本發明專利技術提供一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，包括環刀切土器、勺型鉆、鉆頭、定位器、鉆桿、外桿、連接桿及擋板，利用裝置進行預鉆式旁壓試驗成孔方法，步驟是：1）組裝儀器：將鉆頭與勺型鉆壁連接，勺型鉆壁與連接桿相連，連接桿連接鉆桿；2）鉆進：定位器接觸地表時停止鉆進，將環刀切土器的中心對準定位器垂直壓入地下，環刀切土器上端的外桿上設置檔板，鉆機本身重力下壓擋板或重錘錘擊擋板將環刀切土器垂直壓入土中；3）測試；4）繼續鉆進進行同一鉆孔內的不同深度的旁壓試驗。裝置結構簡單，可拆卸，便于制作與維護，安全、穩定，操作簡單，造價低，鉆進速度快，可明顯縮短工期，成孔質量高，解決了塌孔、縮孔對旁壓試驗結果的不利影響。
【技術實現步驟摘要】
一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置及成孔方法
本專利技術涉及巖土工程原位試驗
，特別涉及一種適用于預鉆式旁壓試驗成孔的鉆孔裝置，還涉及一種預鉆式旁壓試驗成孔方法。
技術介紹
在巖土工程領域，巖土體力學性質指標多通過室內試驗與原位試驗求得。比較于室內試驗，原位試驗可以在土體原來所處位置，基本保持的天然結構，天然含水量以及天然應力狀態下，測定土體的工程力學性質指標，可避免取樣過程中應力釋放和擾動的影響，獲得試驗結果更符合實際情況。旁壓試驗是利用旁壓儀，在鉆孔中對測試段孔壁施加徑向壓力，量測其變形，根據孔壁變形與壓力的關系，求取地基土的變形模量、承載力等力學參數的一種原位試驗方法，具有操作簡單，測試指標多樣等優點。現有的旁壓試驗可分為預鉆式、自鉆式和壓入式三種，國內外應用較多的為預鉆式旁壓試驗。根據中華人民共和國行業標準旁壓試驗規程(YS5224-2000)，預鉆式旁壓試驗的預鉆孔應圓整、垂直、光滑、孔壁巖土不得受到擾動。這是因為孔壁為垂直、光滑、呈完整的圓柱形可使得試驗接近軸對稱的平面應變條件下進行。然而，由于現場土層的復雜性，旁壓試驗的預鉆孔經常會以下幾種現象：(1)淤泥土等軟土中，成孔后常出現縮孔現象，旁壓器被強行壓入鉆孔，試驗前孔壁巖土體已經受到擠壓，使旁壓曲線前段消失，找不到初始水平總應力，試驗失敗；(2)在易擾動土體中，如殘積土或砂土，成孔過程中極易造成塌孔，成孔直徑過大，旁壓器與孔壁緊貼時所需的水量過多，使得旁壓器的膨脹量有一部分消耗在彈性模與孔壁接觸的環形空間上，曲線后補不完整，難以確定旁壓極限壓力；(3)最為常見的時，采用常規的鉆進方法時，由于鉆進速度過快會使鉆桿擺動，會帶動孔壁土體外移，導致鉆孔直徑過大，仍會造成難以確定旁壓極限壓力。由此看來，預鉆式旁壓試驗的成孔方法對于確保旁壓試驗順利進行，所得數據真實可靠是非常重要的。雖然一些專利技術專利提出了多種旁壓試驗成孔方法，如一種用于預鉆式旁壓試驗的復合鉆具(申請號：201120143827.X)、一種預鉆式旁壓儀、自鉆式旁壓儀及自鉆式旁壓設備(申請號：201210458396.5)、旁壓裝置(申請號：200820067484.1)，但仍存在儀器造價高，操作復雜，特別是仍無法解決預鉆孔塌孔、縮孔以及鉆孔直徑過大的問題。因此，在目前我國城市建設蓬勃發展的背景下，急需專利技術一種用于預鉆式旁壓試驗的高質量成孔方法及鉆孔裝置，這對保證旁壓試驗數據可靠性與精準性具有非常重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足之處，本專利技術提供一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，能夠在鉆進過程中利用環刀切土進而形成圓整、垂直、完整的預鉆式旁壓試驗鉆孔，能有效解決目前預鉆式旁壓成孔質量差的問題，提供還一種可以操作簡單、造價低、鉆孔孔壁擾動小，成孔質量高的預鉆式旁壓試驗成孔方法，特別是解決砂土地層成孔易塌孔、淤泥土地層成孔易縮孔的問題。。