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
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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