巖土工程原位旋轉觸探的測試方法及其專用設備技術

本發明專利技術是一種巖土工程原位旋轉觸探測試方法及其專用設備。本方法以連續貫入的壓力Ｆ、旋轉扭矩Ｎ、給水壓力Ｗ參數及其大小數值變化反映沿深度變化的土層不同的工程性質，可直接用來進行土層的力學分層和確定該層土的地基承載力、變形模量、抗剪強度等主要設計參數。專用設備包括地上讀數儀、由探桿、探頭和測試數據地下采集存儲裝置組成的地下測試桿件。本發明專利技術既保留了靜力觸探方法的優點，又可以解決靜力觸探不能解決的勘探深度問題，測試深度可達８０～１００ｍ，是一種有效且測試精度準確可靠的深層原位測試方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種巖土工程原位旋轉觸探測試方法及其專用設備。
技術介紹
公知的靜力觸探是把一定規格圓錐形的、內部裝有傳感器的探頭借助機械勻速壓入土層中，是根據探頭阻力來測定工程地質特征的一種測試方法。由于地層中各種土層的軟硬不同，探頭所受的阻力自然也不同，傳感器將這種反映大小不同貫入阻力的電信號通過線纜傳輸到地面記錄儀表記錄下來，再通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的定性關系和統計相關關系，實現土層剖面、提供地基承載力、選擇樁尖持力層和予估單樁承載力等工程地質數據的勘探目的。它具有測試連續、快速、精度高、再現性好、功能多，兼具勘探與測試雙重作用的特點。所以，靜力觸探試驗在工程地質勘探中得到了廣泛的應用。但是，對于較深的勘探深度例如50m以上以及較硬地層例如密實的砂土層，由于靜力觸探貫入力不夠、地錨反力不足、探桿強度不夠等原因使探頭難以貫入，因此，靜力觸探方法只能適用于40m以下淺層地質的測試。隨著高層建筑、地鐵、高速鐵路等項目的不斷建設，高層建筑樁基、地鐵、高速鐵路橋基等要求勘探深度往往在60～80m甚至以上，靜力觸探方法顯然不能滿足工程地質測試的要求。為禰補靜力觸探測試深度較淺的缺陷，現階段只能用大量的鉆探、取樣、室內試驗手段來替代。但由于替代手段存在目力判別、取樣不連續，土樣易擾動等實際問題，使得深層巖土工程測試精度難以保證。因此如何解決觸探深度問題，是國內外工程地質測試的一個難題。
技術實現思路
本專利技術是為了解決靜力觸探測試方法不能滿足高層建筑樁基、地鐵、高速鐵路橋基等勘探深度要求以及穿透性較差和當前采用替代手段所存在的深層巖土工程勘探精度難以保證的技術問題，而公開的一種巖土工程原位旋轉觸探的測試方法及其專用設備。本專利技術的旋轉觸探測試方法由以下步驟組成1、旋轉觸探車就位，進行支腿、調平；2、設置泥漿坑，注入水或泥漿，旋轉觸探車泥漿泵和旋轉水龍頭由管路連通泥漿坑；3、在地面將地下測試桿件經其通訊接口連接于地上讀數儀，地上讀數儀完成程序規定內容，包括傳感器檢查、初始值設置和確認、時鐘設定，使地下測試桿件與地上讀數儀時鐘同步；4、地上讀數儀顯示地下測試桿件初始值正常穩定后，斷開地下測試桿件與地上讀數儀的連接，地上讀數儀與探頭深度記錄儀相接，并進入現場測試選項程序；5、將地下測試桿件的下接頭安裝鉆頭，上接頭連接于過水鉆桿；6、啟動泥漿泵將水或泥漿作為沖洗液，通過旋轉水龍頭、過水鉆桿、地下測試桿件和鉆頭出水口實現水循環；7、啟動旋轉觸探車的液壓操作系統，由具有旋轉和