CN217204324U - 一种静力触探侧壁摩阻力测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体是一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，解决了现有静力触探装置测量侧壁摩阻力时误差较大的问题。一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，侧壁摩擦筒包括圆柱形探杆连接筒、纺锤形出土筒、圆柱形测量筒和圆柱形剪切筒；圆柱形剪切筒内沿竖向贯通开设有锥台形进土孔；圆柱形测量筒内沿竖向贯通开设有圆柱形中间孔；纺锤形出土筒内开设有四个圆柱形出土孔，四个圆柱形出土孔均呈外高内低倾斜状；所述传感器的数量为等距离分布的若干个，且各个传感器均嵌设于圆柱形测量筒的外侧壁。本实用新型原理清晰，结构简单，试验可操作性强，配件易购，成本低廉。

Description

一种静力触探侧壁摩阻力测试装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程岩土力学指标测试领域，尤其涉及一种静力触探贯入土壤测试探头和土壤之间的摩擦阻力的装置，具体是一种静力触探侧壁摩阻力测试装置。

背景技术

静力触探作为一种原位测试方法，在岩土工程测试方向得到了极大的发展。

静力触探试验可以沿勘探深度提供三个连续读数剖面(锥尖阻力q_c、侧壁摩阻力f_s和超静孔隙水压力△u) ，静力触探的测试指标是地基土物理力学性质的综合反映。由于静力触探为连续压入，采用电测探头，灵敏度很高，数据可以连续测记，只要地基土层的力学性质有微小变化，就可以在记录器上反映，因而可取得完整的阻力随深度的变化曲线，具有测试资料可靠、连续、直观、重复性好、测试速度快、劳动强度低及经济效益高等优点，并在工程勘察中占有重要地位。使用静力触探方法提供的地基承载力等设计参数方面往往比常规钻探、取样和试验的结果更完整和准确。主要应用于划分土层界面、确定土类定名、判定地基土液化可能性、判断沉降、确定地基承载力、单桩极限荷载及土体物理力学指标等方面。

研究表明，与大多数传统方法相比，静力触探法通常能给出更好的桩基承载力预测，静力触探是最接近桩基工程的模拟试验。但是由于比例效应、加载速率效应、插入技术的差异、CPT摩擦套筒的位置和水平土壤位移的差异，几乎所有的静力触探方法都使用折减系数来测量静力触探指标，折减系数的确定受技术和人为的因素影响较大。

由于常规静力触探方法采用了实心圆柱形锥头，在贯入过程中将锥尖附近土壤挤压至两侧，增大了锥尖周边的土壤密实度，探头贯入至相同深度时，测量得到的侧壁阻力f_s将增大，由于周边土壤密实度的不同，侧壁阻力的增大幅度差异较大，目前尚无相关手段确定真实的侧壁摩擦阻力，导致相关规范在使用静力触探指标时无法折减，极大降低了静力触探方法的使用范围。

为此，本专利提出了一种新型构造，可有效降低锥尖挤压土壤造成的偏差，可得到更接近真实的静力触探侧壁阻力，进而扩大静力触探在桩基工程的使用范围。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有静力触探装置测量侧壁摩阻力时误差较大的问题，提供了一种静力触探侧壁摩阻力测试装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，包括探杆、侧壁摩擦筒、传感器和传感器连接线；所述探杆与侧壁摩擦筒可拆卸地连接；所述侧壁摩擦筒包括一体设置且自上而下依次布置的圆柱形探杆连接筒、纺锤形出土筒、圆柱形测量筒和圆柱形剪切筒，且圆柱形探杆连接筒、纺锤形出土筒、圆柱形测量筒和圆柱形剪切筒均与侧壁摩擦筒呈同轴设置；圆柱形剪切筒内沿竖向贯通开设有下部直径大于上部直径且与其同轴的锥台形进土孔；圆柱形测量筒内沿竖向贯通开设有与其同轴的圆柱形中间孔；纺锤形出土筒内开设有四个沿纺锤形出土筒的周向等距离分布且上下贯通的圆柱形出土孔，四个圆柱形出土孔均呈外高内低倾斜状，且四个圆柱形出土孔的底部均与圆柱形中间孔连通；所述传感器的数量为等距离分布的若干个，且各个传感器均嵌设于圆柱形测量筒的外侧壁；各根传感器连接线均自下而上依次穿于圆柱形测量筒、纺锤形出土筒、圆柱形探杆连接筒，并从探杆的中部穿出。

