而抓脫提引機構由從上至下穿入密封導管7內的拉 杆ll以及固定在拉杆ll底部的自動抓脫裝置組成，所述標貫頭安裝在密 封導管7的底部外側；所述導向機構為安裝在拉杆11上的鑽杆15,並且 拉杆11和鑽杆15之間以螺紋方式進行連接，其鑽杆15直接與鑽機相接； 所述鑽杆15、抓脫提引機構、標貫頭、錘墊機構以及重錘機構依次從上至 下位於同一直線上，以保證重錘機構最終垂直姬在其下部的。本實施例中， 所述錘墊機構、重錘機構和密封導管7均為圓柱體結構錘墊機構。
所述重錘機構為由鐵製的密封殼體以及封裝在所述密封殼體內的鉛 錘芯6組成的衝擊錘，所述密封殼體由錘體外殼5以及分別設置在錘體外
殼5上下部的錘上座8和錘底座4組成。所釆用的自動抓脫裝置即自動脫 鉤裝置為自動三爪夾緊裝置，該自動三爪夾緊裝置由自動三爪爪體9和分 別安裝在自動三爪爪體9上的自動三爪10組成，自動三爪爪體9安裝在 拉杆11底部，所述錘上座8上部外側對應設置有與自動三爪10的抓鉤配
合使用的凹陷部。
所述密封導管7為無縫鋼管，並且所述無縫鋼管的高度與重錘機構即 衝擊錘的提升高度相對應，無縫鋼管的上下部分別通過密封導管上蓋12 和密封導管底座2進行密封，所述自動三爪夾緊裝置將重錘機構提升至自 動三爪夾緊裝置緊靠密封導管7頂部即密封導管上蓋12後自動脫放。所 述拉杆11位於無縫鋼管上的部分外側通過密封伸縮管14進行加封以防止 水滲入密封導管7，密封伸縮管14安裝在密封導管上蓋12上且其上部套 裝在拉杆ll上。另外，密封伸縮管14外側設置有套裝有一防水鋼管13, 該防水鋼管13與密封導管7的外徑相同且二者間釆用螺紋方式進行連接， 防水鋼管13的作用是防止外界水壓將密封伸縮管壓扁。密封導管底座2 下方設置有標貫頭連接頭1，所述標貫頭通過標貫頭連接頭1安裝在密封 導管底座2底部，並且標貫頭與標貫頭連接頭1之間以螺紋方式進行連接。 所述錘墊機構為安裝在密封導管底座2上的錘擊底座3。在實際應用過程 中，也可將所述標貫頭換為重型動力觸探頭，這樣可以使得本發明適用在 砂層、礫石層和卵石層中做重型動力觸探試驗。
綜上，本發明將重錘機構即衝擊錘移至孔下，標貫頭即標貫器探頭仍 採用現有設備，其改進之處在於現有標貫錘的衝擊錘均在孔外作業，其 直徑大，高度小，重量為63. 5kg;而本發明中所用衝擊錘即孔下錘由於位 於孔下，則其直徑要減小，實踐中一般釆用直徑為129,的鑽孔孔徑，因 而孔下錘的直徑不宜超過100mm,由於衝擊錘的直徑減小，則其長度相應 增大，重量仍保持63. 5kg不變。由於孔下錘的直徑減小，從而使其長度 增大，為了避免圓柱體錘體的長度過長，錘體內釆用鉛配重。由於衝擊錘 的重心較現有衝擊錘有所變化，因而通過力學分析並經理論計算，確定衝
擊錘合理的落距，確定衝擊錘落距的約東條件是本發明孔下錘的衝擊能與 現有孔口錘的衝擊能相等，這樣，也能夠保證兩種試驗結果有可比性。本
實施例中，選定衝擊錘的落距為76cm。
本發明的工作過程是試驗時，先用鑽具將試驗土層鑽至孔深標高以 上O. 15m處，再清除殘土；在本發明貫入前，先擰緊鑽杆15與拉杆11的 連接接頭，再將本孔下標準貫入儀放入孔內，以避免衝擊孔底；然後釆用 自動落錘法進行試驗。也就是說，先通過螺紋連接的鑽杆15將本發明並 放入孔內，並在孔口的鑽杆15上作標記，以便記錄擊入深度。試驗初始， 標貫錘即衝擊錘通過自動三爪10與拉杆11連接並位於密封導管7的底部， 由於衝擊錘的錘上座8上部外側對應設置有與自動三爪10的抓鉤配合使 用的凹陷部，因而自動三爪夾緊裝置的自動三爪10向下運動則能方便實 現對衝擊錘的自動掛鈎操作；當試驗開始時，標貫錘通過與鑽杆15連接 的拉杆ll被提升，此處鑽杆15與拉杆11通過螺紋連接，當提升至76cm 高度即所計算得出的合理落距時，由於所述密封導管7的高度與所述重錘 機構即衝擊錘需提升的高度即落距相對應，因而自動三爪IO上部與密封 導管7的內側頂部接觸並被壓縮，從而使自動三爪10的下端向外側運動， 從而實現自動三爪夾緊裝置對衝擊錘的自動脫鉤操作；脫鉤以後，標貫錘 脫落並實現自動落錘運動，標貫錘落下並頓在錘擊底座3上，從而通過錘 擊底座3將衝擊錘的錘擊力力傳至下方的標貫器探頭即標貫頭上。
一次落錘後，拉杆11隨鑽杆15向下運動，此時自動三爪夾緊裝置也 利用其重力作用，並通過軸線設計自動恢復平衡狀態。在這個過程中，自 動三爪10的上端偏離自動三爪爪體9，對應地下端靠近自動三爪爪體9, 由此標貫錘被再一次提起，並進行下一次的自動落錘運動；如此不斷往復。 實驗過程中，根據孔口鑽杆15上的標記，記錄每擊入10cm的標貫擊數即 錘擊次數；共擊入30cm後即終止試驗。待試驗完成後，提升鑽杆15，提 出貫入器，並取貫入器中的土樣進行鑑別、描述、記錄，同時量測土樣長 度。在整個試驗過程中，為了有效地防止水流滲入密封導管7,在密封導
