CN109487774B - 预钻式旁压试验钻孔设备及其成孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预钻式旁压试验钻孔设备及其成孔方法，属于岩土工程原位试验技术领域；其技术方案的要点是预钻式旁压试验钻孔设备包括机架、钻杆以及驱动装置，钻杆包括破土机构和一端与破土机构固定连接另一端与驱动装置相连的加长机构；破土机构包括破土钻和环切组件；破土钻包括位于打孔钻部、锥状钻部以及螺旋钻部；环切组件包括筒状连接件以及沿筒状连接件径向设置的环刃；加长机构包括若干个加长杆，加长杆之间采用可拆卸连接；加长杆包括空心支护管以及螺旋钻杆；解决了现有的预钻式旁压试验钻孔的装置在加工过程中由于加工震动而造成钻孔的尺寸和成型质量不良的问题；能够在对地表进行钻孔时，提高成型钻孔的尺寸精度和成型质量。

Description

预钻式旁压试验钻孔设备及其成孔方法

技术领域

本发明涉及岩土工程原位试验技术领域，尤其涉及一种预钻式旁压试验钻孔设备及其成孔方法。

背景技术

在岩土工程领域，岩土体力学性质指标多通过室内试验与原位试验求得。比较于室内试验，原位试验可以在土体原来所处位置，基本保持的天然结构，天然含水量以及天然应力状态下，测定土体的工程力学性质指标，可避免取样过程中应力释放和扰动的影响，获得试验结果更符合实际情况。旁压试验是利用旁压仪，在钻孔中对测试段孔壁施加径向压力，量测其变形，根据孔壁变形与压力的关系，求取地基土的变形模量、承载力等力学参数的一种原位试验方法，具有操作简单，测试指标多样等优点。现有的旁压试验可分为预钻式、自钻式和压入式三种，国内外应用较多的为预钻式旁压试验。

根据中华人民共和国行业标准旁压试验规程(YS5224-2000)，预钻式旁压试验的预钻孔应圆整、垂直、光滑、孔壁岩土不得受到扰动。这是因为孔壁为垂直、光滑、呈完整的圆柱形可使得试验接近轴对称的平面应变条件下进行。但是上述的无缆式静力触探在对采集的信号进行无线传输时，由于信号传输的环境在地下，且传输距离较大，进而在无线数据传输过程中容易造成传输不稳定，进而对静力触探测试结果造成影响。

授权公告号为CN105568951B的中国发明专利公开了预钻式旁压试验钻孔的装置及成孔方法；预钻式旁压试验钻孔的装置，包括环刀切土器、勺型钻、钻头、定位器、钻杆、外杆、连接杆及挡板，利用装置进行预钻式旁压试验成孔方法，步骤是：1）组装仪器：将钻头与勺型钻壁连接，勺型钻壁与连接杆相连，连接杆连接钻杆；2）钻进：定位器接触地表时停止钻进，将环刀切土器的中心对准定位器垂直压入地下，环刀切土器上端的外杆上设置档板，钻机本身重力下压挡板或重锤锤击挡板将环刀切土器垂直压入土中；3）测试；4）继续钻进进行同一钻孔内的不同深度的旁压试验。

上述的预钻式旁压试验钻孔的装置，在进行钻孔过程中，先通过钻头和勺型钻对土壤进行破土，进而通过环刀切土器进行环切，在土壤中加工出所需的钻孔尺寸；但是在环刀切土器对土壤进行环切时在，最下端与土壤的接触加工面积较大，因而会造成较大的加工阻力，进而会造成在加工过程中，造成旁压试验钻孔装置整体的震动，进而影响成型孔的尺寸精度，和在加工中造成上方孔壁的坍塌，影响钻孔的成型质量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的其中一个目的在于提供一种预钻式旁压试验钻孔设备，能够在对地表进行钻孔时，提高成型钻孔的尺寸精度和成型质量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种预钻式旁压试验钻孔设备，包括机架、钻杆以及设置于机架上对钻杆进行转动的驱动装置，所述钻杆包括破土机构和一端与破土机构固定连接另一端与驱动装置相连的加长机构；所述破土机构包括破土钻和环切组件；所述破土钻包括位于钻杆最下端的打孔钻部、与打孔钻部固定连接的锥状钻部以及与锥状钻部固定连接的螺旋钻部；所述环切组件包括与螺旋钻部同轴设置且与螺旋钻部固定连接的筒状连接件以及沿筒状连接件径向设置的环刃；所述加长机构包括若干个加长杆，所述加长杆之间采用可拆卸连接；最上端的加长杆与驱动装置相连，最下端的加长杆与破土机构可拆卸连接；所述加长杆包括空心支护管以及位于空心支护管内部与空心支护杆固定连接的螺旋钻杆。