进一步地，圆柱形探杆连接筒的上部开设有内螺孔，探杆的下部一体设置有带有外螺纹的连接块，连接块与内螺孔螺纹配合。

进一步地，所述连接块呈倒锥台形，且连接块与内螺孔之间的螺纹为圆锥螺纹。

进一步地，所述传感器的数量为四个；圆柱形测量筒的侧壁等距离开设有四个环向分布的安装槽，传感器与安装槽胶粘固定。

进一步地，所述传感器为测力传感器或应变传感器。

进一步地，每个安装槽均通过胶粘固定有位于传感器上侧的温度传感器。

进一步地，所述圆柱形测量筒的壁厚为6mm-8mm，且其沿竖向的长度大于等于100mm；安装槽底端与圆柱形剪切筒顶端的间距大于等于10mm；安装槽顶端与纺锤形出土筒底端的间距大于等于20mm；所述安装槽的槽深度大于等于2mm，且其槽深度小于等于圆柱形测量筒壁厚的三分之一。

本实用新型结构设计合理可靠，原理清晰，结构简单，试验可操作性强，配件易购，成本低廉。根据本实用新型所记载的测量装置以及测量方法进行了多组试验，其结果准确，较传统静力触探侧壁阻力测量结果低，与理论推断相同。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是沿图1中A-A线的剖视示意图；

图3是沿图1中B-B线的剖视示意图；

图4是沿图1中C-C线的剖视示意图；

图5是沿图1中D-D线的剖视示意图；

图6是沿图1中E-E线的剖视示意图；

图7是沿图1中F-F线的剖视示意图；

图8是沿图1中G-G线的剖视示意图；

图9是沿图1中H-H线的剖视示意图；

图10是本实用新型中实施例2中的测量的侧壁摩阻力与深度的关系曲线。

图中，1-探杆，2-传感器，3-传感器连接线，4-圆柱形探杆连接筒，5-纺锤形出土筒，6-圆柱形测量筒，7-圆柱形剪切筒，8-锥台形进土孔，9-圆柱形中间孔，10-圆柱形出土孔，11-连接块，12-安装槽。

具体实施方式

实施例1

一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，如附图1-附图9所示，包括探杆1、侧壁摩擦筒、传感器2和传感器连接线3；所述探杆1与侧壁摩擦筒可拆卸地连接；所述侧壁摩擦筒包括一体设置且自上而下依次布置的圆柱形探杆连接筒4、纺锤形出土筒5、圆柱形测量筒6和圆柱形剪切筒7，且圆柱形探杆连接筒4、纺锤形出土筒5、圆柱形测量筒6和圆柱形剪切筒7均与侧壁摩擦筒呈同轴设置；圆柱形剪切筒7内沿竖向贯通开设有下部直径大于上部直径且与其同轴的锥台形进土孔8；圆柱形测量筒6内沿竖向贯通开设有与其同轴的圆柱形中间孔9；纺锤形出土筒5内开设有四个沿纺锤形出土筒5的周向等距离分布且上下贯通的圆柱形出土孔10，四个圆柱形出土孔10均呈外高内低倾斜状，且四个圆柱形出土孔10的底部均与圆柱形中间孔9连通；所述传感器2的数量为等距离分布的若干个，且各个传感器2均嵌设于圆柱形测量筒6的外侧壁；各根传感器连接线3均自下而上依次穿于圆柱形测量筒6、纺锤形出土筒5、圆柱形探杆连接筒4，并从探杆1的中部穿出。

本实用新型通过设置空心薄壁的侧壁摩擦筒，将锥尖阻力和侧壁摩阻力的测量实现了分离，大幅度降低了传统方法挤压土导致的侧壁阻力的升高；通过圆柱形剪切筒7的刃角型底端降低了静力触探所需的外加荷载；通过在圆柱形测量筒6的外侧壁设置传感器2实现了精准测量侧壁摩阻力的目的。

