CN109061102A - 路基土的取芯装置及利用取芯装置安装水分传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
路基土的取芯装置及利用取芯装置安装水分传感器的方法，本发明的目的是为了解决现有技术中探头测试部位的土体密实度往往达不到路基的密实度要求，影响体积含水率的测试精度，下放带有土芯样的水分传感器的过程中，土芯样容易松散，分层击实回填土过程中容易损坏水分传感器，水分传感器长期监测过程中容易进水的问题，它包括刀身、约束环、垫块和多个顶丝；环形筒体的外侧壁上加工有约束环限位凸起，约束环为环形套体，约束环套设在刀身的顶端上，垫块盖装在刀身和约束环上。步骤一：钻孔取样；步骤二：取芯；步骤三：插入水分传感器；步骤四：组装样芯；步骤五：安装样芯；步骤六：回填土；步骤七：密封孔。本发明用于路基监测领域。
Description
技术领域
本发明涉及路基土的取芯装置及利用取芯装置安装水分传感器的方法，本发明涉及路基土含水率的监测。
背景技术
路基的含水率对路基影响较大。在季节性冻土地区，若路基中含水率过高，道路易在冬季发生冻胀破坏，在春季，道路中的冰融化，路基中的水分过多无法及时排出，造成路基承载力不足，导致路面开裂。在南方潮湿多雨地区，路基中含水率过高亦会引起路基承载力过低。因此，监测运营过程中路基的含水率，研究含水率对路基的影响，是广大道路科研工作者的希望。
路基土水分测试方法有烘干法、酒精燃烧法、压阻式土壤水分湿度计、阻抗式土壤湿度计、路基土水分传感器等。其中，烘干法测试结果最为精确，但需在室内操作，耗时较长；酒精燃烧法原理简单，但仅适用于不含有机质的细粒土，且误差较大；压阻式及阻抗式土壤水分传感器存在精度不高、操作复杂、存在辐射等问题。
路基土水分传感器在路基土含水率检测方面应用广泛。一般采用时域反射法，通过探针向路基土中发射电磁波，电磁波沿探针到达底部后反射，并输出相应的电压值。路基土体积含水率与介电常数之间存在关系，最终可通过电压值确定路基土的体积含水率。
路基土中埋设路基土水分传感器时，路基土水分传感器容易损坏。一般在路基中预先钻孔，再埋设路基土水分传感器。一般的人工埋设主要存在以下问题：1探头测试部位的土体密实度往往达不到路基的密实度要求，影响体积含水率的测试精度；2下放带有土芯样的水分传感器的过程中，土芯样容易松散；3分层击实回填土过程中容易损坏水分传感器；4水分传感器长期监测过程中有进水的可能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中探头测试部位的土体密实度往往达不到路基的密实度要求，影响体积含水率的测试精度，下放带有土芯样的水分传感器的过程中，土芯样容易松散，分层击实回填土过程中容易损坏水分传感器，水分传感器长期监测过程中容易进水的问题，进而提供路基土的取芯装置及利用取芯装置安装水分传感器的方法。
本发明未解决以上问题所采取的技术方案是：
它包括刀身、约束环、垫块和多个顶丝；刀身为环形筒体，环形筒体的外侧壁上加工有约束环限位凸起，约束环为环形套体，环形套体的侧壁上设有多个顶丝，约束环套设在刀身的顶端上，每个顶丝的顶端顶在刀身的外侧壁上，垫块盖装在刀身和约束环上。
所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：钻孔取样：采用冲击式工程勘察钻机在路基中钻孔，钻孔深度1-10m，钻孔中0-1m深度内钻孔使用钻头的直径为142mm，1m-10m之间的深度内钻孔使用钻头的直径为110mm，钻孔深度为安装湿度传感器的深度，并在该深度处将冲击钻头换为原状取土钻头从路基中取样芯体，取出的样芯体直径为100mm；
步骤二：取芯：先在刀身内外涂抹凡士林，再通过刀身、约束环和垫块对步骤一中的样芯体进行取样芯，刀身插装在步骤一的样芯体中通过锤体砸动垫块进行取芯,取芯的顶端位置至限位约束凸起处；
步骤三：插入水分传感器：将刀身倒立通过刀片刮平刀身刀刃部样芯的端面，在样芯上用钻具钻成孔，钻具为正反转手电钻，钻头为麻花钻，麻花钻的直径为4.6mm，麻花钻长度为86mm，钻孔深度78～80mm，水分传感器插入钻孔内，路基土水分传感器的探针插入样芯的孔中，之后取出垫块、拆除约束环、将刀身分为两半，再取出带有路基土湿度传感器的样芯，刀身分为两半时利用锤体敲击刀身一侧的半环形凸起，使刀身的一半环形筒体与样芯分离，之后再次利用锤体敲击刀身另一侧的半环形凸起，使刀身的另一半环形筒体与样芯分离；