通过上述技术方案，在使用预钻式旁压试验钻孔设备对地面进行打孔时，通过使用驱动装置驱动钻杆进行转动，先通过钻杆的破土钻对地面进行破土，从而进一步通环切组件对地面进行环切成孔，从而保证打孔的成型质量；通过钻杆最下端的打孔钻部先对地表进行破土，进而通过锥状钻部将钻孔的直径进行过渡增大，然后通过螺旋钻部，进一步对土壤进行旋切破土；环切组件通过自身绕其轴线的自转，进而保证钻孔成型的形状；加长杆用于增加钻杆的整体长度，从而使用破土机构深入地下，进行钻孔；通过加长杆的空心支护杆对破土钻加工成型的孔的上端进行支护，防止在孔钻过程中，由于下端的加工震动造成孔壁的坍塌，从而保证成孔的质量。

较佳的，所述环刃沿筒状连接件径向方向与筒状连接件滑动连接。

通过上述技术方案，环刃沿筒状连接件径向方向与筒状连接件滑动连接，从而通过沿桶筒状连接件径向滑动环刃进而对环刃的环切直径进行调整，进而使对检测钻孔的加工更加精确。

较佳的，所述环刃下端设置有尖刺部。

通过上述技术方案，通过在环刃下端设置有尖刺部，进而环刃对地面进行扩孔时，尖刺部先与土质进行接触，进而通过尖刺部的破土作用，方便对环刃进行向前推进，进而方便提高钻孔的质量。

较佳的，所述预钻式旁压试验钻孔设备还包括设置在机架上对钻杆施加竖直向下的压力装置。

通过上述技术方案，通过压力装置，对钻杆施加竖直向的力，从而在使用钻杆对地面进行钻孔，使钻孔破土更加容易，提高预钻式旁压试验钻孔设备钻孔的效率。

较佳的，所述机架上设置有在竖直方向与机架滑动连接的驱动盘；所述驱动装置包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴与钻杆同轴固定连接；所述压力装置包括竖直设置在机架上的液压缸，所述液压缸的缸体与机架固定连接，所述液压缸的活塞杆与驱动盘固定连接。

通过上述技术方案，机架上设置有在竖直方向与机架滑动连接的驱动盘；通过在在机架上设置液压缸，液压缸的缸体与机架固定连接，所述液压缸的活塞杆与驱动盘固定连接，从而通过驱动电机驱动钻杆进行转动，通过液压缸驱动钻杆向下进给，从而实现对实现快速高效的进行地面打孔作业。

较佳的，所述驱动电机采用调速电机。

通过上述技术方案，地质的软硬程度以及钻孔的速度，直接影响钻孔的成型质量；驱动电机采用调速电机，从而根据地质的软硬程度对驱动电机的钻速进行调节，当地质较硬时，降低驱动电机的转速，进而增大驱动电机的扭矩，能够更好的对进行钻孔，在地质较软时，通过提高驱动电机的转速，加快钻孔速度，在提高效率的基础上，防止钻取时间过长，造成钻孔的局部坍塌。

较佳的，所述机架包括架体和至少三个与架体固定连接的支腿，所述支腿底部设置有支撑脚，所述支撑脚上端固定有竖直的螺柱，所述螺柱与支腿螺纹连接。

通过上述技术方案，在对地面进行旁压试验的钻孔时，需要使钻杆与地面保持垂直，为了保证在打孔过程中的钻杆与地面的垂直度，需要对机架进行调平；机架包括架体和至少三个与架体固定连接的支腿，支腿底部设置有支撑脚，支撑脚上端固定有竖直的螺柱，螺柱与支腿螺纹连接；通过对转动支撑脚，调节螺柱与支腿的啮合长度对机架的水平度进行调节。

本发明的另一个目的在于提供一种预钻式旁压试验成孔方法，能够在对地表进行钻孔时，提高成型钻孔的尺寸精度和成型质量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