為了實現上述目的，采用如下技術方案：一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，包括環刀切土器、勺型鉆、鉆頭、定位器、第一鉆桿、第一外桿、連接桿、第一接頭、第二接頭及擋板，所述的鉆頭頂端通過第二接頭與勺型鉆的勺型鉆壁下端連接，勺型鉆壁上端通過第一接頭與連接桿相連，連接桿中部穿過圓環狀的定位器中心孔并焊接固定，定位器置于環刀切土器內壁滑動，環刀切土器與勺型鉆的中軸線重合，連接桿頂端的第一內螺紋旋入第一鉆桿下端的第一外螺紋，最頂部的鉆桿上端與鉆機相連，環刀切土器上端的第三內螺紋旋入第一外桿下端的第三外螺紋，最頂端的外桿中部設置圓環狀擋板，外桿為中空的桿，鉆桿位于外桿內。根據鉆孔的深度增加鉆桿和外桿的數量，具體連接為：第一鉆桿上端的第二內螺紋旋入第二鉆桿下端的第二外螺紋，第二鉆桿上端的第四內螺紋旋入第三鉆桿下端的第四外螺紋，第三鉆桿上端與鉆機相連，環刀切土器上端的第三內螺紋旋入第一外桿下端的第三外螺紋，第一外桿上端的第五內螺紋旋入第二外桿下端的第五外螺紋，第二外桿上端的第六內螺紋旋入第三外桿下端的第六外螺紋，第三外桿中部設置圓環狀擋板，所述的第一、第二外桿為中空的桿，第一、二、三鉆桿位于第一、二、三外桿內。所述的定位器外徑比環刀切土器內徑小3～5mm。所述的環刀切土器的環刀刃刃腳向外傾斜，刃腳角度為30度。所述的擋板為焊接在第三外桿上，用于落錘錘擊擋板進帶動第三外桿下壓，進而帶動環刀切土器向下切土。本專利技術的一種預鉆式旁壓試驗鉆孔裝置的使用原理是：第一鉆桿、第二鉆桿與第三鉆桿由鉆機帶動旋轉，進而啟動勺型鉆鉆進，勺型鉆鉆進的同時，利用鉆機本身重力或落錘錘擊擋板產生的動力，下壓環刀切土器切削土體，使之形成完整、擾動小的孔壁，避免塌孔、縮孔等現象發生。定位器可以調整第一鉆桿在環刀切土器中位置，使勺型鉆與環刀切土器的中軸線重合，保證鉆取的孔壁垂直，不傾斜，使得鉆孔垂直、完整，不易擾動。本專利技術提供的一種預鉆式旁壓試驗鉆孔裝置，其具有優點和有益效果為：①裝置結構簡單，可拆卸，便于制作與維護。②設備安全、穩定。定位器可以確保鉆進裝置與切土裝置的中軸線重合，保證鉆取的孔壁垂直，不傾斜，且不會出現掉鉆現象。③操作簡單。全程幾乎全部機械化施工，無需專業技術人員操作，減少了人力物力。④造價低。較以往的鉆孔裝置，由于將鉆孔與切削土體兩種裝置合二為一，減少了設備制備費。一種預鉆式旁壓試驗成孔方法，其步驟包括：1)組裝儀器：將鉆頭頂端通過第二接頭與勺型鉆壁下端連接，勺型鉆壁上端通過第一接頭與連接桿下端相連，連接桿頂端的第一內螺紋旋入第一鉆桿下端的第一外螺紋。2)鉆進：將鉆頭垂直壓入地下，將鉆機與第一鉆桿上端相連，鉆機帶動第一鉆桿、連接桿及勺型鉆向下鉆進。當第一鉆桿的定位器接觸地表時停止鉆進，將環刀切土器的中心對準定位器垂直壓入地下，環刀切土器上端的第三內螺紋旋入第一外桿下端的第三外螺紋，第一外桿上端的第五內螺紋旋入第二外桿下端的第五外螺紋，利用鉆機本身重力下壓擋板或重錘錘擊擋板將環刀切土器垂直壓入土中。3)測試：鉆進至第一個旁壓測試點深度時，停止鉆進，利用鉆機上提成孔裝置至地表，下放旁壓儀至第一個旁壓試驗測試深度，進行旁壓試驗，試驗結束后提出旁壓儀。4)繼續鉆進：取第二鉆桿通過螺紋連接在第一鉆桿上，重復上述步驟2)，當鉆進至第二個旁壓試驗測試深度時停止鉆進，按照步驟3)進行第二個旁壓試驗；重復上述步驟，進行同一鉆孔內的不同深度的旁壓試驗。上述步驟2)中，優選地，如果在砂土地層成孔，應采用泥漿護壁措施。上述步驟2)中，優選地，鉆桿鉆進速度不超過60轉/分鐘。上述步驟3)中，優選地，鉆進過程中應保持鉆頭的鉆進深度與環刀切土器下端壓入深度相同。上述步驟3)中，優選地，鉆進停止標準為鉆頭或環刀切土器下端位于旁壓試驗測試深度以下0.3m時，停止鉆進。本專利技術提供的一種預鉆式旁壓試驗成孔方法，其具有優點和有益效果為：①鉆進速度快，可明顯縮短工期。相對以往單純用鉆機帶動鉆桿鉆進，本專利技術采用鉆進的同時用環刀取土器切削土體，鉆進與取土合二為一，明顯增加了鉆進的速度，縮短了工期。②成孔質量高。