步骤四：组装样芯：将样芯上水分传感器的传感器器身安装在有机玻璃筒内内，水分传感器的导线从有机玻璃筒的侧面开口处引出，利用电气防水胶布将导线固定在有机玻璃筒外壁上，水分传感器与有机玻璃筒之间通过玻璃胶填充并包裹水分传感器，玻璃胶粘结固定水分传感器与有机玻璃筒，尼龙网布包裹样芯部分，在有机玻璃筒高度范围内，通过电气防水胶布将尼龙网布与有机玻璃筒粘结固定组装成样芯组件；
步骤五：安装样芯：通过样芯组件上水分传感器的导线将样芯组件垂直下放至路基孔指定位置，利用重物将水分传感器的导线一端紧压固定在路基孔口附近，重物为石头或者其他重物；
步骤六：回填土：往路基孔内回填细土，加长杆之间通过与加长杆接头螺纹连接实现拼接，加长杆的底端与锤头的顶端通过螺纹连接，锤头的顶端设有拉环，拉环与绳子的一端固定连接，可防止锤头掉入路基的孔内，通过绳子拉动锤头并将锤头拾起；加长杆捣实回填土，再通过加长杆带动锤头击实回填土，分层捣实、锤击路基孔内样芯组件上方的回填土，直至下一需要埋设水分传感器的深度，重复步骤二至步骤六埋设水分传感器，分层捣实、击实路基孔内回填土至路基顶面；
步骤七：密封孔：击实回填土至路基顶面，采用与路面结构基层相同的材料密封孔口，进而完成路基上水分传感器的安装。
本发明的有益效果是：
本发明所述状取土环刀，可方便地从原状路基芯样中切取土芯。同时可直接在原状取土环刀内小钻成孔后插入路基土水分传感器的探针，使得测试结果更符合实际路基内部状况，即探针周围土的密实度与原有路基土基本相同。
本发明有机玻璃筒9和尼龙网套10既保证了水分传感器11与钻孔周围土之间的水分交换，也能保证土芯始终与路基土水分传感器11的探针紧密接触，预防往钻孔中回放时土芯的松散以及土芯与水分传感器11的探针脱离。同时通过往有机玻璃筒9与水分传感器11之间填充玻璃胶，可实现传感器的进一步防水，同时也能使得水分传感器11与有机玻璃筒9之间形成一个整体，在击实回填土的过程中更好地保护水分传感器11。
本发明所述加长杆4，可用于路基钻孔内回填土的捣实，又可与击实锤头5之间连接使用，操作简便。同时所述击实锤头5上的小环可绑有绳子3固定至钻孔顶面，可预防锤头5掉落钻孔中无法取出。
综上所述，本发明可实现路基钻孔中埋设多个路基土水分传感器的需求。
附图说明
图1是本发明刀身6、约束环7、垫块8和多个顶丝16安装的结构示意图；
图2是本发明刀身6的主视图；
图3是本发明刀身6的侧视图；
图4是本发明刀身6的俯视图；
图5是本发明有机玻璃筒9、尼龙网布10和湿度传感器11通过玻璃胶12安装结构示意图；
图6是本发明绳子3、加长杆4、锤头5和拉坏14安装结构示意图；
图7是本发明样芯组件1设置在路基的钻孔指定深度处结构示意图；
图8是锤头5锤击路基孔内填充回填土的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述路基土的取芯装置，它包括刀身6、约束环7、垫块8和多个顶丝16；刀身6为环形筒体，环形筒体的外侧壁上加工有约束环限位凸起，约束环7为环形套体，环形套体的侧壁上设有多个顶丝16，约束环7套设在刀身6的顶端上，每个顶丝16的顶端顶在刀身6的外侧壁上，垫块8盖装在刀身6和约束环7上。
本实施方式中刀身6的内径为70mm，刀身8的刃角为17°。
具体实施方式二：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述路基土的取芯装置，刀身6是由两个半环形筒体扣合组成一个环形筒体，其中一个半环形筒体的两侧面的内侧壁分别加工有一个竖直凸起，另一个半环形筒体的两侧面的内侧壁分别加工有与竖直凸起对应的一个竖直凹槽，半环形筒体的两侧面的每个竖直凸起分别对应设置在另一个半环形筒体的两侧面的一个竖直凹槽内，通过竖直凸起和竖直凹槽对应设置，增加两个半环形筒体的吻合性能，防止两个半环形筒体发生相对滑动，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