鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置以及試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，包括鉆機、升降裝置、鉆機主動桿、鉆桿、加壓裝置、壓力傳感器、探頭、數(shù)據(jù)連接線、數(shù)據(jù)采集儀，升降裝置設置在鉆機內(nèi)部，鉆機主動桿豎直設置并且裝配在升降裝置，鉆機主動桿的底端和鉆桿的頂端通過加壓裝置連接，鉆桿豎直設置，其底部連接壓力傳感器的頂部，壓力傳感器的底部連接探頭，壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集線連接至數(shù)據(jù)采集儀。本發(fā)明還公開了一種利用上述鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗方法。本發(fā)明的有益效果在于，從深層平板載荷試驗的原理出發(fā)，開發(fā)一種鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，解決快速量測深部地基土層的極限阻力問題。
【專利說明】鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置以及試驗方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置以及試驗方法，屬于巖土工程勘察 的【技術(shù)領域】之中。

【背景技術(shù)】
[0002] 巖土工程勘察中對深部地基土層和大直徑樁樁端土層承載力的確定，深層平板載 荷試驗是最具說服力、最權(quán)威的試驗方法，但該試驗費時費力，花費很大，在勘察階段一般 不安排，而采用理論計算、其它原位試驗手段結(jié)合地區(qū)和工程經(jīng)驗綜合判定土層的承載力。
[0003] 根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2011，深層平板載荷試驗適用于確定深部 地基土層及大直徑樁樁端土層在承壓板下應力主要影響范圍內(nèi)的承載力和變形參數(shù)。該試 驗的承壓板采用直徑為〇. 8m的剛性板，試驗時要求緊靠承壓板周圍外側(cè)的土層高度應不 少于80cm。加荷等級可按預估極限承載力的1/10?1/15分級施加，每級加荷后，第一個小 時內(nèi)按間隔l〇、l〇、l〇、15、15min，以后為每隔半小時測讀一次沉降；當在連續(xù)兩小時內(nèi)，每 小時的沉降量小于〇. 1_時，則認為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載。當出現(xiàn)下列情況之一時， 可終止加載：
[0004] 1)沉降S急驟增大，荷載?沉降（p?S)曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且 沉降量超過〇.〇4d(d為承壓板直徑）；
[0005] 2)在某級荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定；
[0006] 3)本級沉降量大于前一級沉降量的5倍；
[0007] 4)當持力層土層堅硬，沉降量很小時，最大加載量不小于設計要求的2倍。
[0008] 試驗結(jié)束后，根據(jù)荷載?沉降（p?s)曲線的特征確定被試驗土層的承載力特征 值。
[0009] 該試驗終止加荷一個重要依據(jù)是在某級荷載下，承壓板的沉降很大或不能穩(wěn)定， 反之，憑觀察可直接看出來的沉降很大或土體失穩(wěn)狀態(tài)所對應的荷載也反映出該土體的極 限承載力。本試驗裝置即是以此原理為依據(jù)來測定土層的極限承載力，在加壓裝置施加的 壓力作用下，平底探頭被緩慢壓入土層中，隨著壓入深度由小到大，壓力傳感器所測得的壓 力值也由小值逐漸增大至一個較穩(wěn)定的值，該值即反映了被測試土層遭受破壞時的極限承 載力。
[0010] 巖土工程勘察常用的原位測試技術(shù)具有以下不同的缺點：
[0011] 1、標準貫入、動力觸探試驗：標準貫入、動力觸探等原位測試試驗的結(jié)果僅僅是個 擊數(shù)值，是土層性質(zhì)的綜合模糊表征，不具有明確的力學意義。
[0012] 2、旁壓、扁鏟試驗：盤壓、扁鏟試驗施加的是水平向的壓力，其直接測量的壓力是 水平向的壓力，需要結(jié)合試驗結(jié)果通過地區(qū)經(jīng)驗換算得到被測土層的承載力。
