CN114657965B - 一种岩土工程静力触探设备及工程应用 - Google Patents

Abstract

本发明岩土工程技术领域，尤其涉及一种岩土工程静力触探设备及工程应用，包括有行走装置，行走装置包括有底座，底座上固定有机壳，机壳内部安装有驾驶台，驾驶台旁边安装有驾驶座，静力触探装置设置在驾驶座旁边，底座的下表面固定有底板，底板的下表面固定有履带架，履带架的两侧安装有覆履带，履带架上设置有用于驱动覆履带行走的驱动机构，底座的一侧安装有卷扬机，机壳上且靠近驾驶座的一侧安装有门，底座上且靠近门的一侧安装有楼梯，底座的四个角处设置有用于稳定该设备的稳定装置，该静力触探设备不仅可以应用原位的软土、一般黏性土、粉土、砂土或含少量碎石的土层，还可以应用在回填土、淤泥土和滩涂上面，且不需要大型的辅助设备配合。

Description

一种岩土工程静力触探设备及工程应用

技术领域

本发明岩土工程技术领域，尤其涉及一种岩土工程静力触探设备及工程应用。

背景技术

在岩土工程勘察领域中，静力触探是一种勘探方法，同时也是一种原位测试方法。静力触探是将金属探头用静力以一定的速度连续压入土中，测定探头所受到的阻力。通过以往试验资料所归纳得出的比贯入阻力与土的某些物理力学性质的相关关系，定量确定土的某些指标。静力触探按照加压方式可分为人力式、机械式和液压式三种。

静力触探不但可以准确地划分土层，且能在现场快速、经济、连续测定土的某种性质，以确定地基土的承载力和单桩的承载力和液化可能性等。通常应用在原位的软土、一般黏性土、粉土、砂土或含少量碎石的土层。静力触探设备对于回填土、淤泥土和滩涂的应用较少，且需要大型的辅助设备配合进行原位测试，例如挖机、吊机和船体等。

因此，设计一种静力触探设备不仅可以应用原位的软土、一般黏性土、粉土、砂土或含少量碎石的土层，还可以应用在回填土、淤泥土和滩涂上面，且不需要大型的辅助设备配合。另外，目前一般的静力触探设备探头的功能都较为单一，探头容易歪斜，且设置在尖端部的探测元件无法满足在对硬质土层的探测要求，使探测时探测准确性低，不能及时存储探测数据，影响探测效果，且现有静力探触头传输数据都是有线进行传输，导线太长会影响工作进程，为了解决上述问题，我们提供了一种岩土工程静力触探设备及工程应用。

发明内容

（一）要解决的技术问题

解决现有的静力触探设备不可以应用原位的软土、一般黏性土、粉土、砂土或含少量碎石的土层，也不可以应用在回填土、淤泥土和滩涂上面，且需要大型的辅助设备配合，另外，目前一般的静力触探设备探头的功能都较为单一，探头容易歪斜，且设置在尖端部的探测元件无法满足在对硬质土层的探测要求，使探测时探测准确性低，不能及时存储探测数据，影响探测效果，且现有静力探触头传输数据都是有线进行传输，导线太长会影响工作进程的问题，提供了一种岩土工程静力触探设备及工程应用。

（二）技术方案

一种岩土工程静力触探设备，包括有行走装置、静力触探装置，行走装置包括有底座，底座上固定有机壳，机壳内部安装有驾驶台，驾驶台旁边安装有驾驶座，静力触探装置设置在驾驶座旁边，底座的下表面固定有底板，底板的下表面固定有履带架，履带架的两侧安装有覆履带，履带架上设置有用于驱动覆履带行走的驱动机构，底座的一侧安装有卷扬机，机壳上且靠近驾驶座的一侧安装有门，底座上且靠近门的一侧安装有楼梯，底座的四个角处设置有用于稳定该设备的稳定装置。

