CN101476314B - 地基承载力填土密实度现场检测仪 - Google Patents

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Abstract

地基承载力填土密实度现场检测仪涉及岩土工程力学，包括：机壳、横梁、荷载传感器、传动轴、触探杆、触探头、数据采集处理器、控制显示面板、通讯接口、电源盒，其特征：固定在机壳内腔的荷载传感器其底部连接传动轴、触探杆、触探头，当触探头向土体插入时，荷载传感器产生信号变化，经数据采集处理器采样、放大、计算显示，并由通讯接口送到上位机智能化处理。本发明是为区别于目前工程使用的贯入仪、灌砂法、核子密度仪，弥补现有技术的不足，①钻探取土造成现场扰动失水、②核子仪有放射线污染、③挖坑灌砂费工耗时耗力、④弹簧测力元件误差大、⑤刻度尺读值有视觉误差、又不能保留数据。

Description

地基承载力填土密实度现场检测仪
技术领域：
一种地基承载力填土密实度现场检测仪涉及到岩土工程界的勘察、设计、施工等领域，用于现场描述评价天然地基的荷载强弱、判定人工地基的密实程度、含水量等土力学指标。
背景技术：
在岩土工程实践中我们经常接触到天然地基和人工回填地基，对于这类土体的颗粒大小、密度分布排列、荷载强弱、含水量多少的评价，对其临界状态和极限状态的指标判定，将直接影响和掌控着建筑工程的质量，是国家基本建设的百年大计，因此对地基承载力填土密实度进行现场定量检测、定性分析至关重要。
现有的相关技术中有A：“电子微型贯入仪”参阅中国专利：88216921.1-沈阳自动化研究所出品，其原理：机械弹簧做测力元件、探头长1cm。其不足之处是：弹簧疲劳后误差增大、由于探头仅1cm长，测深有限不能在现场原位测试，要靠钻探把土样取出来，增加了土的扰动和失水性。B：美国出品的“土壤贯入阻力仪”参阅美国标准D1558-99(2004)美国岩土试验材料协会著，其原理：纯机械结构，弹簧做测力元件，刻度尺显示结果。其不足之处是：刻度显示本身的视觉误差就超过±5％、弹簧做测力元件疲劳后误差增大、刻度尺退缩后数据消失不能保留。C：“核子密度仪”参见<土工试验规程>一书，SL237-1999第四节-南京水利科学研究院的盛树馨、陶秀珍、徐伯梦等著，其原理：应用γ射线与物质原子外围的电子进行弹性碰撞，发生康普顿散射，土体的密度越大，γ射线衰减也愈大。因此测量γ射线进入土体前后强度的变化，就能计算出土体的密度的原理。其不足之处是：由于γ射线源有钴60(CO60)和铯137(CS137)组成，对人体有辐射对环境有污染是众所周知的，所以对其防护、防辐、专人看管、安全设施非常复杂。D“灌砂法”参见<土工试验规程>一书，SL237-1999第二节-南京水利科学研究院的盛树馨、陶秀珍、徐伯梦等著。其原理：挖坑灌砂法是采用等同体积、容积的标准砂与碾压实土的称重量法，以此计算土方的密度。其不足之处：劳动强度大，耗时、耗资、费力。
发明内容：
本发明的目的是为了提供一种体积小、便于携带、能在野外现场控制施工质量的装置：地基承载力填土密实度现场检测仪，本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题(1有放射线核污染、2钻探取土化验造成的土扰动、失水、3弹簧疲劳后误差增大、4刻度尺本身的视觉误差、5刻度退缩后数据消失不能保留、6挖坑灌砂法耗时耗资大)。
实现这一目的的方案是：将-横梁-荷载传感器一传动轴-触探杆-触探头-数据采集处理器-控制显示面板-通讯接口组合在一起，构成一台地基承载力填土密实度现场检测的专用仪器。
其技术特征：在T字形横梁的顶部加压力，使得刚性的触探头带动触探杆垂直地贯入土体之中。触探头受作用力向土体刺入的同时，土体对触探头产生一个反作用力，排除触探头对土的周边摩擦因素，通常把作用在触探头的尖端阻力叫做土的贯入阻力。土体越坚硬、含水量越少，密度越大，强度越高，贯入阻力也越大。反之也同理。我们运用这个原理选用足够刚度适合直径的触探头，就可以得到同一深度下不同土质的贯入阻力，从而获得土体内部的荷载强度、含水量、密度分布情况等力学指标，此检测结果输入到数据采集处理器进行运算、放大、显示、存贮、打印形成工程报告，实现了智能化现代化施工质量管理。
