CN104142388A - 钻孔内原位静力压入试验装置以及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔内原位静力压入试验装置，包括钻机、升降装置、钻机主动杆、钻杆、加压装置、压力传感器、探头、数据连接线、数据采集仪，升降装置设置在钻机内部，钻机主动杆竖直设置并且装配在升降装置，钻机主动杆的底端和钻杆的顶端通过加压装置连接，钻杆竖直设置，其底部连接压力传感器的顶部，压力传感器的底部连接探头，压力传感器通过数据采集线连接至数据采集仪。本发明还公开了一种利用上述钻孔内原位静力压入试验方法。本发明的有益效果在于，从深层平板载荷试验的原理出发，开发一种钻孔内原位静力压入试验装置，解决快速量测深部地基土层的极限阻力问题。

Description

钻孔内原位静力压入试验装置以及试验方法

技术领域

本发明涉及一种钻孔内原位静力压入试验装置以及试验方法，属于岩土工程勘察的技术领域之中。

背景技术

岩土工程勘察中对深部地基土层和大直径桩桩端土层承载力的确定，深层平板载荷试验是最具说服力、最权威的试验方法，但该试验费时费力，花费很大，在勘察阶段一般不安排，而采用理论计算、其它原位试验手段结合地区和工程经验综合判定土层的承载力。

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011，深层平板载荷试验适用于确定深部地基土层及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力和变形参数。该试验的承压板采用直径为0.8m的刚性板，试验时要求紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于80cm。加荷等级可按预估极限承载力的1/10～1/15分级施加，每级加荷后，第一个小时内按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降；当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。当出现下列情况之一时，可终止加载：

1)沉降s急骤增大，荷载～沉降(p～s)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过0.04d(d为承压板直径)；

2)在某级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定；

3)本级沉降量大于前一级沉降量的5倍；

4)当持力层土层坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍。

试验结束后，根据荷载～沉降(p～s)曲线的特征确定被试验土层的承载力特征值。

该试验终止加荷一个重要依据是在某级荷载下，承压板的沉降很大或不能稳定，反之，凭观察可直接看出来的沉降很大或土体失稳状态所对应的荷载也反映出该土体的极限承载力。本试验装置即是以此原理为依据来测定土层的极限承载力，在加压装置施加的压力作用下，平底探头被缓慢压入土层中，随着压入深度由小到大，压力传感器所测得的压力值也由小值逐渐增大至一个较稳定的值，该值即反映了被测试土层遭受破坏时的极限承载力。

岩土工程勘察常用的原位测试技术具有以下不同的缺点：

1、标准贯入、动力触探试验：标准贯入、动力触探等原位测试试验的结果仅仅是个击数值，是土层性质的综合模糊表征，不具有明确的力学意义。

2、旁压、扁铲试验：盘压、扁铲试验施加的是水平向的压力，其直接测量的压力是水平向的压力，需要结合试验结果通过地区经验换算得到被测土层的承载力。

3、静力触探试验相比：静力触探试验一般用专门的静力触探仪从地面开始进行连续试验，试验过程中不能观察到试验深度处的土层情况。虽然静力触探试验也可以结合钻探过程进行，但由于静力触探设备是专用设备，与钻机交替使用劳动强度大，一会儿用钻机钻探，一会儿将钻机移走安上静力触探设备做试验，非常麻烦，效率非常低，在实际的岩土工程勘察中根本不会采用这种办法。

拟研发的试验装置和方法从深层平板载荷试验的原理出发，开发一种将钻探和静力压入试验相结合的试验装置和方法，以钻机自重作为反力，通过加压装置缓慢加压，连续测定探头所受到的压入阻力，通过对压入量的直观量测，判断被测土层的极限破坏荷载，进而确定土的承载力。扩大了试验范围，提高了试验效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钻孔内原位静力压入试验装置，从深层平板载荷试验的原理出发，开发一种钻孔内原位静力压入试验装置，解决快速量测深部地基土层的极限阻力问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种钻孔内原位静力压入试验装置，包括钻机、升降装置、钻机主动杆、钻杆、加压装置、压力传感器、探头、数据连接线、数据采集仪，上述升降装置设置在上述钻机内部，上述钻机主动杆竖直设置并且装配在上述升降装置，上述钻机主动杆的底端和上述钻杆的顶端通过加压装置连接，上述钻杆竖直设置，其底部连接上述压力传感器的顶部，上述压力传感器的底部连接上述探头，上述压力传感器通过上述数据采集线连接至上述数据采集仪。