作为优选的技术方案，静力触探装置包括有固定在底座上的固定板，固定板的两侧均竖直固定有输出轴竖直向上的第一气缸，固定板上且位于两个第一气缸之间开有通槽，通槽贯通固定板、底座，通槽内竖直设置有探杆，探杆的底端安装有探头，探杆的顶部竖直设置有若干个加长杆，探杆与加长杆、相邻两根加长杆之间可拆卸地固定连接，每个第一气缸输出轴端均固定有第一连接座，第一连接座上水平固定有用于夹紧探杆、加长杆的第二气缸，第二气缸的气缸输出轴端固定有与探杆、加长杆相互适配的弧形夹块。

作为优选的技术方案，探头包括有锥端头、芯轴、外套筒、内套筒、连接头，外套筒套设在内套筒上，且外套筒与内套筒的两端通过螺纹固定连接，外套筒的顶部固定有连接头，芯轴具有同轴心的中心孔，中心孔用于设置一个测斜传感器，芯轴的下端与锥端头通过螺纹固定连接，芯轴的顶端设置有密封头，密封头与上连接头密封固定连接，外套筒与内套筒之间设有电子仓，电子仓由开设于外套筒内壁的环形凹槽和内套筒外壁的环形凹槽组成，电子仓的内壁从上倒下依次固定有电荷放大器、信号采集器、存储器、电源、无线传输模块，锥端头内设有锥尖阻力压力传感器，外套筒与内套筒两侧之间均存在有空隙，用于安装侧阻传感器，外套筒、内套筒的内壁上均安装有支撑垫，支撑垫与侧阻传感器相抵接，测斜传感器、锥尖阻力压力传感器、侧阻传感器与电荷放大器电连接，电荷放大器与信号采集器电连接，信号采集器与存储器电连接，存储器与无线传输模块电连接，电源与存储器电连接。

作为优选的技术方案，探杆与加长杆、相邻两根加长杆之间通过螺纹螺槽固定连接。

作为优选的技术方案，驱动机构包括固定在履带架上的第二连接座，第二连接座上水平安装有第一转轴，第一转轴的两端固定有第一锥形齿，履带架上且位于第一转轴的两端水平安装有第二转轴，第二转轴的两端固定有辊轮，覆履带套设在辊轮上，第二转轴的中部固定有第二锥形齿，第一锥形齿与第二锥形齿相互啮合，履带架上固定有电机，电机输出轴端固定有第三锥形齿，第二连接座上安装有第三转轴，第三转轴的一端固定有第四锥形齿，另一端固定有第一齿轮，第一转轴固定有第二齿轮，第三锥形齿与第四锥形齿相互啮合，第一齿轮与第二齿轮相互啮合。

作为优选的技术方案，稳定装置包括固定在底座的四个角处的第三气缸，第三气缸输出轴端固定有稳定块。

一种岩土工程静力触探设备的工程应用，包括如下步骤：

第一步：检查器具是否完备和正常，通过行走装置移动到项目所在地；

第二步：通过静力触探装置将探头以1.2±0.3m/min匀速垂直压入土中；加接探杆时需上满加长杆、卸探杆时，不得转动下面的探杆；

第三步：进行探头的归零检查；

第四步：在使用自动记录仪时，随时注意桥走低和画线情况，标注出深度和归零检查结果；

第五步：试验过程不得松动探杆；

第六步：贯入过程中记录仪有异常时，停止检查并做好记录；

第七步：本设备如若遇到倾斜等情况，将使用卷扬机11纠正使之平衡。

（三）有益效果

本发明的有益效果在于：

（1）底板尺寸增宽至700cm，将有效增加静力触探设备与地基的接触面积，减小集中力的影响，该静力触探设备不仅可以应用原位的软土、一般黏性土、粉土、砂土或含少量碎石的土层，还可以应用在回填土、淤泥土和滩涂上面，且不需要大型的辅助设备配合。

