CN107542076B - 一种动力触探仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力触探仪，包括管体、管体支架、锤垫、锤体和第一弹簧，管体设置于管体支架上，管体支架对管体进行支撑，锤垫设置在管体一端，锤体设置在管体内朝向锤垫的一端，并用于在管体的长度方向上移动，第一弹簧设置于管体内侧，一端与管体相连接，另一端与锤体相连接，用于向锤体施加弹力，通过将锤体由管体的顶部移至管体底部，锤体位于管体底部进行锤击，避免将锤体吊装于孔口上方出现安全风险，通过在管体内设置第一弹簧，锤体在锤击过程中得到弹簧施加的弹力，在锤体下落力量一定时，通过弹簧的弹力减少锤体所需的质量，且根据弹簧收缩的长度对锤体施加不同大小的弹力，在锤体质量一定的情况下得到不同大小的锤击力。

Description

一种动力触探仪

技术领域

本发明涉及岩土工程勘察设备技术领域，特别涉及一种动力触探仪。

背景技术

在工程勘察活动中，需要通过动力触探试验对土层进行力学分层，并确定土层的物理力学性质，对地基土做出工程地质评价，目前在工程勘察中常用的动力触探试验有：标准贯入试验(SPT)和圆锥动力触探试验(DPT)。圆锥动力触探试验又分为：轻型、重型和超重型动力触探试验，是工程地质勘察的一种常规且成熟的原位测试方法，各种试验设备均有相应的适用范围，标准贯入试验探头与其他两种试验不同，其试验类型及规格如见表1。

表1

由表1记载数据可以看出，标准贯入试验(SPT)和圆锥动力触探试验(DPT)的锤重、落距均有所不同，其中重型圆锥动力触探试验、超重型圆锥动力触探试验和标准贯入试验在土层勘察过程中存在以下不足：

1、试验需要配置两种锤体和三套钻杆，锤体的质量较大，在设备的运输、安装和试验操作中操作非常不便；

2、三种试验均需要将落锤置于孔口上方，通过自动脱钩装置实现自由下落，由于钻杆高出地面的长度难以控制在1.5m以内，因此吊装时的安全风险较为突出，成为钻探工作中的重要安全风险来源。

发明内容

为此，需要提供一种动力触探仪，通过将锤体设置在探杆底部，防止锤体在探杆顶部进行锤击作业造成的锤体坠落风险，并通过在探杆内设置加力弹簧的方式为锤体增加探杆锤击的冲击力，用于减小锤体尺寸或补偿锤体的冲击力。

为实现上述目的，发明人提供了一种动力触探仪，其特征在于，包括管体、管体支架、锤垫、锤体、第一弹簧和单向移动装置；

所述管体设置于管体支架上，管体支架用于对管体进行支撑；

所述锤垫设置于管体的底端；

所述锤体设置于管体内部，并可沿管体的长度方向滑动，用于向锤垫施加冲击力；

所述第一弹簧设置于管体的内侧，第一弹簧的一端与管体相连接，另一端与锤体相连接，用于增加锤体的冲击力；

所述单向移动装置包括齿条和棘爪，所述齿条竖直设置，底部与管体的顶部相接触，棘爪铰接于管体支架上，并与齿条上的齿相接触，用于带动管体向下做单向运动。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过将锤体由管体的顶部移至管体设有锤垫的一端，在锤击过程中锤体位于管体底部进行锤击，避免了将锤体吊装于孔口上方的安全风险，同时通过在管体内设置第一弹簧，使得锤体在锤击过程中得到了弹簧施加的弹力，在锤击的力量一定时，通过弹簧的弹力减少锤体所需的质量，减小质量的锤体便于运输、安装及使用，且可根据弹簧收缩的长度对锤体施加不同大小的弹力，在锤体质量一定的情况下得到不同大小的锤击力，避免了需要多种质量锤体的不便。