[0013] 3、靜力觸探試驗相比：靜力觸探試驗一般用專門的靜力觸探儀從地面開始進行連 續(xù)試驗，試驗過程中不能觀察到試驗深度處的土層情況。雖然靜力觸探試驗也可以結(jié)合鉆 探過程進行，但由于靜力觸探設備是專用設備，與鉆機交替使用勞動強度大，一會兒用鉆機 鉆探，一會兒將鉆機移走安上靜力觸探設備做試驗，非常麻煩，效率非常低，在實際的巖土 工程勘察中根本不會采用這種辦法。
[0014] 擬研發(fā)的試驗裝置和方法從深層平板載荷試驗的原理出發(fā)，開發(fā)一種將鉆探和靜 力壓入試驗相結(jié)合的試驗裝置和方法，以鉆機自重作為反力，通過加壓裝置緩慢加壓，連續(xù) 測定探頭所受到的壓入阻力，通過對壓入量的直觀量測，判斷被測土層的極限破壞荷載，進 而確定土的承載力。擴大了試驗范圍，提高了試驗效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，從深層平板 載荷試驗的原理出發(fā)，開發(fā)一種鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，解決快速量測深部地基土 層的極限阻力問題。
[0016] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0017] 一種鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，包括鉆機、升降裝置、鉆機主動桿、鉆桿、加壓 裝置、壓力傳感器、探頭、數(shù)據(jù)連接線、數(shù)據(jù)采集儀，上述升降裝置設置在上述鉆機內(nèi)部，上 述鉆機主動桿堅直設置并且裝配在上述升降裝置，上述鉆機主動桿的底端和上述鉆桿的頂 端通過加壓裝置連接，上述鉆桿堅直設置，其底部連接上述壓力傳感器的頂部，上述壓力傳 感器的底部連接上述探頭，上述壓力傳感器通過上述數(shù)據(jù)采集線連接至上述數(shù)據(jù)采集儀。
[0018] 進一步地，上述探頭的底面設置為平底。
[0019] 進一步地，上述探頭的側(cè)面由下至上向內(nèi)逐漸傾斜。
[0020] 進一步地，上述加壓裝置設置為液壓千斤頂。
[0021] 進一步地，上述鉆桿的底部和壓力傳感器的頂部采用螺紋連接，上述壓力傳感器 的底部和探頭用螺紋連接。
[0022] 進一步地，上述數(shù)據(jù)連接線設置有長度刻度標示。
[0023] 一種利用上述鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗方法，步驟包括：
[0024] S1 :利用鉆機進行正常的鉆探；
[0025] S2 :鉆探至需要測試土層極限壓入阻力的土層和深度，停止鉆探，提出鉆桿，清理 鉆頭和孔內(nèi)廢土；
[0026] S3:將原鉆探鉆頭拆卸下來，將壓力傳感器連接在鉆桿的底部，將探頭安裝在壓力 傳感器的底部；
[0027] S4:將數(shù)據(jù)連接線分別接到壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集儀，將探頭放至鉆孔底，查看數(shù) 據(jù)連接線上的長度刻度值，記錄當前試驗深度，將液壓千斤頂安裝連接在鉆桿上部與鉆機 主動桿之間；
[0028] S5:啟動液壓千斤頂由小到大平穩(wěn)施加壓力，至某一壓力值時，探頭被緩慢壓入土 層，保持該壓力值使探頭勻速壓入土層，直至千斤頂行程5-10厘米，試驗過程中，數(shù)據(jù)采集 儀以每秒1次的頻率自動記錄測試數(shù)據(jù)，試驗結(jié)束時保存測試數(shù)據(jù)，完成一次試驗；
[0029] S6:試驗完成后，卸下液壓千斤頂，提出鉆桿，拆卸壓力傳感器、靜力壓入探頭、數(shù) 據(jù)連接線和數(shù)據(jù)采集儀，重新安裝上鉆頭，繼續(xù)鉆探。
[0030] S7 :重復S1至S6,直至鉆探至預定深度和完成所有的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗。
[0031] S8 :將試驗記錄的數(shù)據(jù)導入軟件，生成可以打印的試驗報告。
[0032] 本發(fā)明的有益效果：
[0033] 1、試驗安排的機動性和靈活性比較強。在勘察工地，現(xiàn)場巖土工程師通過觀察鉆 探提取的土層了解地下土層的情況，可以根據(jù)擬建建筑物的要求和現(xiàn)場工程地質(zhì)條件隨時 在合適的土層和深度安排該試驗；也可以為查明一定深度范圍內(nèi)土層性質(zhì)變化的連續(xù)性， 規(guī)定每隔1?1. 5米后就進行一次試驗。