步骤S1：对钻孔地点的地面进行整平，将预钻式旁压试验钻孔设备放置于钻孔地点的整平的地面上；

步骤S2：对机架的水平度进行检测，通对转动支撑脚，调节螺柱与支腿的啮合长度以对机架的水平度进行调节；

步骤S3：对测量地点处的钻孔深度进行地质检测，确认在钻孔深度方向上的土壤层结构；

步骤S4：对钻杆进行组装，将钻杆安装到驱动电机上，根据在钻孔深度方向上的土壤层结构，对驱动电机的转速进行调节，土壤层越硬，驱动电机的转速越低。

通过上述技术方案，通过对钻孔地点进行整平和对机架进行调平，进而在使在对地表进行钻孔时，使钻杆与地表保持垂直状态；在对地表进行钻孔时，通过对检测地点处的钻孔深度方向进行地质检测，进而在对表面进行钻孔时，对驱动电机的转速进行调节，当地质较硬时，降低驱动电机的转速，进而增大驱动电机的扭矩，能够更好的对进行钻孔，在地质较软时，通过提高驱动电机的转速，加快钻孔速度，在提高效率的基础上，防止钻取时间过长，造成钻孔的局部坍塌。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 在使用预钻式旁压试验钻孔设备对地面进行打孔时，通过使用驱动装置驱动钻杆进行转动，先通过钻杆的破土钻对地面进行破土，从而进一步通环切组件对地面进行环切成孔，从而保证打孔的成型质量；通过钻杆最下端的打孔钻部先对地表进行破土，进而通过锥状钻部将钻孔的直径进行过渡增大，然后通过螺旋钻部，进一步对土壤进行旋切破土；环切组件通过自身绕其轴线的自转，进而保证钻孔成型的形状；加长杆用于增加钻杆的整体长度，从而使用破土机构深入地下，进行钻孔；通过加长杆的空心支护杆对破土钻加工成型的孔的上端进行支护，防止在孔钻过程中，由于下端的加工震动造成孔壁的坍塌，从而保证成孔的质量；

2. 架上设置有在竖直方向与机架滑动连接的驱动盘；通过在在机架上设置液压缸，液压缸的缸体与机架固定连接，所述液压缸的活塞杆与驱动盘固定连接，从而通过驱动电机驱动钻杆进行转动，通过液压缸驱动钻杆向下进给，从而实现对实现快速高效的进行地面打孔作业；并且驱动电机采用调速电机，进而根据地质的软硬程度对驱动电机的钻速进行调节，当地质较硬时，降低驱动电机的转速，进而增大驱动电机的扭矩，能够更好的对进行钻孔，在地质较软时，通过提高驱动电机的转速，加快钻孔速度，在提高效率的基础上，防止钻取时间过长，造成钻孔的局部坍塌；

3. 机架包括架体和至少三个与架体固定连接的支腿，支腿底部设置有支撑脚，支撑脚上端固定有竖直的螺柱，螺柱与支腿螺纹连接；通过对支腿进行转动，进而能够方便快捷的实现对机架的调平功能；通过对机架进行调平，从而使在钻孔加工时，钻杆与地表保持垂直，进而更好的实现预钻式旁压试验钻孔设备的钻孔成型质量。

附图说明

图1为预钻式旁压试验钻孔设备的结构示意图；

图2为支撑脚的结构示意图；

图3为钻杆的结构示意图；

图4为破土机构的结构示意图；

图5为环刃的结构示意图；

图6为加长杆之间的连接示意图。

附图标记：1、机架；11、架体；12、支腿；13、支撑脚；131、螺柱；14、驱动盘；2、钻杆；21、破土机构；211、破土钻；2111、打孔钻部；2112、锥状钻部；2113、螺旋钻部；212、环切组件；2121、筒状连接件；2122、环刃；2123、尖刺部；2124、连接槽；2125、连接螺纹；22、加长机构；221、加长杆；2211、螺旋钻杆；2212、空心支护杆；2213、螺纹孔；2214、连接螺柱；3、驱动装置；31、驱动电机；4、压力装置；41、液压缸。

实施例：一种预钻式旁压试验钻孔设备，参照图1，包括机架1、钻杆2、压力装置4驱动装置3。钻杆2用来与地表进行接触，进而通过钻杆2的转动对地面进行钻孔。驱动装置3用来驱动钻杆2进行转动，从而通过钻杆2的钻动对地面进行钻孔掘进。压力装置4用钻杆2施加竖直向下的力，进而给钻杆2提供进给动力，加快钻杆2钻孔的工作效率。

