地質勘探用擴孔裝置的製作方法
2023-12-09 18:22:21
專利名稱：地質勘探用擴孔裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及地質勘探技術領域，尤其涉及一種用於工程地質勘察的擴孔裝置。
背景技術：
靜力觸探是工程地質勘察原位測試工作中的一種項目。隨著城市建設規模 不斷擴大，高樓大廈拔地而起，特大型橋樑、高架立交不斷建成，大型工廠、 企業建設不斷擴大，基礎設施要求提高，工程地質勘察的技術相應提高，靜力 觸探貫入的技術要求深度也就要不斷提高。隨著貫入深度的增加，孔壁對探杆 的摩阻力也增加，總貫入力也就增加，因此要完成深孔靜探就更加費人力、費 物力、費時間，成本開資增大。要達到順利完成深孔靜探貫入，就必須在貫入 技術上進行創新，來滿足工程地質勘察的技術要求。擴孔器是用於靜力觸探貫入工作中的一種有效增加貫入深度的輔助器械。 其目的是在靜探孔貫入時，利用擴孔器擴孔來實現擴大孔徑、減少土層對探杆 的側壁摩阻力的技術目的，使深孔靜力觸探能一次性貫入完成，或有效地增加 一次性貫入深度。擴孔器的作用是通過擴孔器的擴孔在孔壁與探杆之間產生間隙，以減少土 層對杆的摩阻力。但現有擴孔器只能將探杆與孔壁之間的土進行擾動，不能有 效地進行擴孔和護孔壁，不能使探杆與孔壁產生間隙來達到減少摩阻力的目 的。因此，現有技術中阻力較大的深孔的靜力觸探不能一次性完成，不能夠在 探頭能承受壓力的前提下，對任何地區的土層進行一次性深孔貫入，其原因主 要是1，靜探孔經過擴孔器擴孔，孔壁與探杆之間首先產生一間隙，但該間隙 產生後，孔內真空負壓力隨之產生。如果不能解決孔內真空負壓力，孔壁自然 在真空負壓力和梨形壓縮變化的作用下回縮到探杆周圍，因此現有技術的擴 孔實際上只能起到擾動作用。2，孔壁與探杆之間沒有護孔壁材料，砂性土自然會塌孔，加上孔內真空負 壓力作用，沙土層孔隙中的水會被吸出到孔內。由於孔隙水的流出，沙土也自 然會塌浩，探杆摩阻力也就不能有效地減少。即使在擴孔器上開孔，雖然解決 了真空負壓問題和建立了護壁材料的輸運通道，但實際使用時由於靜探操作探頭須回零，當探杆往上提時，擴孔器上的孔自然會被砂土堵塞。當再貫入時， 通道已被堵塞，原有的問題仍然存在。
因此，現有的擴孔器在深孔貫入中，由於不能解決真空負壓力問題，不能 輸送泥漿，也就不能有效地減少側壁摩阻力，總的貫入阻力也就不能有效地解 決。因此，深孔貫入不能一次性完成，而是要進行分次衝孔、壓入，再衝孔、 再壓入，這樣既浪費人力、物力、時間，工作效率又不能提高，工程周期拉長， 也不能保證探頭在能承受壓力的前提下，對任何地區、任何土層進行深孔一次 性貫入工作。
因此，本領域的技術人員致力於開發一種能有效實現一次性深孔貫入的擴 孔器。
發明內容
有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能有 效實現一次性深孔貫入的地質勘探用擴孔裝置。
為實現上述目的，本發明提供了一種地質勘探用擴孔裝置，包括 一主芯 杆，所述主芯杆為一中空連接杆，具有一用於灌入泥漿的空腔，杆壁沿徑向上 至少具有一與所述空腔貫通的泥漿孔，所述主芯杆的兩端分別為連接端； 一密 封接頭，所述密封接頭用於連接探頭上的探杆並開設有供探頭線穿越的內孔， 所述內孔中設置有密封圈，所述內孔的尾端為與所述主芯杆固定連接的內孔連
接端；還包括一擴孔套筒，所述擴孔套筒為一中空迴旋體，可滑動地套設在所
述主芯杆外；所述擴孔套筒內腔具有一與所述泥漿孔位置對應的出漿空間，所
述擴孔套筒還具有一圓錐臺形的外擴孔面。所述主芯杆的一連接端與另一主芯
杆或鑽機固定連接；所述主芯杆的另一連接端與所述內孔連接端固定連接。 較佳地，所述主芯杆上對稱開設有兩所述泥漿孔。
較佳地，所述外擴孔面與所述主芯杆的軸線構成一擴孔角，所述擴孔角為
150。至175° 。
較佳地，所述主芯杆外表面上具有一臺階，用做所述擴孔套筒位移行程的 上止點。所述密封接頭的內孔連接端的外徑大於所述主芯杆外徑形成一階梯， 用做所述擴孔套筒位移行程的下止點。