述路基土的取芯装置，刀身6靠近底端侧壁的截面为楔形面，且楔形面的截面由上至下依次缩小，刀身6的底端为刀刃部，刀刃部的刃角为17°，此结构的作用是在使用刀身6进行工作时能将刀身6更快的插装到路基上，增加工作效率，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述路基土的取芯装置，垫块8为圆柱体，垫块8的下端面加工有凸起，垫块8设置在刀身6的环形筒内，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式所述利用路基土取芯装置安装水分传感器的方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：钻孔取样：采用冲击式工程勘察钻机在路基中钻孔，钻孔深度1-10m，钻孔中0-1m深度内钻孔使用钻头的直径为142mm，1m-10m之间的深度内钻孔使用钻头的直径为110mm，钻孔深度为安装湿度传感器的深度，并在该深度处将冲击钻头换为原状取土钻头从路基中取样芯体，取出的样芯体直径为100mm；冲击式工程勘察钻机生产厂家为山东巨匠机械集团有限公司，型号为的SH30-2A的30m冲击式工程勘察钻机；
步骤二：取芯：先在刀身6内外涂抹凡士林，再通过刀身6、约束环7和垫块8对步骤一中的样芯体进行取样芯，刀身6插装在步骤一的样芯体中通过锤体砸动垫块8进行取芯,取芯的顶端位置至限位约束凸起处；
步骤三：插入水分传感器：将刀身6倒立通过刀片刮平刀身6刀刃部样芯的端面，在样芯上用钻具钻成孔，钻具为正反转手电钻，钻头为麻花钻，麻花钻的直径为4.6mm，麻花钻长度为86mm，钻孔深度78～80mm，水分传感器11插入钻孔内，路基土水分传感器11的探针插入样芯的孔中，之后取出垫块8、拆除约束环7、将刀身6分为两半，再取出带有路基土湿度传感器的样芯，刀身6分为两半时利用锤体敲击刀身6一侧的半环形凸起，使刀身6的一半环形筒体与样芯分离，之后再次利用锤体敲击刀身6另一侧的半环形凸起，使刀身6的另一半环形筒体与样芯分离；
步骤四：组装样芯：将样芯上水分传感器11的传感器器身安装在有机玻璃筒内9内，湿度传感器11生产厂家是锦州阳光气象科技有限公司，型号为TDR-3的湿度传感器，水分传感器11的导线2从有机玻璃筒9的侧面开口15处引出，利用电气防水胶布将导线2固定在有机玻璃筒9外壁上，水分传感器11与有机玻璃筒9之间通过玻璃胶填充并包裹水分传感器11，玻璃胶12粘结固定水分传感器11与有机玻璃筒9，尼龙网布10包裹样芯部分，在有机玻璃筒9高度范围内，通过电气防水胶布将尼龙网布10与有机玻璃筒9粘结固定组装成样芯组件1；
步骤五：安装样芯：通过样芯组件1上水分传感器的导线2将样芯组件1垂直下放至路基孔指定位置，利用重物17将水分传感器的导线2一端紧压固定在路基孔口附近，重物17为石头或者其他重物；
步骤六：回填土：往路基孔内回填细土，加长杆4之间通过与加长杆接头螺纹连接实现拼接，加长杆4的底端与锤头5的顶端通过螺纹连接，锤头5的顶端设有拉环14，拉环14与绳子3的一端固定连接，可防止锤头5掉入路基的孔内，通过绳子3拉动锤头5并将锤头5拾起；加长杆4捣实回填土，再通过加长杆4带动锤头5击实回填土，分层捣实、锤击路基孔内样芯组件1上方的回填土，直至下一需要埋设水分传感器11的深度，重复步骤二至步骤六埋设水分传感器11，分层捣实、击实路基孔内回填土至路基顶面；
步骤七：密封孔：击实回填土至路基顶面，采用与路面结构基层相同的材料密封孔口，进而完成路基上水分传感器11的安装。
具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述利用路基土取芯装置安装水分传感器的方法，步骤六中，加长杆4两端外壁有螺纹，加长杆接头内壁有螺纹，击实锤头5顶部的孔的内壁有螺纹。
Claims (6)
1.路基土的取芯装置，其特征在于：它包括刀身(6)、约束环(7)、垫块(8)和多个顶丝(16)；刀身(6)为环形筒体，环形筒体的外侧壁上加工有约束环限位凸起，约束环(7)为环形套体，环形套体的侧壁上设有多个顶丝(16)，约束环(7)套设在刀身(6)的顶端上，每个顶丝(16)的顶端顶在刀身(6)的外侧壁上，垫块(8)盖装在刀身(6)和约束环(7)上。