[0034] 2、試驗結(jié)果與鉆探發(fā)現(xiàn)的土層情況結(jié)合的比較緊密。通過前面鉆探提取的土樣， 現(xiàn)場的工程師對土層的性狀有了基本的鑒定和掌握，隨后試驗量測到的壓入阻力以定量的 力學數(shù)據(jù)反映了該土層的性質(zhì)。
[0035] 3、試驗的深度除受鉆探影響外，沒有其他的限制。由于是結(jié)合鉆探過程進行試驗， 鉆探到多深，試驗就可做到多深。
[0036] 4、試驗設備簡約輕便，隨鉆機攜帶，設備成本低，試驗效率比較高，對鉆探進度影 響小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1為實施案例1的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖2為實施案例1的鉆桿、壓力傳感器、探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖3為實施案例2的采集儀記錄的壓入阻力數(shù)據(jù)通過配套軟件生成的曲線圖。

【具體實施方式】
[0040] 下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0041] 實施案例1 :
[0042] 圖1為實施案例1的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為實施案 例1的鉆桿、壓力傳感器、探頭的結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖1、圖2 :
[0043] 鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，包括鉆機10、升降裝置1、鉆機主動桿2、鉆桿3、加 壓裝置8、壓力傳感器4、探頭5、數(shù)據(jù)連接線6、數(shù)據(jù)采集儀7,上述升降裝置1設置在上述鉆 機10內(nèi)部，上述鉆機主動桿2堅直設置并且裝配在上述升降裝置1，上述鉆機主動桿2的底 端和上述鉆桿3的頂端通過加壓裝置8連接，上述鉆桿3堅直設置，其底部連接上述壓力傳 感器4的頂部，上述壓力傳感器4的底部連接上述探頭5,上述壓力傳感器4通過上述數(shù)據(jù) 采集線6連接至上述數(shù)據(jù)采集儀7。
[0044] 在本實施案例中，探頭5的底面設置為平底，側(cè)面由下至上向內(nèi)逐漸傾斜。
[0045] 探頭根據(jù)深層平板載荷試驗原理采用平底的設計方式，平底的型式更接近建筑物 基礎的實際狀況，相比于靜力觸探試驗用的呈60°角的錐形探頭，平底探頭下的土層反力 分布均勻，可近似地被認為是深層平板載荷試驗用的微小承壓板。
[0046] 探頭的側(cè)面即使得探頭呈下底寬的梯形構(gòu)造，使得探頭向下運行時不會受到除側(cè) 壁摩阻力的影響。
[0047] 對于加壓裝置8,加壓裝置8設置為液壓千斤頂。
[0048] 使用液壓千斤頂可以實現(xiàn)壓力的緩慢有序可控施加，適合原位靜力壓入試驗。
[0049] 鉆桿3的底部和壓力傳感器4的頂部采用螺紋連接，壓力傳感器4的底部和探頭 5用螺紋連接。
[0050] 該連接方式方便拆卸更換配件，降低原位靜力壓入試驗的工作量。
[0051] 數(shù)據(jù)連接線6設置有長度刻度標示。
[0052] 既實現(xiàn)了壓力傳感器受力情況的電信號傳輸，還可以根據(jù)線纜上的長度標示觀察 當前試驗深度。
[0053] 實施案例2 :
[0054] 利用上述鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗方法，步驟包括：
[0055] S1 :利用鉆機進行正常的鉆探；
[0056] S2 :鉆探至需要測試土層極限壓入阻力的土層和深度，停止鉆探，提出鉆桿，清理 鉆頭和孔內(nèi)廢土；
[0057] S3:將原鉆探鉆頭拆卸下來，將壓力傳感器連接在鉆桿的底部，將探頭安裝在壓力 傳感器的底部；
[0058] S4:將數(shù)據(jù)連接線分別接到壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集儀，將探頭放至鉆孔底，查看數(shù) 據(jù)連接線上的長度刻度值，記錄當前試驗深度，將液壓千斤頂安裝連接在鉆桿上部與鉆機 主動桿之間；
[0059] S5:啟動液壓千斤頂由小到大平穩(wěn)施加壓力，至某一壓力值時，探頭被緩慢壓入土 層，保持該壓力值使探頭勻速壓入土層，直至千斤頂行程5-10厘米，試驗過程中，數(shù)據(jù)采集 儀以每秒1次的頻率自動記錄測試數(shù)據(jù)，試驗結(jié)束時保存測試數(shù)據(jù)，完成一次試驗；