进一步地，所述锤体与管体的接触面上设有通槽，第一弹簧的至少一端设置于通槽内。

通过在锤体与管体的接触面上设置通槽，将第一弹簧的一端套设于锤体与管体接触面上设置的通槽内，使第一弹簧的长度得以延伸，且在弹簧收缩过程中，弹簧位于通槽内的部分在收缩时得以受到通槽的定位。

进一步地，还包括抓锤装置，所述抓锤装置包括拉杆和抓锤爪，拉杆的一端用于与动力输入装置相连接；抓锤爪铰接于拉杆的另一端，用于抓持锤体。

通过设置抓锤装置，得以在锤击过程中通过拉杆对锤体进行抓持，将锤体抬起。

进一步地，还包括第二弹簧，抓锤爪的顶部向铰接处上方延伸，第二弹簧的一端与拉杆相连接，另一端与铰接处上方的抓锤爪相连接，使抓锤爪抓紧锤体。

通过将抓锤爪的顶部进行延伸，第二弹簧连接于拉杆及抓锤爪铰接处上方的延伸部位，得以在抓锤爪抓持锤体的过程中，抓锤爪抓持锤体的一端受到抓锤爪另一端的弹簧弹力得以收紧，防止抓锤爪在抓持锤体的过程中出现滑脱现象。

进一步地，还包括脱钩装置，所述脱钩装置连接于管体内侧，并设置于抓锤爪上方，脱钩装置底部设有锥形凹槽，凹槽的底部截面面积大于顶部截面面积，用于使抓锤爪顶部进入凹槽，使抓锤爪脱离锤体。

通过设置脱钩装置，抓锤爪在抬起过程中，抓锤爪的上方部分进入脱钩装置的锥形凹槽内，抓锤爪顶部在凹槽内向拉杆方向收紧，抓锤爪底部张开，使抓锤爪松脱锤体，锤体随弹簧落下进行锤击，减少了与锤体连接的连杆跟随锤体进行下落时的阻力。

进一步地，还包括隔水管，所述隔水管套设于拉杆上。

通过在拉杆上设置隔水管，避免了锤击过程中水体进入管体内侧，影响触探仪的工作。

进一步地，还包括位移传感器，所述位移传感器设置于管体支架上，并与管体相连接，用于检测管体的沉降距离。

通过在管体支架上设置位移传感器，对管体的下降距离进行检测，进一步提高管体沉降距离的检测精度。

进一步地，所述锤垫的底部设有螺杆。

通过在锤垫的底部设置螺杆，边缘通过螺杆装配探杆底部的锥体，同时便于锥体使用后的更换。

进一步地，还包括压杆和压杆接头，所述压杆接头与管体顶部相连接，压杆接头的顶部设有凸起，压杆的底部通过压杆接头的凸起与管体相连接。

通过设置压杆和压杆接头，在管体沉降深度大于管体长度时，管体可通过压杆接头添加压杆，对管体的长度进行加长，在管体长度不足时通过添加压杆的方式保证杆体的长度。

附图说明

图1为本发明实施例中动力触探仪的管体剖面结构示意图；

图2为本发明实施例中锤体的细部结构示意图；

图3为本发明实施例中锤体的A-A剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中抓锤爪的细部结构示意图；