本实用新型中圆柱形剪切筒7与锥台形进土孔8的结构设计，使得侧壁摩擦筒的底端呈刃状，外侧凸内侧凹，且刃尖角度α介于10°-20°之间，方便对土壤进行剪切；纺锤形出土筒5使得侧壁摩擦筒的中部凸起形成凸起翼，凸起角度介于10°-20°之间，挤压周边土壤形成空间，容纳自锥台形进土孔8进入的土壤，同时圆柱形出土孔10均呈外高内低倾斜状，由中部中空向四周中空发展，易于排出剪切土壤。

测量时，本测试装置周边的土壤在圆柱形剪切筒7的剪切下进入锥台形进土孔8，继而进入圆柱形中间孔9，最后从圆柱形出土孔10中排出，避免将土壤挤压至两侧，进而避免了圆柱形测量筒6周边土壤密实度增加的问题，提高了侧壁摩阻力的测量精度，克服了现有静力触探装置测量侧壁摩阻力时误差较大的问题。

如附图1所示，圆柱形探杆连接筒4的上部开设有内螺孔，探杆1的下部一体设置有带有外螺纹的连接块11，连接块11与内螺孔螺纹配合。

该结构设计实现了侧壁摩擦筒与探杆1的可拆卸连接，方便测试操作中配件的更换与侧壁摩擦筒的卸下清理。

如附图1所示，所述连接块11呈倒锥台形，且连接块11与内螺孔之间的螺纹为圆锥螺纹。

该结构设计有效提高了侧壁摩擦筒与探杆1连接处的紧密性，方便传力的同时，防止土壤进行连接处。

如附图1、附图3所示，所述传感器2的数量为四个；圆柱形测量筒6的侧壁等距离开设有四个环向分布的安装槽12，传感器2与安装槽12胶粘固定。

所述传感器2为测力传感器或应变传感器。

当采用应变传感器时，外部应设置封闭片，封闭片也是被测量介质，采用低弹性模量高分子材料，采用黏性材料与安装槽12黏结。当采用测力传感器时，安装槽12被测力传感器占据，并采用黏性材料与安装槽12黏结。黏结材料应采用环氧树脂粘结剂或者环氧-酚醛粘结剂。所采用的测力传感器的量程为0-1000kpa，精度0.1kpa。所采用的应变传感器的量程为0-1000με，精度为0.1με。

每个安装槽12均通过胶粘固定有位于传感器2上侧的温度传感器。

温度传感器的结构设计能够对土体温度进行测量，进而得到所测得侧壁摩阻力对应的测量温度，进一步提升了侧壁摩阻力的测量精度。所述温度传感器的量程为-20℃-40℃，精度为0.1℃。

如附图1所示，所述圆柱形测量筒6的壁厚为6mm-8mm，且其沿竖向的长度大于等于100mm；安装槽12底端与圆柱形剪切筒7顶端的间距大于等于10mm；安装槽12顶端与纺锤形出土筒5底端的间距大于等于20mm；所述安装槽12的槽深度大于等于2mm，且其槽深度小于等于圆柱形测量筒6壁厚的三分之一。

安装槽12底端与圆柱形剪切筒7顶端的间距、安装槽12顶端与纺锤形出土筒5底端的间距均设计合理，防止传感器2的精度受到边界条件的影响。安装槽12的槽深度设计合理，防止降低侧壁摩擦筒的强度。

实施例2

利用本实用新型所述的一种静力触探侧壁摩阻力测试装置验算桩基承载力。某公路工程跨河流修建，拟设置一大桥，为验算其桩基承载力，需对其计算参数进行试验分析，应用了传统静力触探和本实用新型专利内容。具体应用如下：

经现场勘察，该钻探孔周边地质勘察地层情况如下：深度为3.2m、3.2m、4.6m、6.7m、8.6m、10.3m、13m的岩土性质分别为大孔隙粉土、砂土、粉土、砂土、粉土、粉质黏土。