参照图1和图2，机架1包括架体11和三个与架体11固定连接的支腿12，支腿12底部设置有支撑脚13，支撑脚13上端固定有竖直的螺柱131，螺柱131与支腿12螺纹连。在对地面进行预钻式旁压试验钻孔时，需要使钻杆2与地表保持垂直。进而在将预钻式旁压试验钻孔设备放置在钻孔地点后，需要先对机架1进行调平，从而使钻杆2与地表保持垂直。通过对支撑脚13进行转动，进而改变螺柱131与机架1的啮合长度，从而能够起到对机架1的调平作用，使用钻杆2在进行钻孔是与地表保持垂直。

参照图1，机架1上设置有在竖直方向与机架1滑动连接的驱动盘14；驱动装置3包括驱动电机31，驱动电机31的输出轴与钻杆2同轴固定连接，驱动电机31采用调速电机。压力装置4包括竖直设置在机架1上的液压缸41，液压缸41的缸体与机架1固定连接，液压缸41的活塞杆与驱动盘14固定连接。通过驱动电机31驱动钻杆2进行转动，通过液压缸41进而向钻杆2施加向下的力，从而使用钻杆2对地表进行钻孔。驱动电机31采用调速电机，从而在进行钻孔时，能够个根据钻孔的处的土壤层结构，调整调整驱动电机31的转速，从而实现更优的钻孔效果。当正在进行钻孔的地层较硬时，降低驱动电机31的转速，进而增大驱动电机31的转矩，从而能够对硬质地层起到良好的钻孔效果。

参照图3和图4，钻杆2包括破土机构21和一端与破土机构21固定连接另一端与驱动装置3相连的加长机构22。破土机构21包括破土钻211和环切组件212。破土钻211包括位于钻杆2最下端的打孔钻部2111、与打孔钻部2111固定连接的锥状钻部2112以及与锥状钻部2112固定连接的螺旋钻部2113。通过打孔钻对在最前端与地表接触的地表进行打孔，进而通过锥状钻部2112将钻孔逐渐扩展成锥状过度孔，在进一步通过螺旋钻部2113对地表进行松土。环切组件212包括与螺旋钻部2113同轴设置且与螺旋钻部2113固定连接的筒状连接件2121以及沿筒状连接件2121径向设置的环刃2122。筒状连接件2121上设置有沿筒状连接件2121径向设置的连接槽2124，环刃2122置于连接槽2124中并且沿连接槽2124的长度方向与连接槽2124滑动连接。连接槽2124两侧的槽壁设置有贯穿槽壁并且与连接槽2124，螺纹配合的连接螺栓2125，通过使用连接螺栓2125，对环刃2122的侧面进行抵紧，进而将环刃2122固定在连接槽2124中。

参照图5，环刃2122下端设置有尖刺部2123。通过尖刺部2123的设置，进而增强环刃2122对地表接触时的破土效果，从而使用环刃2122具有更好的破土效果，加快使用预钻式旁压试验钻孔设备的钻孔效率。

参照图6，加长机构22包括若干个加长杆221，加长杆221之间采用可拆卸连接。最上端的加长杆221与驱动电机的输出轴可拆卸连接，最下端的加长杆221与破土机构21可拆卸连接。加长杆221包括空心支护管2212以及位于空心支护管2212内部与空心支护杆2212固定连接的螺旋钻杆2211。通过螺旋钻的上端设置有螺纹孔，螺旋钻杆的下端面固有连接螺柱，进而相邻加长杆通过螺纹孔和连接螺柱实现方便快捷的可拆卸连接。最下端的加长杆和最上端的加长杆分别通过螺纹孔和连接螺柱与破土机构和驱动电机的输出轴螺纹连接。螺纹孔和连接螺柱的旋合方向与驱动电机的驱动螺纹的转动方向相同，进而在使用驱动电机驱动钻杆进行转动时，加长杆与加长杆之间以及加长杆与驱动电机和加长杆与破土机构之间不会在螺杆转动时产生松动。在通过钻杆2对地表进行钻孔时，通过不断增加加长杆221的数量，进而增长钻杆2整体长度，使钻杆2能够深入地下，进而通过破土机构21进行向下钻孔。