图5为本发明实施例中压杆的细部结构示意图；

图6为本发明实施例中管体支架的结构示意图。

附图标记说明：

101、管体；102、锤垫；1021、螺杆；103、锤体；1031、通槽；

104、第一弹簧；105、定位件；106、弹簧导向杆；

201、拉杆；202、抓锤爪；203、第二弹簧；204、脱钩装置；

2041、凹槽；205、隔水管；206、绳扣；

301、压杆；302、压杆接头；303、隔板；

401、管体支架；402、齿条；403、棘爪；404、位移传感器；

405、拉力传感器；406、基准板。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请一并参阅图1至图6，图1为本发明实施例中动力触探仪的管体剖面结构示意图，锤垫102设置在管体101的底部，螺杆1021连接于锤垫102的底部。锤体103设置在管体101内，并设置在锤垫102的上方。拉杆201设置于管体101内，并设置在锤体103的上方。抓锤爪202铰接于拉杆201底部(本实施例中抓锤爪的数量选用3个，也可选用2个及以上的抓锤爪)，脱钩装置204设置于抓锤爪202的上方，脱钩装置204的凹槽2041设置于管体101的内侧。隔水管205套设于脱钩装置204上方的拉杆201上，绳扣206设置于拉杆201的顶部，压杆接头302与管体101的顶部相连接。请参阅图2，图2为本发明实施例中锤体的细部结构示意图，第一弹簧104的一端与锤体103相连接，另一端与定位件105相连接，(本实施例中定位件通过钉子固定于管件内，第一弹簧的一端与定位件相连接，在某些实施例中，第一弹簧的一端可与定位件之间设有一定间距，防止第一弹簧长时间处于受力状态)。弹簧导向杆106套设在第一弹簧104内，一端与锤体103相连接，另一端与定位件105上预设的通孔相连接。请参阅图3，图3为本发明实施例中锤体的A-A剖面结构示意图，环绕锤体103的侧边设有多个通槽1031，通槽1031的尺寸与第一弹簧104的尺寸相适配，第一弹簧104及弹簧导向杆106设置与通槽1031内。请参阅图4，图4为本发明实施例中抓锤爪的细部结构示意图，抓锤爪202的中部铰接于拉杆201的底部，第二弹簧203的一端与抓锤爪202铰接处上方的部分相连接，另一端与拉杆201相连接(本实施例中锤体顶部设有凸起，凸起上设有用于抓锤爪抓持的凹槽)。脱钩装置204的底部设有凹槽2041，凹槽2041的底部截面尺寸大于顶部截面尺寸。请参阅图5，图5为本发明实施例中压杆的细部结构示意图，压杆301通过压杆接头302连接于管体101的上方(本实施例中压杆接头的底部设有凹槽，压杆接头的底部设有与压杆底部凹槽相适配的凸起，压杆接头内侧设有通孔)，隔板303设置于压杆301内，(本实施例中压杆为管状结构，压杆接头及隔板上设有通孔，用于使连接动力装置的拉杆或绳索穿过)。请参阅图6，图6为本发明实施例中管体支架的结构示意图，管体支架401设置于地面上，齿条402纵向设置在管体支架401上，棘爪403与齿条402相适配，齿条402底部通过基准板406与管体101相接触，位移传感器404设置在管体支架401上，一端与基准板406相接触。拉杆201的顶部设有绳扣206，拉杆201通过绳扣206连接绳索，绳索与动力装置相连接(本实施例中动力输入装置选用卷扬机，通过卷扬机的卷线筒转动带动锤体)，拉力传感器405设置在绳索上。

根据上述结构，在进行标准贯入试验时，标准贯入器的一端与管体底部的螺纹相连接，并将管体和标准贯入器竖直设置，使管体的一端放入待测孔的孔底，管体的顶部设置基准板，基准板顶部与齿条相接触，动力装置通过绳索与管体内的拉杆相连接，动力装置先通过绳索带动拉杆向下移动，设置于拉杆底部的抓锤爪一端抓持锤体顶部凸起上设置的凹槽，将锤体向上拉起，在抓锤爪向上拉起锤体的过程中，管体支架上设置的棘爪支撑齿条，齿条对基准板进行定位，防止管体跟随锤体向上移动，第二弹簧将抓锤爪的另一端顶起，使抓锤爪抓持锤体的一端压紧至凹槽内，防止抓锤爪在抓持锤体的过程中出现锤体滑脱的现象，于此同时，两端分别连接锤体和定位件的第一弹簧收缩，并在锤体的通槽及弹簧导向杆的作用下进行定位，防止第一弹簧扭曲，弹簧导向杆跟随锤体向上移动并在定位件上预设的通孔内滑动，当抓锤爪移动至脱钩装置的位置时，抓锤爪顶部进入脱钩装置的凹槽内，并在凹槽内向拉杆轴心方向靠拢，抓锤爪抓持锤体的一端张开，使锤体脱离抓锤爪，锤体下落时，弹簧的弹力与锤体自由下落的力量合成锤体的冲击力，冲击力通过固定于管体底部的锤垫向地面传送，将标准贯入器将打入孔底的土体内，隔水管包覆在拉杆位于脱钩装置上方的部分，顶部与管体相连接，在拉杆上下移动过程中包覆拉杆，防止管体上方由于雨天或地下水漏进管体，并通过拉杆穿过脱钩装置的位置渗入管体底部，影响锤体的锤击过程，管体在下沉过程中，基准板跟随管体向下移动，保持管体顶部处于水平状态，齿条向下移动后继续被棘爪锁止，位移传感器对基准板的下降量进行测量，即测得管体和标准贯入器撞击后的下沉量，当管体沉降的深度较深时，管体顶部通过压杆接头与压杆底部进行对接，绳索及拉杆顶部伸入压杆的中空结构内，绳索一端通过绳扣与拉杆相连接，另一端穿隔板及基准板的通孔与动力装置相连接，隔板的通孔对绳索在压杆内竖直方向上的移动进行限制，基准板放置于压杆的顶部，拉力传感器连接于绳索上，对绳索的拉力进行检测，判断触探仪是否在正常工作。