本發明的泥漿灌入式擴孔器由於可持續反覆灌入泥漿，在探杆與孔壁之間 產生了有效間隙，並形成摩擦阻力較小的泥皮，大大減小了探杆與孔壁之間的 摩阻力，從而能在探頭能承受壓力的前提下，有效地解決了現有技術中多功能 探頭一次性深孔貫入過程中因摩擦阻力過大導致貫入深度較淺的問題，能一次 性有效地完成深孔貫入。而且本發明操作簡便、省力、省時、節約成本、提高 工作效率，縮短了工程周期。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說 明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
圖1是本發明一具體實施例中主芯杆的結構示意圖；圖2是本發明中密封接頭的結構示意圖；圖3是本發明中擴孔套筒的結構示意圖；圖4是本發明中擴孔器為下探並灌漿狀態的結構示意圖；圖5是本發明中擴孔器為上提並封閉泥槳狀態的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示為本發明的擴孔器中的主芯杆1。主芯杆1為一中空連接杆， 材質為45號鋼，並經熱處理提高鋼的強度。主芯杆1具有一用於灌入泥漿的 空腔11。杆壁12沿徑向上對稱開設有兩泥漿孔13、 14，泥漿孔13、 14均與 空腔11貫通。主芯杆1的兩端分別為連接端， 一端具有內螺紋可固定連接其他主芯杆， 另一端具有外螺紋可連接密封接頭，使靜探能正常貫入。主芯杆1的外表面上由於一段滑動導向面15，在該滑動導向面15的行程 端的外表面上具有一臺階16。如圖2所示，密封接頭2用於連接探頭上的探杆並開設有供探頭線穿越的 內孔21。內孔21的尾端為與主芯杆1固定連接的內孔連接端23，具有內螺紋。 擴孔器中的螺紋可以任選，不一定是方牙螺紋，只要螺紋連接牢固就可。密封接頭2的內孔連接端23的外徑大於主芯杆1外徑。如圖3所示，擴孔套筒3為一中空迴旋體，可滑動地套設在主芯杆1夕卜。 擴孔套筒3的主要作用是將孔壁擴大，使孔壁與探杆之間產生間隙，並輸送泥 漿。擴孔套筒3的內腔31中具有一段與滑動導向面15直徑相同的配合滑動面 32，還具有與泥漿孔13、 14位置對應的出漿空間33。擴孔套筒3還具有一圓錐臺形的外擴孔面34。外擴孔面34與主芯杆1的 軸線構成一擴孔角。本實施例中，擴孔角為168° 。在本發明的其他實施例中，擴孔角優選為 150°至175° 。本發明的擴孔器組裝時，首先將擴孔套筒3的出漿空間33 —端從主芯杆1 的小端套入，使擴孔套筒3的配合滑動面32與主芯杆1的滑動導向面15可滑 動配合，並以主芯杆1上的臺階16做為擴孔套筒3位移行程的上止點。然後，在密封接頭2的內孔21中設置一橡膠密封圈22，將密封接頭2的 內孔連接端23與主芯杆1上的外螺紋連接，並使主芯杆1的小端旋擰擠壓橡 膠密封圈22變形以擠壓探頭線，形成密封，阻止泥獎流到探頭上(探頭線連 接探頭與儀表，接受測試數據)。密封接頭2主要是通過橡膠密封圈3來阻止 泥漿在探杆內孔中所產生的壓力對探頭線路絕緣的損壞，使探頭能正常工作。
由於密封接頭2的內孔連接端23的外徑大於主芯杆1外徑，因此兩者連接 後形成一階梯24 (見圖4)，用做擴孔套筒3位移行程的下止點。
由於上止點及下止點的限位作用，擴孔套筒3隻能在主芯杆1的上、下止 點之間做滑動位移。
本發明的擴孔器在具體使用中，靜探貫入操作當每加一根探杆時，及時將 泥漿貫入到主芯杆l的空腔ll裡，貫滿即可。
如圖4所示，當擴孔器下探時，由於外擴孔面34受泥土的反作用力，擴孔 套筒3沿主芯杆1滑動至上止點位置，擴孔套筒3的內腔31打開。
此時， 一方面由於孔壁經過擴孔產生真空負壓力，另一方面，泥漿孔13、 14的位置與出漿空間33對應，主芯杆1的空腔11中的泥漿在自身重力和孔內 真空負壓力的作用下，從空腔11中經泥漿孔13、 14並經出漿空間33由擴孔 套筒3的內腔31中溢出擴孔器，流入到孔壁與探杆的間隙之間。此時，真空 負壓力也自然逐步減小至消失。
由於泥槳比重較大，稠度較高，因此，在孔壁上就會產生泥皮，起到壓孔、 護壁的作用，而且使探杆與孔壁能保持一定間隙。與此同時，泥漿也起到探杆 與孔壁之間的潤滑作用，減少了摩阻力。
如圖5所示，當靜探操作回零時，由於鑽孔的孔徑受到離心力的壓縮以及 土層層壓力的作用下，孔徑縮小小於擴孔套筒3的直徑。此時擴孔器上提，擴 孔套筒3受到孔壁對其向上的側壁摩阻力，擴孔套筒3的尾端受力，擴孔套筒 3沿主芯杆1滑動至下止點位置，擴孔套筒3的內腔31關閉。