一种预钻式旁压试验成孔方法，包括以下方法步骤：

步骤S1：在使用预钻式旁压试验钻孔设备进行钻孔时，先对需要进行钻孔地点的地面进行整平，然后将预钻式旁压试验钻孔设备放置于钻孔地点的整平的地面上。

步骤S2：通过使用水平仪和万用表等装置对机架1的水平度进行检测，并且根据使用检测仪器检测的结果，通过对转动支撑脚13，调节螺柱131与支腿12的啮合长度对机架1的水平度进行调节，使机架1整体结构处于水平状态；

步骤S3：采用静力触探等地质检测方法对测量地点处的钻孔深度进行地质检测，确认在钻孔深度方向上的土壤层结构。

步骤S4：对钻杆2进行组装，将钻杆2安装到驱动电机31上，根据在钻孔深度方向上的土壤层结构，对驱动电机31的转速进行调节，土壤层越硬，驱动电机31的转速越低。随着破土机构21的下探，不断增加加长杆221的数量直至将钻孔开掘到指定深度。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种预钻式旁压试验钻孔设备，包括机架(1)、钻杆(2)以及设置于机架(1)上对钻杆(2)进行转动的驱动装置(3)，其特征在于：所述钻杆(2)包括破土机构(21)和一端与破土机构(21)固定连接另一端与驱动装置(3)相连的加长机构(22)；所述破土机构(21)包括破土钻(211)和环切组件(212)；所述破土钻(211)包括位于钻杆(2)最下端的打孔钻部(2111)、与打孔钻部(2111)固定连接的锥状钻部(2112)以及与锥状钻部(2112)固定连接的螺旋钻部(2113)；所述环切组件(212)包括与螺旋钻部(2113)同轴设置且与螺旋钻部(2113)固定连接的筒状连接件(2121)以及沿筒状连接件(2121)径向设置的环刃(2122)；所述加长机构(22)包括若干个加长杆(221)，所述加长杆(221)之间采用可拆卸连接；最上端的加长杆(221)与驱动装置(3)相连，最下端的加长杆(221)与破土机构(21)可拆卸连接；所述加长杆(221)包括空心支护管(2212)以及位于空心支护管(2212)内部与空心支护杆(2212)固定连接的螺旋钻杆(2211)。

2.根据权利要求1所述的预钻式旁压试验钻孔设备，其特征在于：所述环刃(2122)沿筒状连接件(2121)径向方向与筒状连接件(2121)滑动连接。

3.根据权利要求1所述的预钻式旁压试验钻孔设备，其特征在于：所述环刃(2122)下端设置有尖刺部(2123)。

4.根据权利要求1所述的预钻式旁压试验钻孔设备，其特征在于：所述预钻式旁压试验钻孔设备还包括设置在机架(1)上对钻杆(2)施加竖直向下的压力装置(4)。

5.根据权利要求4所述的预钻式旁压试验钻孔设备，其特征在于：所述机架(1)上设置有在竖直方向与机架(1)滑动连接的驱动盘(14)；所述驱动装置(3)包括驱动电机(31)，所述驱动电机(31)的输出轴与钻杆(2)同轴固定连接；所述压力装置(4)包括竖直设置在机架(1)上的液压缸(41)，所述液压缸(41)的缸体与机架(1)固定连接，所述液压缸(41)的活塞杆与驱动盘(14)固定连接。

6.根据权利要求5所述的预钻式旁压试验钻孔设备，其特征在于：所述驱动电机(31)采用调速电机。

7.根据权利要求1所述的预钻式旁压试验钻孔设备，其特征在于：所述机架(1)包括架体(11)和至少三个与架体(11)固定连接的支腿(12)，所述支腿(12)底部设置有支撑脚(13)，所述支撑脚(13)上端固定有竖直的螺柱(131)，所述螺柱(131)与支腿(12)螺纹连接。

8.一种预钻式旁压试验成孔方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任意一项所述的预钻式旁压试验钻孔设备，包括以下方法步骤：

步骤S1：对钻孔地点的地面进行整平，将预钻式旁压试验钻孔设备放置于钻孔地点的整平的地面上；

步骤S2：对机架(1)的水平度进行检测，通过转动支撑脚(13)，调节螺柱(131)与支腿(12)的啮合长度以对机架(1)的水平度进行调节；

步骤S3：对测量地点处的钻孔深度进行地质检测，确认在钻孔深度方向上的土壤层结构；

步骤S4：对钻杆(2)进行组装，将钻杆(2)安装到驱动电机(31)上，根据在钻孔深度方向上的土壤层结构，对驱动电机(31)的转速进行调节，土壤层越硬，驱动电机(31)的转速越低。

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