（2）底座的一侧安装有卷扬机，一方面可以吊装原位测试时需要的辅助设备，另外一方面，当设备陷入较深的软土里面或者倾斜，利用卷扬机选取有效的固定点固定，再实施自救。

（3）该静力探触头在工作时，测斜传感器、锥尖阻力压力传感器、侧阻传感器用于将触探过程中的压力值转化为转化成电信号并传送给电荷放大器，电荷放大器将收集的电信号放大并传送给信号采集器，存储器将信号采集器采集的电信号存储并将电信号转化成数字信号发送给无线传输模块，无线传输模块可与无线设备进行无线连接，无线设备可将数字信号进行读取即可，该静力探触头解决了目前一般的静力触探设备探头的功能都较为单一，探头容易歪斜，且设置在尖端部的探测元件无法满足在对硬质土层的探测要求，使探测时探测准确性低，不能及时存储探测数据，影响探测效果，且现有静力探触头传输数据都是有线进行传输，导线太长会影响工作进程的问题。

（4）探杆将由钢管改用铝合金制的材料，有效减小设备的总重量，达到设备的轻便使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明静力触探装置的结构示意图；

图3是本发明探头的内部结构示意图；

图4是本发明探头的系统流程图；

图5是本发明驱动机构的结构示意图；

1-行走装置；2-静力触探装置；3-底座；4-机壳；5-驾驶台；6-驾驶座；7-底板；8-履带架；9-覆履带；10-驱动机构；11-卷扬机；12-稳定装置；13-探头；14-门；15-楼梯；201-固定板；202-第一气缸；203-通槽；204-探杆；205-加长杆；206-第一连接座；207-第二气缸；208-弧形夹块；1001-第二连接座；1002-第一转轴；1003-第一锥形齿；1004-第二转轴；1005-第二锥形齿；1006-电机；1007-第三锥形齿；1008-第三转轴；1009-第四锥形齿；1010-第一齿轮；1011-第二齿轮；1201-第三气缸；1202-稳定块；1301-锥端头；1302-芯轴；1303-外套筒；1304-内套筒；1305-连接头；1306-中心孔；1307-测斜传感器；1308-密封头；1309-电子仓；1310-放大器；1311-信号采集器；1312-存储器；1313-电源；1314-无线传输模块；1315-锥尖阻力压力传感器；1316-侧阻传感器；1317-支撑垫；

具体实施方式

结合附图对本发明一种岩土工程静力触探设备及工程应用，做进一步说明，下面结合实施例对本发明作进一步详述：

如图1所示：一种岩土工程静力触探设备，包括有行走装置1、静力触探装置2，行走装置1包括有底座3，底座3上固定有机壳4，机壳4内部安装有驾驶台5，驾驶台5旁边安装有驾驶座6，静力触探装置2设置在驾驶座6旁边，底座3的下表面固定有底板7，底板7的下表面固定有履带架8，履带架8的两侧安装有覆履带9，履带架8上设置有用于驱动覆履带9行走的驱动机构10，底座3的一侧安装有卷扬机11，机壳4上且靠近驾驶座6的一侧安装有门14，底座3上且靠近门14的一侧安装有楼梯15，底座3的四个角处设置有用于稳定该设备的稳定装置12。

需要说明的是，底板7尺寸增宽至700cm，将有效增加静力触探设备与地基的接触面积，减小集中力的影响，该静力触探设备不仅可以应用原位的软土、一般黏性土、粉土、砂土或含少量碎石的土层，还可以应用在回填土、淤泥土和滩涂上面，且不需要大型的辅助设备配合。

需要说明的是，底座3的一侧安装有卷扬机11，一方面可以吊装原位测试时需要的辅助设备，另外一方面，当设备陷入较深的软土里面或者倾斜，利用卷扬机11选取有效的固定点固定，再实施自救。

如图2所示：静力触探装置2包括有固定在底座3上的固定板201，固定板201的两侧均竖直固定有输出轴竖直向上的第一气缸202，固定板201上且位于两个第一气缸202之间开有通槽203，通槽203贯通固定板201、底座3，通槽203内竖直设置有探杆204，探杆204的底端安装有探头13，探杆204的顶部竖直设置有若干个加长杆205，探杆204与加长杆205、相邻两根加长杆205之间可拆卸地固定连接，每个第一气缸202输出轴端均固定有第一连接座206，第一连接座206上水平固定有用于夹紧探杆204、加长杆205的第二气缸207，第二气缸207的气缸输出轴端固定有与探杆204、加长杆205相互适配的弧形夹块208。