在进行圆锥动力触探试验时，将管体竖直设置，并架设在管体支架上，将管体设有锤垫的一端向下放置待测地面，将锥体通过螺杆装配至锤垫底部，使管体底部形成锥形结构，管体顶部设置基准板，基准板顶部与齿条相接触，动力装置通过绳索与管体内的拉杆相连接，动力装置先通过绳索带动拉杆向下移动，设置于拉杆底部的抓锤爪一端抓持锤体顶部凸起上设置的凹槽，将锤体向上拉起，在抓锤爪向上拉起锤体的过程中，管体支架上设置的棘爪支撑齿条，齿条对基准板进行定位，防止管体跟随锤体向上移动，第二弹簧将抓锤爪的另一端顶起，使抓锤爪抓持锤体的一端压紧至凹槽内，防止抓锤爪在抓持锤体的过程中出现锤体滑脱的现象，于此同时，两端分别连接锤体和定位件的第一弹簧收缩，并在锤体的通槽及弹簧导向杆的作用下进行定位，防止第一弹簧扭曲，弹簧导向杆跟随锤体向上移动并在定位件上预设的通孔内滑动，当抓锤爪移动至脱钩装置的位置时，抓锤爪顶部进入脱钩装置的凹槽内，并在凹槽内向拉杆轴心方向靠拢，抓锤爪抓持锤体的一端张开，使锤体脱离抓锤爪，锤体下落时，弹簧的弹力与锤体自由下落的力量合成锤体的冲击力，冲击力通过固定于管体底部的锤垫向地面传送，同时将管体向地面打入，隔水管包覆在拉杆位于脱钩装置上方的部分，顶部与管体相连接，在拉杆上下移动过程中包覆拉杆，防止管体上方由于雨天或地下水漏进管体，并通过拉杆穿过脱钩装置的位置渗入管体底部，影响锤体的锤击过程，管体在下沉过程中，基准板跟随管体向下移动，保持管体顶部处于水平状态，齿条向下移动后继续被棘爪锁止，位移传感器对基准板的下降量进行测量，即测得管体撞击后的下沉量，当管体沉降的深度较深时，管体顶部通过压杆接头与压杆底部进行对接，绳索及拉杆顶部伸入压杆的中空结构内，绳索一端通过绳扣与拉杆相连接，另一端穿隔板及基准板的通孔与动力装置相连接，隔板的通孔对绳索在压杆内竖直方向上的移动进行限制，基准板放置于压杆的顶部，拉力传感器连接于绳索上，对绳索的拉力进行检测，判断触探仪是否在正常工作。

在上述实施例中，隔水管可采用塑料、橡胶等材质的波纹管，波纹管的皱褶可使得隔水管可进行伸缩，提高密封隔水的效果，在某些实施例中，也可通过在脱钩装置上方的拉杆上设置隔水橡胶套，隔水橡胶套套设在拉杆上与管体内侧相接触，对管体内进行隔水。