本发明的特点效益：1、取代了机械刻度读值、避免视觉误差、提高了精度。2、由于配备了加长触探杆，不必钻探取土，可就地勘察原位测试、无扰动不失水，保持了土体天然状态的土力学指标。3、无核检测，没有放射线污染。4、取代灌砂法，节省大量人力物力缩短工期，以往用灌砂法测密度做一个基坑要几个小时，而用本发明测一个点最多需要十几分钟，社会效益可观。5、应用单片机数据采集处理器实时动态跟踪、峰值保留、均值计算、直接形成工程报告，实现了智能化现代化施工质量管理。
附图说明
图1：地基承载力填土密实度现场检测仪的机械组成部分。
图1中：1横梁、2机壳、3电源盒、4数据采集处理器、5荷载传感器、6通讯接口、7传动轴、8触探杆、9触探头、10控制显示面板、11位移导向套。
具体实施方式：
图1是本设计方案的一个实施例：一个特殊的机壳2将荷载传感器5-机械传导系统(传动轴7、触探杆8、触探头9)-数据采集处理器4系统地组合在一起，其特征：机壳2的顶部设有T字形的横梁1，机壳2的内腔中央固定着荷载传感器5，机壳2的底部装有位移导向套11，机壳2内设有数据采集处理器4、电源盒3，机壳2的壳体上装有控制显示面板10及通讯接口6。荷载传感器5与传动轴7相连，再依次与触探杆8触探头9连接。
图1中的触探杆8，根据检测需要设计为单节和多段结构，各段之间以螺纹、键槽、穿钉连接，每一节触探杆8的表面均设有位移深度刻度标尺。
图1中的触探头9，其形状根据要求设计成圆锥形、棱锥形、圆柱形三种，直径为Φ4.52、Φ6.4、Φ9.07、Φ16.5，角度为20°、30°、60°、180°。
图1中的电源盒3，在机壳2内的栅板上装有电源盒3，供充电的、不充电的两种电池通用。
图1中的数据采集处理器4，采用低电压超低功耗的单片机控制器-高集成运算放大器-液晶显示器，实现对荷载传感器5的变化信号进行实时采样、比较、计算、跟踪显示、并将输入输出信号送到通讯接口6。
本发明的工作过程是：对仪器顶部的横梁加以压力，荷载传感器产生受力变形，通过触探杆将触探头贯入土中，根据贯入土中的触探头尖端阻力的大小来探测土层的物理力学性质，以此建立贯入阻力Ps与承载力fa与密实度λ、压缩摸量ES之间的相关关系。本设计方案的一个实施例：以圆锥形触探头为例：在贯入过程中圆锥触探头的底截面积、贯入深度与贯入阻力有关。
PS＝P/A
Ps-土体的贯入阻力
P-土体的比贯入阻力
A-圆锥形触探头的底截面积
h-触探头插入土中的贯入深度
fa-地基允许承载力
ES-土层的压缩摸量
λ-土体的密实度
R-土体的抗剪强度
由于比贯入阻力P可沿插入深度连续测定，因此可以利用比贯入阻力P随着贯入深度h的变化曲线，对土体进行分层定性分析，以此鉴别粘性土、粉质粘土、砂性土，进而根据贯入阻力PS确定出各持力层的承载力fa、土的压缩摸量ES、土的密实度λ、软粘土抗剪强度R。
将荷载传感器所测得的检测结果送到数据采集处理器进行采样-放大-存贮-实时动态跟踪-最大峰值保留-平均值计算-结果显示，同时数据送往终端通讯接口，连接上位机形成工程报告，至此完成了一整套现代化施工质量检测与办公智能化管理。

Claims (2)

1.一种地基承载力填土密实度现场检测仪，包括：机壳、横梁、荷载传感器、位移导向套、传动轴、触探杆、触探头、数据采集处理器、控制显示面板、通讯接口和电源盒，其特征是：荷载传感器与数据采集处理器、控制显示面板、传动轴、触探杆、触探头组合在一起；机壳的顶部有一个T字形手柄横梁，机壳的底端固定有位移导向套；机壳的内腔中部装有荷载传感器，荷载传感器底端又与传动轴、触探杆与触探头逐段相连接；机壳内设有采用低电压超低功耗的单片机控制器-高集成运算放大器-液晶显示器组成的将荷载传感器所测得的变化信号进行实时采样、比较、计算、跟踪显示、并将输入输出信号送到通讯接口的数据采集处理器、电源盒，机壳上装有控制显示面板及通讯接口；触探杆分为单节和多段结构，各段之间以螺纹、键槽、穿钉连接，每一节触探杆的表面均设有位移深度刻度标尺。
2.根据权利要求1所述的地基承载力填土密实度现场检测仪，其特征是：触探头分为圆锥形、棱锥形和圆柱形三种。
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