2.根据权利要求1所述路基土的取芯装置，其特征在于：刀身(6)是由两个半环形筒体扣合组成一个环形筒体，其中一个半环形筒体的两侧面的内侧壁分别加工有一个竖直凸起，另一个半环形筒体的两侧面的内侧壁分别加工有与竖直凸起对应的一个竖直凹槽，半环形筒体的两侧面的每个竖直凸起分别对应设置在另一个半环形筒体的两侧面的一个竖直凹槽内。
3.根据权利要求1或2所述路基土的取芯装置，其特征在于：刀身(6)靠近底端侧壁的截面为楔形面，且楔形面的截面由上至下依次缩小，刀身(6)的底端为刀刃部，刀刃部的刃角为17°。
4.根据权利要求1所述路基土的取芯装置，其特征在于：垫块(8)为圆柱体，垫块(8)的下端面加工有凸起，垫块(8)设置在刀身(6)的环形筒内。
5.一种利用权利要求1、2、3或4所述路基土取芯装置安装水分传感器的方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：钻孔取样：采用冲击式工程勘察钻机在路基中钻孔，钻孔深度1-10m，钻孔中0-1m深度内钻孔使用钻头的直径为142mm，1m-10m之间的深度内钻孔使用钻头的直径为110mm，钻孔深度为安装湿度传感器的深度，并在该深度处将冲击钻头换为原状取土钻头从路基中取样芯体，取出的样芯体直径为100mm；
步骤二：取芯：先在刀身(6)内外涂抹凡士林，再通过刀身(6)、约束环(7)和垫块(8)对步骤一中的样芯体进行取样芯，刀身(6)插装在步骤一的样芯体中通过锤体砸动垫块(8)进行取芯,取芯的顶端位置至限位约束凸起处；
步骤三：插入水分传感器：将刀身(6)倒立通过刀片刮平刀身(6)刀刃部样芯的端面，在样芯上用钻具钻成孔，钻具为正反转手电钻，钻头为麻花钻，麻花钻的直径为4.6mm，麻花钻长度为86mm，钻孔深度78～80mm，水分传感器(11)插入钻孔内，路基土水分传感器(11)的探针插入样芯的孔中，之后取出垫块(8)、拆除约束环(7)、将刀身(6)分为两半，再取出带有路基土湿度传感器的样芯，刀身(6)分为两半时利用锤体敲击刀身(6)一侧的半环形凸起，使刀身(6)的一半环形筒体与样芯分离，之后再次利用锤体敲击刀身(6)另一侧的半环形凸起，使刀身(6)的另一半环形筒体与样芯分离；
步骤四：组装样芯：将样芯上水分传感器(11)的传感器器身安装在有机玻璃筒内(9)内，水分传感器(11)的导线(2)从有机玻璃筒(9)的侧面开口(15)处引出，利用电气防水胶布将导线(2)固定在有机玻璃筒(9)外壁上，水分传感器(11)与有机玻璃筒(9)之间通过玻璃胶填充并包裹水分传感器(11)，玻璃胶(12)粘结固定水分传感器(11)与有机玻璃筒(9)，尼龙网布(10)包裹样芯部分，在有机玻璃筒(9)高度范围内，通过电气防水胶布将尼龙网布(10)与有机玻璃筒(9)粘结固定组装成样芯组件(1)；
步骤五：安装样芯：通过样芯组件(1)上水分传感器的导线(2)将样芯组件(1)垂直下放至路基孔指定位置，利用重物(17)将水分传感器的导线(2)一端紧压固定在路基孔口附近，重物(17)为石头或者其他重物；
步骤六：回填土：往路基孔内回填细土，加长杆(4)之间通过与加长杆接头螺纹连接实现拼接，加长杆(4)的底端与锤头(5)的顶端通过螺纹连接，锤头(5)的顶端设有拉环(14)，拉环(14)与绳子(3)的一端固定连接，可防止锤头(5)掉入路基的孔内，通过绳子(3)拉动锤头(5)并将锤头(5)拾起；加长杆(4)捣实回填土，再通过加长杆(4)带动锤头(5)击实回填土，分层捣实、锤击路基孔内样芯组件(1)上方的回填土，直至下一需要埋设水分传感器(11)的深度，重复步骤二至步骤六埋设水分传感器(11)，分层捣实、击实路基孔内回填土至路基顶面；
步骤七：密封孔：击实回填土至路基顶面，采用与路面结构基层相同的材料密封孔口，进而完成路基上水分传感器(11)的安装。
6.根据权利要求5所述路基土取芯装置安装水分传感器的方法，其特征在于：步骤六中，加长杆(4)两端外壁有螺纹，加长杆接头内壁有螺纹，击实锤头(5)顶部的孔的内壁有螺纹。
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