分别将本实用新型与传统静力触探探头安装于贯入设备上，并将本实用新型连接静态电阻应变仪及贯入深度读数仪，开展试验得以侧壁摩阻力结果对比如附图10所示，

经分析，在不同土层两种探头侧壁摩阻力存在不同差异。本实用新型测量的侧壁摩阻力均较传统数据偏小，对于不同土层和侧向应力条件，降低幅度差异较大。

具体实施过程中，所述温度传感器的连接线与传感器连接线3对应缠绕，并自下而上依次穿于圆柱形测量筒6、纺锤形出土筒5、圆柱形探杆连接筒4，再从探杆1的中部穿出。探杆1的中部开设有上下贯通的通孔。传感器连接线3的另一端、温度传感器的连接线的另一端均连接至静态电阻应变仪；所述静态电阻应变仪的自动记录时间的时间间隔为10次/秒。

位于四个圆柱形出土孔10之间的纺锤形出土筒5的底部呈倒锥台状，便于排出剪切土壤。

侧壁摩擦筒采用一体化铸造成型后通过切割钻孔工孔加工，进而得到圆柱形探杆连接筒4、纺锤形出土筒5、圆柱形测量筒6和圆柱形剪切筒7的结构，且加工所用材质为高强度钢。本实用新型对加工工艺和精度要求较高。

所述侧壁摩擦筒的外径为43.7mm或50.4mm。

所述传感器2的数量可替换为对称分布的两个。所述传感器2沿竖向的长度为5mm。所述安装槽12沿竖向的长度大于等于15mm。

Claims (7)

1.一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，包括探杆（1）、侧壁摩擦筒、传感器（2）和传感器连接线（3）；所述探杆（1）与侧壁摩擦筒可拆卸地连接；其特征在于：所述侧壁摩擦筒包括一体设置且自上而下依次布置的圆柱形探杆连接筒（4）、纺锤形出土筒（5）、圆柱形测量筒（6）和圆柱形剪切筒（7），且圆柱形探杆连接筒（4）、纺锤形出土筒（5）、圆柱形测量筒（6）和圆柱形剪切筒（7）均与侧壁摩擦筒呈同轴设置；圆柱形剪切筒（7）内沿竖向贯通开设有下部直径大于上部直径且与其同轴的锥台形进土孔（8）；圆柱形测量筒（6）内沿竖向贯通开设有与其同轴的圆柱形中间孔（9）；纺锤形出土筒（5）内开设有四个沿纺锤形出土筒（5）的周向等距离分布且上下贯通的圆柱形出土孔（10），四个圆柱形出土孔（10）均呈外高内低倾斜状，且四个圆柱形出土孔（10）的底部均与圆柱形中间孔（9）连通；所述传感器（2）的数量为等距离分布的若干个，且各个传感器（2）均嵌设于圆柱形测量筒（6）的外侧壁；各根传感器连接线（3）均自下而上依次穿于圆柱形测量筒（6）、纺锤形出土筒（5）、圆柱形探杆连接筒（4），并从探杆（1）的中部穿出。

2.根据权利要求1所述的一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，其特征在于：圆柱形探杆连接筒（4）的上部开设有内螺孔，探杆（1）的下部一体设置有带有外螺纹的连接块（11），连接块（11）与内螺孔螺纹配合。

3.根据权利要求2所述的一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，其特征在于：所述连接块（11）呈倒锥台形，且连接块（11）与内螺孔之间的螺纹为圆锥螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，其特征在于：所述传感器（2）的数量为四个；圆柱形测量筒（6）的侧壁等距离开设有四个环向分布的安装槽（12），传感器（2）与安装槽（12）胶粘固定。

5.根据权利要求1所述的一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，其特征在于：所述传感器（2）为测力传感器或应变传感器。

6.根据权利要求4所述的一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，其特征在于：每个安装槽（12）均通过胶粘固定有位于传感器（2）上侧的温度传感器。

7.根据权利要求4所述的一种静力触探侧壁摩阻力测试装置，其特征在于：所述圆柱形测量筒（6）的壁厚为6mm-8mm，且其沿竖向的长度大于等于100mm；安装槽（12）底端与圆柱形剪切筒（7）顶端的间距大于等于10mm；安装槽（12）顶端与纺锤形出土筒（5）底端的间距大于等于20mm；所述安装槽（12）的槽深度大于等于2mm，且其槽深度小于等于圆柱形测量筒（6）壁厚的三分之一。

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