此時，在下探狀態形成的泥槳溢出通道由於內腔31的關閉而堵塞，阻止了 砂土進入擴孔器的通道內，防止了泥漿通道被沙土堵塞。
由於上述結構，泥漿溢出通道在探杆上提或下探反覆交替的工作過程中不 會被鑽孔中的泥沙堵塞。本發明的泥漿擴孔器就起到減去孔內真空負壓力、輸 送泥漿、減少側壁摩阻力的有效功能，有效地實現了深孔靜力觸探一次性貫入 的技術目的。
在具體實施中，擴孔套筒3的外徑尺寸可以根據不同的土層來選用。 如遇硬朔的粘性土土層較厚的地區進行深孔靜探貫入，由於粘土的粘性大 和離心壓縮變化大，用直徑大的擴孔套筒。
遇到砂土層較厚的地區進行深孔靜探貫入，由於砂土的離心壓縮變化小，用外徑小的擴孔套筒。另外，為獲得良好的實施效果，泥漿灌入式擴孔器在具體使用時，靜探杆 的內孔直徑要保證泥漿能順利暢通。由於泥漿對淺部的軟弱粘性土的強度有影響，遇到淺部軟弱之粘性土層， 應用靜探護管將軟弱土層進行隔離，以防斷探杆。泥漿的配置要求比重大，稠度大，能在孔壁產生穩定的泥皮，使探杆與孔 壁產生潤滑。探頭線必須完好，不能因探頭線的損壞使泥漿進入探頭線內部影響探頭的 絕緣度。應該理解，在本發明的權利要求書、說明書中，所有"包括……"均應理 解為開放式的含義，也就是其含義等同於"至少含有……"，而不應理解為封 閉式的含義，即其含義不應該理解為"僅包含……"。綜上所述，本說明書中所述的只是本發明的幾種較佳具體實施例，以上實 施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。凡本技術領域中技術人員依本發 明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的 技術方案，皆應在本發明的權利要求保護範圍之內。
權利要求
1、一種地質勘探用擴孔裝置，包括一主芯杆，所述主芯杆為一中空連接杆，具有一用於灌入泥漿的空腔，杆壁沿徑向上至少具有一與所述空腔貫通的泥漿孔，所述主芯杆的兩端分別為連接端；一密封接頭，所述密封接頭用於連接探頭上的探杆並開設有供探頭線穿越的內孔，所述內孔中設置有密封圈，所述內孔的尾端為與所述主芯杆固定連接的內孔連接端；其特徵在於還包括一擴孔套筒，所述擴孔套筒為一中空迴旋體，可滑動地套設在所述主芯杆外；所述擴孔套筒內腔具有一與所述泥漿孔位置對應的出漿空間，所述擴孔套筒還具有一圓錐臺形的外擴孔面。
2、 如權利要求1所述的地質勘探用擴孔裝置，其特徵在於所述主芯杆的 一連接端與另一主芯杆或鑽機固定連接；所述主芯杆的另一連接端與所 述內孔連接端固定連接。
3、 如權利要求1所述的地質勘探用擴孔裝置，其特徵在於所述外擴孔面與所述主芯杆的軸線構成一擴孔角，所述擴孔角為150。至175° 。
4、 如權利要求1所述的地質勘探用擴孔裝置，其特徵在於所述主芯杆外表面上具有一臺階，用做所述擴孔套筒位移行程的上止點。
5、 如權利要求1所述的地質勘探用擴孔裝置，其特徵在於所述密封接頭的內孔連接端的外徑大於所述主芯杆外徑形成一階梯，用做所述擴孔套 筒位移行程的下止點。
6、 如權利要求1所述的地質勘探用擴孔裝置，其特徵在於所述主芯杆上對稱開設有兩所述泥漿孔。
全文摘要
本發明公開了一種地質勘探用擴孔裝置，包括一主芯杆為一中空連接杆，具有一用於灌入泥漿的空腔，杆壁沿徑向上至少具有一與空腔貫通的泥漿孔，主芯杆的兩端分別為連接端；一密封接頭用於連接探頭上的探杆並開設有供探頭線穿越的內孔，內孔中設置有密封圈，內孔的尾端為與主芯杆固定連接的內孔連接端；還包括一中空迴旋體的擴孔套筒，擴孔套筒可滑動地套設在主芯杆外；擴孔套筒內腔具有一與泥漿孔位置對應的出漿空間，擴孔套筒還具有一圓錐臺形的外擴孔面。本發明大大減小了探杆與孔壁之間的摩阻力，有效地解決了多功能探頭一次性深孔貫入過程中因摩擦阻力過大導致貫入深度較淺的問題，而且操作簡便、效率高。
文檔編號E02D1/02GK101314944SQ20081003966
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月26日 優先權日2008年6月26日
發明者張正發 申請人:上海市城市建設設計研究院