向下壓力作用的動力頭帶動過水鉆桿、地下測試桿件和鉆頭向下旋轉貫入，地下測試桿件的壓力傳感器、扭矩傳感器和水壓傳感器連續輸出表示隨深度變化的連續貫入的壓力、旋轉扭矩、給水壓力的電量信號，地下測試桿件的數據采集存儲器周期性同時對各傳感器信號分別進行采集放大、A/D轉換和儲存處理；8、到預定深度，停止貫入，起拔過水鉆桿、地下測試桿件和鉆頭；9、卸下地下測試桿件，由其通訊接口連接于地上讀數儀，將地下測試桿件采集存儲的測試數據傳輸到地上讀數儀或轉存至數據卡；10、地上讀數儀根據測試數據分別建立與時間h相對應的連續貫入的壓力F、旋轉扭矩N和給水壓力W的關系曲線，即F-h、N-h和W-h關系曲線，瀏覽、編輯并打印A4幅面的輸出關系曲線圖和對應的數據、柱面圖形表格文件。本專利技術的旋轉觸探測試方法還具有以下步驟所述的傳輸到地上讀數儀或轉存至數據卡的測試數據，傳輸于上級計算機進行后處理。本專利技術的旋轉觸探測試專用設備是由CPU、顯示器、存儲器、通訊接口及專用鍵盤、打印機組成地上讀數儀，地上讀數儀設置有系統控制程序；地下測試桿件由連接過水鉆桿的上接頭、連接于上接頭底端的筒形中接頭、連接于筒形中接頭底端的傳動套、連接于傳動套底端的內接頭、連接于內接頭底端的扭力套和連接于扭力套底端、并安裝鉆頭的下接頭構成桿件主體，內接頭支撐并固定有位于扭力套外側的隔離套，筒形中接頭和傳動套構成數據采集存儲器腔體，數據采集存儲器的殼體支撐于內接頭，上接頭與筒形中接頭表面設有上外套，上接頭與筒形中接頭結合部與上外套之間設有過水空間，上接頭設有連通過水鉆桿和該過水空間的溝道，筒形中接頭與下接頭表面設有下外套，下外套與傳動套、隔離套之間設有過水空間，該過水空間所對應的下接頭設有連通鉆頭水道的過水孔，筒形中接頭設有連通前述兩過水空間的溝道；扭力套和固定其外表面的電阻應變片構成扭力傳感器，下接頭的安裝旋轉鉆頭的內螺紋腔體其腔頂部設有由承壓板和電阻應變片構成的水壓傳感器，下接頭上部設有頂桿，套裝于頂桿的盲管其端沿支撐于上接頭內側端，由頂桿、盲管和固定于盲管外表面的電阻應變片構成壓力傳感器，上接頭設有各傳感器的出線孔。本專利技術的專用設備還可以采取以下技術措施所述的扭力套其外表面設有環形凹槽，電阻應變片固定于環形凹槽。所述的隔離套底端部與下接頭相接合，隔離套與上、下接頭之間分別設有密封膠圈。所述的下接頭、頂桿、盲管和扭力套分別設有連通上接頭出線孔的過線孔道。所述的上接頭設有內螺紋部，數據采集存儲器殼體與該內螺紋部螺紋連接。所述的數據采集存儲器設有帶側蓋的筒形殼體，筒形殼體中設置具有模擬量輸入信號整形放大電路、主控CPU、儲存器、時鐘電路和通訊接口的電路板和電池組電源，其中主控CPU、儲存器、時鐘電路和通訊接口構成單片機，整形放大電路構成的輸入通道其個數與傳感器模擬量輸入的個數相對應，整形放大電路的輸出連接于主控CPU模擬量輸入端，時鐘電路同步于地上讀數儀，通訊接口插接件的插口是由筒形殼體端部的座圈和螺紋連接于座圈的密封端蓋構成。本專利技術的有益效果和優點在于本專利技術的連續貫入的壓力F、旋轉扭矩N、給水壓力W參數是鉆頭向下旋轉貫入過程中土體被切削破壞時所需要的力，具體地說垂直向的壓力F相當于靜力觸探的貫入阻力Ps，其大小數值變化、或連續曲線變化所反映的是沿深度變化的土層不同的工程性質，可直接用來進行土層的力學分層和確定該層土的地基承載力、變形模量、抗剪強度等主要設計參數。