需要说明的是，将该静力探触装置放置在需要勘察的岩土上，将探杆204竖直放置在通槽203内，启动第二气缸207，第二气缸207的气缸输出轴端固定有与探杆204、加长杆205相互适配的弧形夹块208，两个第二气缸207输出轴向外顶出，带动弧形夹块208向探杆204慢慢靠近，两个弧形夹块208将探杆204夹紧，此时再启动第一气缸202，第一气缸202输出轴端固定有第一连接座206，第一连接座206上水平固定有用于夹紧探杆204、加长杆205的第二气缸207，两个第一气缸202输出轴向下回缩，第一气缸202输出轴向下回缩带动第一连接座206向下移动，第一连接座206向下移动带动第二气缸207向下移动，从而带动探杆204向下移动，从而慢慢插入岩土，在第一气缸202回缩到极限位置后，第二气缸207输出轴复位，从而松开探杆204，此时如果要继续向下勘察的话，需要加长探杆204，将加长杆205通过螺纹螺槽固定连接在探杆204顶部，然后重复上述操作即。

需要说明的是，探杆204将由钢管改用铝合金制的材料，有效减小设备的总重量，达到设备的轻便使用。

如图3、图4所示：探头13包括有锥端头1301、芯轴1302、外套筒1303、内套筒1304、连接头1305，外套筒1303套设在内套筒1304上，且外套筒1303与内套筒1304的两端通过螺纹固定连接，外套筒1303的顶部固定有连接头1305，芯轴1302具有同轴心的中心孔1306，中心孔1306用于设置一个测斜传感器1307，芯轴1302的下端与锥端头1301通过螺纹固定连接，芯轴1302的顶端设置有密封头1308，密封头1308与上连接头1305密封固定连接，外套筒1303与内套筒1304之间设有电子仓1309，电子仓1309由开设于外套筒1303内壁的环形凹槽和内套筒1304外壁的环形凹槽组成，电子仓1309的内壁从上倒下依次固定有电荷放大器1310、信号采集器1311、存储器1312、电源1313、无线传输模块1314，锥端头1301内设有锥尖阻力压力传感器1315，外套筒1303与内套筒1304两侧之间均存在有空隙，用于安装侧阻传感器1316，外套筒1303、内套筒1304的内壁上均安装有支撑垫1317，支撑垫1317与侧阻传感器1316相抵接，测斜传感器1307、锥尖阻力压力传感器1315、侧阻传感器1316与电荷放大器1310电连接，电荷放大器1310与信号采集器1311电连接，信号采集器1311与存储器1312电连接，存储器1312与无线传输模块1314电连接，电源1313与存储器1312电连接。

需要说明的是，该静力探触头在工作时，测斜传感器1307、锥尖阻力压力传感器1315、侧阻传感器1316用于将触探过程中的压力值转化为转化成电信号并传送给电荷放大器1310，电荷放大器1310将收集的电信号放大并传送给信号采集器1311，存储器1312将信号采集器1311采集的电信号存储并将电信号转化成数字信号发送给无线传输模块1314，无线传输模块1314可与无线设备进行无线连接，无线设备可将数字信号进行读取即可，该静力探触头解决了目前一般的静力触探设备探头的功能都较为单一，探头容易歪斜，且设置在尖端部的探测元件无法满足在对硬质土层的探测要求，使探测时探测准确性低，不能及时存储探测数据，影响探测效果，且现有静力探触头传输数据都是有线进行传输，导线太长会影响工作进程的问题。