进一步地，上述探头的底面设置为平底。

进一步地，上述探头的侧面由下至上向内逐渐倾斜。

进一步地，上述加压装置设置为液压千斤顶。

进一步地，上述钻杆的底部和压力传感器的顶部采用螺纹连接，上述压力传感器的底部和探头用螺纹连接。

进一步地，上述数据连接线设置有长度刻度标示。

一种利用上述钻孔内原位静力压入试验方法，步骤包括：

S1：利用钻机进行正常的钻探；

S2：钻探至需要测试土层极限压入阻力的土层和深度，停止钻探，提出钻杆，清理钻头和孔内废土；

S3：将原钻探钻头拆卸下来，将压力传感器连接在钻杆的底部，将探头安装在压力传感器的底部；

S4：将数据连接线分别接到压力传感器和数据采集仪，将探头放至钻孔底，查看数据连接线上的长度刻度值，记录当前试验深度，将液压千斤顶安装连接在钻杆上部与钻机主动杆之间；

S5：启动液压千斤顶由小到大平稳施加压力，至某一压力值时，探头被缓慢压入土层，保持该压力值使探头匀速压入土层，直至千斤顶行程5-10厘米，试验过程中，数据采集仪以每秒1次的频率自动记录测试数据，试验结束时保存测试数据，完成一次试验；

S6：试验完成后，卸下液压千斤顶，提出钻杆，拆卸压力传感器、静力压入探头、数据连接线和数据采集仪，重新安装上钻头，继续钻探。

S7：重复S1至S6，直至钻探至预定深度和完成所有的钻孔内原位静力压入试验。

S8：将试验记录的数据导入软件，生成可以打印的试验报告。

本发明的有益效果：

1、试验安排的机动性和灵活性比较强。在勘察工地，现场岩土工程师通过观察钻探提取的土层了解地下土层的情况，可以根据拟建建筑物的要求和现场工程地质条件随时在合适的土层和深度安排该试验；也可以为查明一定深度范围内土层性质变化的连续性，规定每隔1～1.5米后就进行一次试验。

2、试验结果与钻探发现的土层情况结合的比较紧密。通过前面钻探提取的土样，现场的工程师对土层的性状有了基本的鉴定和掌握，随后试验量测到的压入阻力以定量的力学数据反映了该土层的性质。

3、试验的深度除受钻探影响外，没有其他的限制。由于是结合钻探过程进行试验，钻探到多深，试验就可做到多深。

4、试验设备简约轻便，随钻机携带，设备成本低，试验效率比较高，对钻探进度影响小。

附图说明

图1为实施案例1的钻孔内原位静力压入试验装置的结构示意图；

图2为实施案例1的钻杆、压力传感器、探头的结构示意图；

图3为实施案例2的采集仪记录的压入阻力数据通过配套软件生成的曲线图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施案例1：

图1为实施案例1的钻孔内原位静力压入试验装置的结构示意图，图2为实施案例1的钻杆、压力传感器、探头的结构示意图，参照图1、图2：

钻孔内原位静力压入试验装置，包括钻机10、升降装置1、钻机主动杆2、钻杆3、加压装置8、压力传感器4、探头5、数据连接线6、数据采集仪7，上述升降装置1设置在上述钻机10内部，上述钻机主动杆2竖直设置并且装配在上述升降装置1，上述钻机主动杆2的底端和上述钻杆3的顶端通过加压装置8连接，上述钻杆3竖直设置，其底部连接上述压力传感器4的顶部，上述压力传感器4的底部连接上述探头5，上述压力传感器4通过上述数据采集线6连接至上述数据采集仪7。

在本实施案例中，探头5的底面设置为平底，侧面由下至上向内逐渐倾斜。

探头根据深层平板载荷试验原理采用平底的设计方式，平底的型式更接近建筑物基础的实际状况，相比于静力触探试验用的呈60°角的锥形探头，平底探头下的土层反力分布均匀，可近似地被认为是深层平板载荷试验用的微小承压板。