反應地層變化的壓力F參數連續曲線能直觀而形象地給出一個連續的土層工程性質沿深度變化的剖面，可以用來選擇地基持力層。水平向的旋轉扭矩N相當于靜力觸探側摩阻力fs或十字板剪切強度Cu，其大小數值變化、或連續曲線變化所反映的是沿深度變化的土層不同工程性質、不同土性的土體可塑程度，可用來進行力學、物理性質分層和確定該層土的抗剪強度等主要設計參數。給水壓力W是鉆頭出水口處沖洗液排土壓力，可直接反映沖洗液對不同土體的消散壓力，即反映土體的可塑程度，其大小數值變化、或連續曲線變化所反映沿深度變化的不同土性的土體可塑程度，可用來進行物理性質分層。該指標同時也是依據旋轉扭矩N進行物理分層的補充參數。再通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的定性關系和統計相關關系，本方法根據壓力F、旋轉扭矩N、水壓力W參數連續曲線與土的工程地質特征之間的定性關系和統計相關關系得出的測試結果與靜力觸探大量探例的測試結果對比充分證明，在同一地層條件下，兩種觸探方法的同性質測試數據具有明顯一致性的同步對應關系，所反映的地層物理性質、力學強度變化的效果相同，說明本專利技術的旋轉觸探方法具有相同于靜力觸探的測試精度而準確可靠。本方法的測試結果經與鉆探、取樣、室內試驗與大量探例數據的對比分析，充本文檔來自技高網...

【技術保護點】
巖土工程原位旋轉觸探的測試方法，其特征在于由以下步驟組成：（１）旋轉觸探車就位，進行支腿、調平；（２）設置泥漿坑，注入水或泥漿，旋轉觸探車泥漿泵和旋轉水龍頭由管路連通泥漿坑；（３）在地面將地下測試桿件經其通訊接口連接 于地上讀數儀，地上讀數儀完成程序規定內容，包括傳感器檢查、初始值設置和確認、時鐘設定，使地下測試桿件與地上讀數儀時鐘同步；（４）地上地上讀數儀顯示地下測試桿件初始值正常穩定后，斷開地下測試桿件與地上讀數儀的連接，地上讀數儀與探頭深度 記錄儀相接，并進入現場測試選項程序；（５）將地下測試桿件的下接頭安裝鉆頭，上接頭連接于過水鉆桿；（６）啟動泥漿泵將水或泥漿作為沖洗液，通過旋轉水龍頭、過水鉆桿、地下測試桿件和鉆頭出水口實現水循環；（７）啟動旋轉觸探車 的液壓操作系統，由具有旋轉和向下壓力作用的動力頭帶動過水鉆桿、地下測試桿件和鉆頭向下旋轉貫入，地下測試桿件的壓力傳感器、扭矩傳感器和水壓傳感器連續輸出表示隨深度變化的連續貫入的壓力、旋轉扭矩、給水壓力的電量信號，地下測試桿件的數據采集存儲器周期性同時對各傳感器信號分別進行采集放大、Ａ／Ｄ轉換和儲存處理；（８）到預定深度，停止貫入，起拔過水鉆桿、地下測試桿件和鉆頭；（９）卸下地下測試桿件，由其通訊接口連接于地上讀數儀，將地下測試桿件采集存儲的測試數據傳輸到地上讀 數儀或轉存至數據卡；（１０）地上讀數儀根據測試數據分別建立與時間ｈ相對應的連續貫入的壓力Ｆ、旋轉扭矩Ｎ和給水壓力Ｗ的關系曲線，即Ｆ－ｈ、Ｎ－ｈ和Ｗ－ｈ關系曲線，瀏覽、編輯并打印Ａ４幅面的輸出關系曲線圖和對應的數據、柱面圖形表格文件。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙鳳林，陳新軍，葉啟民，
申請(專利權)人：鐵道第三勘察設計院，
類型：發明
國別省市：12[中國|天津]