需要说明的是，探杆204与加长杆205、相邻两根加长杆205之间通过螺纹螺槽固定连接。

如图5所示：驱动机构10包括固定在履带架8上的第二连接座1001，第二连接座1001上水平安装有第一转轴1002，第一转轴1002的两端固定有第一锥形齿1003，履带架8上且位于第一转轴1002的两端水平安装有第二转轴1004，第二转轴1004的两端固定有辊轮，覆履带9套设在辊轮上，第二转轴1004的中部固定有第二锥形齿1005，第一锥形齿1003与第二锥形齿1005相互啮合，履带架8上固定有电机1006，电机1006输出轴端固定有第三锥形齿1007，第二连接座1001上安装有第三转轴1008，第三转轴1008的一端固定有第四锥形齿1009，另一端固定有第一齿轮1010，第一转轴1002固定有第二齿轮1011，第三锥形齿1007与第四锥形齿1009相互啮合，第一齿轮1010与第二齿轮1011相互啮合。

需要说明的是，电机1006输出轴转动带动第三锥形齿1007转动，第三锥形齿1007与第四锥形齿1009相互啮合，第三锥形齿1007转动第四锥形齿1009转动，第四锥形齿1009转动带动第一齿轮1010转动，第一齿轮1010与第二齿轮1011相互啮合，第一齿轮1010转动带动第二齿轮1011转动，从而带动第一转轴1002转动，第一转轴1002转动带动两端的第一锥形齿1003转动，第一锥形齿1003与第二锥形齿1005相互啮合，从而带动第二转轴1004转动，第二转轴1004转动带动辊轮转动，从而带动覆履带9转动，将该设备开到指定位置即可。