探头的侧面即使得探头呈下底宽的梯形构造，使得探头向下运行时不会受到除侧壁摩阻力的影响。

对于加压装置8，加压装置8设置为液压千斤顶。

使用液压千斤顶可以实现压力的缓慢有序可控施加，适合原位静力压入试验。

钻杆3的底部和压力传感器4的顶部采用螺纹连接，压力传感器4的底部和探头5用螺纹连接。

该连接方式方便拆卸更换配件，降低原位静力压入试验的工作量。

数据连接线6设置有长度刻度标示。

既实现了压力传感器受力情况的电信号传输，还可以根据线缆上的长度标示观察当前试验深度。

实施案例2：

利用上述钻孔内原位静力压入试验方法，步骤包括：

S1：利用钻机进行正常的钻探；

S2：钻探至需要测试土层极限压入阻力的土层和深度，停止钻探，提出钻杆，清理钻头和孔内废土；

S3：将原钻探钻头拆卸下来，将压力传感器连接在钻杆的底部，将探头安装在压力传感器的底部；

S4：将数据连接线分别接到压力传感器和数据采集仪，将探头放至钻孔底，查看数据连接线上的长度刻度值，记录当前试验深度，将液压千斤顶安装连接在钻杆上部与钻机主动杆之间；

S5：启动液压千斤顶由小到大平稳施加压力，至某一压力值时，探头被缓慢压入土层，保持该压力值使探头匀速压入土层，直至千斤顶行程5-10厘米，试验过程中，数据采集仪以每秒1次的频率自动记录测试数据，试验结束时保存测试数据，完成一次试验；

S6：试验完成后，卸下液压千斤顶，提出钻杆，拆卸压力传感器、静力压入探头、数据连接线和数据采集仪，重新安装上钻头，继续钻探。

S7：重复S1至S6，直至钻探至预定深度和完成所有的钻孔内原位静力压入试验。

S8：将试验记录的数据导入软件，生成可以打印的试验报告。

将采集仪中的存储卡与电脑连接可以将记录的数据转存在电脑里，专门开发的配套软件读取相应的数据文件，自动显示试验点的工程参数，如工程编号，孔号，试验深度，贯入度，传感器类型，探头类型，探头计算截面积和计算公式等，软件可将试验采集数据利用相关计算公式绘制出试验过程的应力与时间关系曲线，生成试验报告(如图3所示)。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种钻孔内原位静力压入试验装置，其特征在于，包括钻机、升降装置、钻机主动杆、钻杆、加压装置、压力传感器、探头、数据连接线、数据采集仪，所述升降装置设置在所述钻机内部，所述钻机主动杆竖直设置并且装配在所述升降装置，所述钻机主动杆的底端和所述钻杆的顶端通过加压装置连接，所述钻杆竖直设置，其底部连接所述压力传感器的顶部，所述压力传感器的底部连接所述探头，所述压力传感器通过所述数据采集线连接至所述数据采集仪。

2.根据权利要求1所述的钻孔内原位静力压入试验装置，其特征在于，所述探头的底面设置为平底。

3.根据权利要求1或2所述的钻孔内原位静力压入试验装置，其特征在于，所述探头的侧面由下至上向内逐渐倾斜。

4.根据权利要求1所述的钻孔内原位静力压入试验装置，其特征在于，所述加压装置设置为液压千斤顶。

5.根据权利要求1所述的钻孔内原位静力压入试验装置，其特征在于，所述钻杆的底部和压力传感器的顶部采用螺纹连接，所述压力传感器的底部和探头用螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的钻孔内原位静力压入试验装置，其特征在于，所述数据连接线设置有长度刻度标示。

7.一种利用权利要求1-6任意项钻孔内原位静力压入试验方法，其特征在于，步骤包括：

S1：利用钻机进行正常的钻探；

S2：钻探至需要测试土层极限压入阻力的土层和深度，停止钻探，提出钻杆，清理钻头和孔内废土；

S3：将原钻探钻头拆卸下来，将压力传感器连接在钻杆的底部，将探头安装在压力传感器的底部；

S4：将数据连接线分别接到压力传感器和数据采集仪，将探头放至钻孔底，查看数据连接线上的长度刻度值，记录当前试验深度，将液压千斤顶安装连接在钻杆上部与钻机主动杆之间；

S5：启动液压千斤顶由小到大平稳施加压力，至某一压力值时，探头被缓慢压入土层，保持该压力值使探头匀速压入土层，直至千斤顶行程5-10厘米，试验过程中，数据采集仪以每秒1次的频率自动记录测试数据，试验结束时保存测试数据，完成一次试验；

S6：试验完成后，卸下液压千斤顶，提出钻杆，拆卸压力传感器、静力压入探头、数据连接线和数据采集仪，重新安装上钻头，继续钻探。

S7：重复S1至S6，直至钻探至预定深度和完成所有的钻孔内原位静力压入试验。

S8：将试验记录的数据导入软件，生成可以打印的试验报告。