[0060] S6:試驗完成后，卸下液壓千斤頂，提出鉆桿，拆卸壓力傳感器、靜力壓入探頭、數(shù) 據(jù)連接線和數(shù)據(jù)采集儀，重新安裝上鉆頭，繼續(xù)鉆探。
[0061] S7 :重復S1至S6,直至鉆探至預定深度和完成所有的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗。
[0062] S8 :將試驗記錄的數(shù)據(jù)導入軟件，生成可以打印的試驗報告。
[0063] 將采集儀中的存儲卡與電腦連接可以將記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存在電腦里，專門開發(fā)的配 套軟件讀取相應的數(shù)據(jù)文件，自動顯示試驗點的工程參數(shù)，如工程編號，孔號，試驗深度，貫 入度，傳感器類型，探頭類型，探頭計算截面積和計算公式等，軟件可將試驗采集數(shù)據(jù)利用 相關計算公式繪制出試驗過程的應力與時間關系曲線，生成試驗報告（如圖3所示）。 [0064] 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此領域技術(shù)的 人士能夠了解本
【發(fā)明內(nèi)容】
并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，其特征在于，包括鉆機、升降裝置、鉆機主動桿、 鉆桿、加壓裝置、壓力傳感器、探頭、數(shù)據(jù)連接線、數(shù)據(jù)采集儀，所述升降裝置設置在所述鉆 機內(nèi)部，所述鉆機主動桿堅直設置并且裝配在所述升降裝置，所述鉆機主動桿的底端和所 述鉆桿的頂端通過加壓裝置連接，所述鉆桿堅直設置，其底部連接所述壓力傳感器的頂部， 所述壓力傳感器的底部連接所述探頭，所述壓力傳感器通過所述數(shù)據(jù)采集線連接至所述數(shù) 據(jù)米集儀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，其特征在于，所述探頭的底 面設置為平底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，其特征在于，所述探頭的 側(cè)面由下至上向內(nèi)逐漸傾斜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，其特征在于，所述加壓裝置 設置為液壓千斤頂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，其特征在于，所述鉆桿的底 部和壓力傳感器的頂部采用螺紋連接，所述壓力傳感器的底部和探頭用螺紋連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)連接 線設置有長度刻度標示。
7. -種利用權(quán)利要求1-6任意項鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗方法，其特征在于，步驟包 括： 51 :利用鉆機進行正常的鉆探； 52 :鉆探至需要測試土層極限壓入阻力的土層和深度，停止鉆探，提出鉆桿，清理鉆頭 和孔內(nèi)廢土； S3:將原鉆探鉆頭拆卸下來，將壓力傳感器連接在鉆桿的底部，將探頭安裝在壓力傳感 器的底部； 54 :將數(shù)據(jù)連接線分別接到壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集儀，將探頭放至鉆孔底，查看數(shù)據(jù)連 接線上的長度刻度值，記錄當前試驗深度，將液壓千斤頂安裝連接在鉆桿上部與鉆機主動 桿之間； 55 :啟動液壓千斤頂由小到大平穩(wěn)施加壓力，至某一壓力值時，探頭被緩慢壓入土層， 保持該壓力值使探頭勻速壓入土層，直至千斤頂行程5-10厘米，試驗過程中，數(shù)據(jù)采集儀 以每秒1次的頻率自動記錄測試數(shù)據(jù)，試驗結(jié)束時保存測試數(shù)據(jù)，完成一次試驗； 56 :試驗完成后，卸下液壓千斤頂，提出鉆桿，拆卸壓力傳感器、靜力壓入探頭、數(shù)據(jù)連 接線和數(shù)據(jù)采集儀，重新安裝上鉆頭，繼續(xù)鉆探。 57 :重復S1至S6,直至鉆探至預定深度和完成所有的鉆孔內(nèi)原位靜力壓入試驗。 58 :將試驗記錄的數(shù)據(jù)導入軟件，生成可以打印的試驗報告。
【文檔編號】G01N33/24GK104142388SQ201410339915
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】王國昌, 常月, 廖旭濤, 徐文華, 于鵬, 李剛 申請人:安徽省城建設計研究院