在上述实施例中，还包括定位件，定位件通过钉子可拆连接于管体内侧，便于简化管体的加工流程，并便于对定位件和第一弹簧进行更换。

在上述实施例中，还包括弹簧导向杆，弹簧导向杆的一端与锤体固定连接，另一端穿过定位件上预设的通孔，实现锤体升降过程中弹簧导向杆跟随锤体进行升降，使第一弹簧沿弹簧导向杆的长度方向进行伸缩，防止第一弹簧扭曲。

在上述实施例中，锤体内的材质为铅材质，通过使用铅材质可使得锤体的重量加大。

在上述实施例中，还包括基准板，基准板设置于管体或压杆顶部，用于通过基准板与齿条接触，判断管体或压杆顶面是否呈水平状态。

在上述实施例中，位移传感器可选用直线位移传感器，例如磁致伸缩式位移传感器、光电式传感器等。

在上述实施例中，管体支架可通过螺杆等装置进行配平。

在上述实施例中，连接脱钩装置的管体在长度方向上设有多个通孔，脱钩装置通过螺栓连接于管体的不同位置，调整脱钩装置位于管体内的位置，以调节第一弹簧在脱钩装置释放锤体时收缩的长度；在某些实施例中，脱钩装置设置于管体的顶部，凹槽插入管体内侧，在管体与脱钩装置之间设置环形垫片，通过增减环形垫片的数量以调节脱钩装置的位置。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动力触探仪，其特征在于，包括管体、管体支架、锤垫、锤体、第一弹簧和单向移动装置；

所述管体设置于管体支架上，管体支架用于对管体进行支撑；

所述锤垫设置于管体的底端；

所述锤体设置于管体内部，并可沿管体的长度方向滑动，用于向锤垫施加冲击力；

所述第一弹簧设置于管体的内侧，第一弹簧的一端与管体相连接，另一端与锤体相连接，用于增加锤体的冲击力；

所述单向移动装置包括齿条和棘爪，所述齿条竖直设置，底部与管体的顶部相接触，棘爪铰接于管体支架上，并与齿条上的齿相接触，用于带动管体向下做单向运动。

2.根据权利要求1所述的动力触探仪，其特征在于，所述锤体与管体的接触面上设有通槽，第一弹簧的至少一端设置于通槽内。

3.根据权利要求1所述的动力触探仪，其特征在于，还包括抓锤装置，所述抓锤装置包括拉杆和抓锤爪，拉杆的一端用于与动力输入装置相连接；抓锤爪铰接于拉杆的另一端，用于抓持锤体。

4.根据权利要求3所述的动力触探仪，其特征在于，还包括第二弹簧，抓锤爪的顶部向铰接处上方延伸，第二弹簧的一端与拉杆相连接，另一端与铰接处上方的抓锤爪相连接，使抓锤爪抓紧锤体。

5.根据权利要求4所述的动力触探仪，其特征在于，还包括脱钩装置，所述脱钩装置连接于管体内侧，并设置于抓锤爪上方，脱钩装置底部设有锥形凹槽，凹槽的底部截面面积大于顶部截面面积，用于使抓锤爪顶部进入凹槽，使抓锤爪脱离锤体。

6.根据权利要求3所述的动力触探仪，其特征在于，还包括隔水管，所述隔水管套设于拉杆上。

7.根据权利要求1所述的动力触探仪，其特征在于，还包括位移传感器，所述位移传感器设置于管体支架上，并与管体相连接，用于检测管体的沉降距离。

8.根据权利要求1所述的动力触探仪，其特征在于，所述锤垫的底部设有螺杆。

9.根据权利要求1所述的动力触探仪，其特征在于，还包括压杆和压杆接头，所述压杆接头与管体顶部相连接，压杆接头的顶部设有凸起，压杆的底部通过压杆接头的凸起与管体相连接。