相對以往常規的預鉆式旁壓試驗成孔方法，本專利技術利用環刀取土器切削出來的孔壁完整，孔壁光滑，不易擾動；利用定位器可以保證成孔不傾斜，極大地提高了成孔質量。③解決了塌孔、縮孔對旁壓試驗結果的不利影響。采用變鉆進邊削本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，其特征在于：包括環刀切土器（2）、勺型鉆（4）、鉆頭（5）、定位器（6）、第一鉆桿（7a）、第一外桿（8a）、連接桿（11）、第一接頭（12a）、第二接頭（12b）及擋板（15），所述的鉆頭（5）頂端通過第二接頭（12b）與勺型鉆（4）的勺型鉆壁（13）下端連接，勺型鉆壁（13）上端通過第一接頭（12a）與連接桿（11）相連，連接桿（11）中部穿過圓環狀的定位器（6）中心孔并焊接固定，定位器（6）置于環刀切土器（2）內壁滑動，環刀切土器（2）與勺型鉆（4）的重心重合，連接桿（11）頂端的第一內螺紋（9a）旋入第一鉆桿（7a）下端的第一外螺紋（10a），最頂部的鉆桿上端與鉆機相連，環刀切土器（2）上端的第三內螺紋（9c）旋入第一外桿（8a）下端的第三外螺紋（10c），最頂端的外桿中部設置圓環狀擋板（15），外桿為中空的桿，鉆桿位于外桿內。
【技術特征摘要】
1.一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，其特征在于：包括環刀切土器（2）、勺型鉆（4）、鉆頭（5）、定位器（6）、第一鉆桿（7a）、第一外桿（8a）、連接桿（11）、第一接頭（12a）、第二接頭（12b）及擋板（15），所述的鉆頭（5）頂端通過第二接頭（12b）與勺型鉆（4）的勺型鉆壁（13）下端連接，勺型鉆壁（13）上端通過第一接頭（12a）與連接桿（11）相連，連接桿（11）中部穿過圓環狀的定位器（6）中心孔并焊接固定，定位器（6）置于環刀切土器（2）內壁滑動，環刀切土器（2）與勺型鉆（4）的中軸線重合，連接桿（11）頂端的第一內螺紋（9a）旋入第一鉆桿（7a）下端的第一外螺紋（10a），最頂部的鉆桿上端與鉆機相連，環刀切土器（2）上端的第三內螺紋（9c）旋入第一外桿（8a）下端的第三外螺紋（10c），最頂端的外桿中部設置圓環狀擋板（15），外桿為中空的桿，鉆桿位于外桿內。2.根據權利要求1所述的一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，其特征在于：所述的第一鉆桿（7a）上端的第二內螺紋（9b）旋入第二鉆桿（7b）下端的第二外螺紋（10b），第二鉆桿（7b）上端的第四內螺紋（9d）旋入第三鉆桿（7c）下端的第四外螺紋（10d），第三鉆桿（7c）上端與鉆機相連，環刀切土器（2）上端的第三內螺紋（9c）旋入第一外桿（8a）下端的第三外螺紋（10c），第一外桿（8a）上端的第五內螺紋（9e）旋入第二外桿（8b）下端的第五外螺紋（10e），第二外桿（8b）上端的第六內螺紋（9f）旋入第三外桿（8c）下端的第六外螺紋（10f），第三外桿（8c）中部設置圓環狀擋板（15），所述的第一外桿（8a）、第二外桿（8b）為中空的桿，第一鉆桿（7a）、第二鉆桿（7b）和第三鉆桿（7c）位于第一外桿（8a）、第二外桿（8b）和第三外桿（8c）內。3.根據權利要求1所述的一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，其特征在于：所述的定位器（6）外徑比環刀切土器（2）內徑小3~5mm。4.根據權利要求1所述的一種預鉆式旁壓試驗的鉆孔裝置，其特征在于：所述的環刀切土器（2）的環刀刃刃腳向外傾斜，刃腳角度為30度。5...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張先偉，陳成，尹松，楊愛武，李新明，
申請(專利權)人：中國科學院武漢巖土力學研究所，
類型：發明
國別省市：湖北;42
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