管7上部加裝密封伸縮管14,同時在密封伸縮管14外側套裝防水鋼管13， 從而有效防止水壓力對密封伸縮管14的擠壓，因而內部密封伸縮管14同 時再次起到密封作用，防止水的滲入。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是
變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種孔下標準貫入儀，由標貫頭、錘墊機構、重錘機構、抓脫提引機構以及導向機構組成，其特徵在於所述重錘機構及其抓脫提引機構均封裝在密封導管(7)內，所述錘墊機構設置在密封導管(7)的底部內側，所述重錘機構經所述抓脫提引機構向上提升並自動脫放後在密封導管(7)內作自由落體運動且最終垂直作用在錘墊機構上；所述抓脫提引機構由從上至下穿入密封導管(7)內的拉杆(11)以及固定在拉杆(11)底部的自動抓脫裝置組成，所述標貫頭安裝在密封導管(7)的底部外側；所述導向機構為安裝在拉杆(11)上的鑽杆(15)；所述鑽杆(15)、抓脫提引機構、標貫頭、錘墊機構以及重錘機構依次從上至下位於同一直線上。
2. 按照權利要求1所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述錘墊機 構、重錘機構和密封導管(7)均為圓柱體結構，所述重錘機構的直徑不 超過100mm。
3. 按照權利要求l或2所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述密 封導管(7)為無縫鋼管。
4. 按照權利要求1或2所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述重 錘機構為由密封殼體以及封裝在所述密封殼體內的鉛錘芯(6)組成的衝 擊錘，所述密封殼體由錘體外殼(5)以及分別設置在錘體外殼(5)上下 部的錘上座(8)和錘底座(4)組成。
5. 按照權利要求4所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述自動抓 脫裝置為自動三爪夾緊裝置，所述自動三爪夾緊裝置由自動三爪爪體(9) 和分別安裝在自動三爪爪體(9)上的自動三爪(10)組成，自動三爪爪 體(9)安裝在拉杆(11)底部，所述錘上座(8)上部外側對應設置有與 自動三爪(10)的抓鉤配合使用的凹陷部；所述密封導管(7)的高度與 所述重錘機構需提升的高度相對應，所述自動三爪夾緊裝置將重錘機構提 升至自動三爪夾緊裝置緊靠密封導管(7)頂部後自動脫放。
6. 按照權利要求5所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述密封導 管(7)的上下部分別通過密封導管上蓋(12)和密封導管底座(2)進行 密封，所述拉杆(11)位於密封導管(7)上的部分外側通過密封伸縮管 (H)進行加封，密封伸縮管(14)安裝在密封導管上蓋(l2)上且其上 部套裝在拉杆Ul)上；所述密封伸縮管(14)外側設置有套裝有一防水 鋼管(13)。
7. 按照權利要求6所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述防水鋼 管(13)與密封導管(7)的外徑相同且二者間釆用螺紋方式進行連接。
8. 按照權利要求6所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述密封導 管底座(2)下方設置有標貫頭連接頭(1),所述標貫頭通過標貫頭連接 頭(1)安裝在密封導管底座(2)底部；所述錘墊機構為安裝在密封導管 底座(2)上的錘擊底座(3)。
9. 按照權利要求8所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述標貫頭與標貫頭連接頭(1)之間以螺紋方式進行連接。
10. 按照權利要求1或2所述的孔下標準貫入儀，其特徵在於所述 拉杆(11)和鑽杆(15)之間以螺紋方式進行連接。
全文摘要
本發明公開了一種孔下標準貫入儀，由標貫頭、錘墊機構、重錘機構、抓脫提引機構及導向機構組成，重錘機構及其抓脫提引機構均封裝在密封導管內，錘墊機構設置在密封導管底部內側，重錘機構經抓脫提引機構向上提升並自動脫放後在密封導管內作自由落體運動且最終垂直作用在錘墊機構上；抓脫提引機構由從上至下穿入密封導管內的拉杆及固定在拉杆底部的自動抓脫裝置組成，標貫頭安裝在密封導管底部外側；導向機構為安裝在拉杆上的鑽杆；鑽杆、抓脫提引機構、標貫頭、錘墊機構及重錘機構依次從上至下位於同一直線上。本發明消除了鑽杆對落錘衝擊能的消耗，在能在較深地層中進行有效試驗，且降低了杆長和地下水位校正的要求。
文檔編號E02D1/00GK101349050SQ20081015081
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者飛 劉, 平 徐, 徐繼維, 萍 李, 李同錄, 藺曉燕, 凱 賀, 成 趙, 陳春利 申請人:長安大學