需要说明的是，稳定装置12包括固定在底座3的四个角处的第三气缸1201，第三气缸1201输出轴端固定有稳定块1202。

一种岩土工程静力触探设备的工程应用，包括如下步骤：

第一步：检查器具是否完备和正常，通过行走装置1移动到项目所在地；

第二步：通过静力触探装置2将探头以1.2±0.3m/min匀速垂直压入土中；加接探杆时需上满加长杆205、卸探杆时，不得转动下面的探杆；

第三步：进行探头的归零检查；

第四步：在使用自动记录仪时，随时注意桥走低和画线情况，标注出深度和归零检查结果；

第五步：试验过程不得松动探杆；

第六步：贯入过程中记录仪有异常时，停止检查并做好记录；

第七步：本设备如若遇到倾斜等情况，将使用卷扬机11纠正使之平衡。

上面的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种岩土工程静力触探设备，包括有行走装置（1）、静力触探装置（2），其特征在于：所述行走装置（1）包括有底座（3），所述底座（3）上固定有机壳（4），所述机壳（4）内部安装有驾驶台（5），驾驶台（5）旁边安装有驾驶座（6），所述静力触探装置（2）设置在驾驶座（6）旁边，所述底座（3）的下表面固定有底板（7），底板（7）的下表面固定有履带架（8），履带架（8）的两侧安装有覆履带（9），所述履带架（8）上设置有用于驱动覆履带（9）行走的驱动机构（10），所述底座（3）的一侧安装有卷扬机（11），所述机壳（4）上且靠近驾驶座（6）的一侧安装有门（14），所述底座（3）上且靠近门（14）的一侧安装有楼梯（15），所述底座（3）的四个角处设置有用于稳定该设备的稳定装置（12），所述静力触探装置（2）包括有固定在底座（3）上的固定板（201），固定板（201）的两侧均竖直固定有输出轴竖直向上的第一气缸（202），所述固定板（201）上且位于两个第一气缸（202）之间开有通槽（203），通槽（203）贯通固定板（201）、底座（3），通槽（203）内竖直设置有探杆（204），所述探杆（204）的底端安装有探头（13），探杆（204）的顶部竖直设置有若干个加长杆（205），探杆（204）与加长杆（205）、相邻两根加长杆（205）之间可拆卸地固定连接，每个所述第一气缸（202）输出轴端均固定有第一连接座（206），第一连接座（206）上水平固定有用于夹紧探杆（204）、加长杆（205）的第二气缸（207），第二气缸（207）的气缸输出轴端固定有与探杆（204）、加长杆（205）相互适配的弧形夹块（208），所述探头（13）包括有锥端头（1301）、芯轴（1302）、外套筒（1303）、内套筒（1304）、连接头（1305），所述外套筒（1303）套设在内套筒（1304）上，且外套筒（1303）与内套筒（1304）的两端通过螺纹固定连接，所述外套筒（1303）的顶部固定有连接头（1305），所述芯轴（1302）具有同轴心的中心孔（1306），所述中心孔（1306）用于设置一个测斜传感器（1307），所述芯轴（1302）的下端与锥端头（1301）通过螺纹固定连接，所述芯轴（1302）的顶端设置有密封头（1308），所述密封头（1308）与上连接头（1305）密封固定连接，所述外套筒（1303）与内套筒（1304）之间设有电子仓（1309），所述电子仓（1309）由开设于外套筒（1303）内壁的环形凹槽和内套筒（1304）外壁的环形凹槽组成，所述电子仓（1309）的内壁从上倒下依次固定有电荷放大器（1310）、信号采集器（1311）、存储器（1312）、电源（1313）、无线传输模块（1314），所述锥端头（1301）内设有锥尖阻力压力传感器（1315），所述外套筒（1303）与内套筒（1304）两侧之间均存在有空隙，用于安装侧阻传感器（1316），所述外套筒（1303）、内套筒（1304）的内壁上均安装有支撑垫（1317），所述支撑垫（1317）与侧阻传感器（1316）相抵接，所述测斜传感器（1307）、锥尖阻力压力传感器（1315）、侧阻传感器（1316）与电荷放大器（1310）电连接，所述电荷放大器（1310）与信号采集器（1311）电连接，所述信号采集器（1311）与存储器（1312）电连接，所述存储器（1312）与无线传输模块（1314）电连接，所述电源（1313）与存储器（1312）电连接，所述探杆（204）与加长杆（205）、相邻两根加长杆（205）之间通过螺纹螺槽固定连接，所述驱动机构（10）包括固定在履带架（8）上的第二连接座（1001），第二连接座（1001）上水平安装有第一转轴（1002），第一转轴（1002）的两端固定有第一锥形齿（1003），所述履带架（8）上且位于第一转轴（1002）的两端水平安装有第二转轴（1004），第二转轴（1004）的两端固定有辊轮，所述覆履带（9）套设在辊轮上，所述第二转轴（1004）的中部固定有第二锥形齿（1005），所述第一锥形齿（1003）与第二锥形齿（1005）相互啮合，所述履带架（8）上固定有电机（1006），电机（1006）输出轴端固定有第三锥形齿（1007），所述第二连接座（1001）上安装有第三转轴（1008），第三转轴（1008）的一端固定有第四锥形齿（1009），另一端固定有第一齿轮（1010），所述第一转轴（1002）固定有第二齿轮（1011），所述第三锥形齿（1007）与第四锥形齿（1009）相互啮合，所述第一齿轮（1010）与第二齿轮（1011）相互啮合。

2.根据权利要求1所述的一种岩土工程静力触探设备，其特征在于：所述稳定装置（12）包括固定在底座（3）的四个角处的第三气缸（1201），所述第三气缸（1201）输出轴端固定有稳定块（1202）。

3.根据权利要求1所述的一种岩土工程静力触探设备的工程应用，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：检查器具是否完备和正常，通过行走装置（1）移动到项目所在地；

第二步：通过静力触探装置（2）将探头以0.9-1.5m/min匀速垂直压入土中；加接探杆（204）时需上满加长杆（205）、卸探杆（204）时，不得转动下面的探杆（204）；

第三步：进行探头（13）的归零检查；

第四步：在使用自动记录仪时，随时注意桥走低和画线情况，标注出深度和归零检查结果；

第五步：试验过程不得松动探杆（204）；

第六步：贯入过程中记录仪有异常时，停止检查并做好记录；

第七步：所述岩土工程静力触探设备倾斜时，使用卷扬机（11）纠正使之平衡。