CN210315482U - 动力触探仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型动力触探仪，属于岩土工程原位测试领域，目的是更好的反映地层性质变化。包括探头、探杆、锤座、导向杆和重锤；所述探头、探杆、锤座和导向杆由下到上顺序设置，探头设置于探杆的底端，探杆的顶端与锤座的底部相连接，锤座的顶部与导向杆的底端相连接；所述重锤套装于导向杆并沿导向杆轴向自由滑动；在探头与探杆之间设置有旋转转接器，经所述旋转转接器使探头与探杆绕轴向转动配合。该动力触探仪，通过旋转转接器使探头与探杆绕轴向转动配合，能获得反应探头和探杆所受摩擦阻力之和的锤击数以及反应探杆摩擦阻力的探杆扭矩两个指标，提高了对地层性质分析的准确性。

Description

动力触探仪

技术领域

本实用新型属于岩土工程原位测试领域，具体的是动力触探仪。

背景技术

目前在电力工程、房屋建筑、道路工程、市政工程及水利工程等岩土勘察中，一般均进行动力触探试验，动力触探试验是岩土工程勘察中非常重要的现场测试手段。

电力工程，特别是山区输电线路工程，由于线路路径长，输电铁塔分散(一般情况下相邻两基铁塔间隔200-1000m)，经济密度低，山区地形变化复杂、交通不便，勘察设备笨重，导致现在输电线路工程中岩土勘察的深度较浅，除了特高压等投资大的项目外，一般的输电线路主要依靠现场调查及少量钻探测试，难以达到“逐基钻探，逐腿勘探”的要求。再者，山区地层岩性种类较多，有黏性土(黏土、粉质黏土、含碎块石粉质黏土等)、粉土、黏质粉土、砂土(粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂)、碎石土(圆砾角砾、卵石碎石)以及种类繁多的岩石，钻探的目的在于揭露地层的结构和状态，但钻探所使用的钻机均需要水，山区水源问题一直制约着钻机的使用。

动力触探仪是动力触探试验的常用工具之一，其利用重锤自由下落所产生的动能通过贯入杆传递到锥头，使锥头克服地层的阻力贯入到地层中，根据打入地层中的阻力大小或根据每打入一固定距离所需的锤击数变化来判别地层的性质变化。

现有的动力触探仪包括四种类型：微型、轻型、重型和超重型。

重型和超重型动力触探仪需要大型发动机提供动力，由于重量太大，山区搬运十分不便，一般仅在特高压输电线路中个别交通方便、地形较好的塔位配合大型钻机使用。轻型动力触探仪相对轻便一些，可以人力搬运，但要在山区长距离搬运以及操作需要的人力劳动强度依然很大，更重要的是其仅适用于一般的黏性土、粉土和粉砂等少量岩土类型的勘探，不适用于碎石土、软岩等地层，而且轻型动探最大有效勘探深度仅为4m，但山区覆盖层厚度变化复杂，大于4m的情况是常见的，故轻型动力触探仪亦无法满足线路勘察中任务的要求。微型动力触探仪的实验深度太浅(0.02米)，适用于黏性土、粉土和粉细砂，对于碎石土、软岩不适用，适合于对土样或表层土进行简单测试，无法满足输电线路查明塔位场地地层结构性质的要求。综上，现有的动力触探仪获取的实验指标单一，不利于岩土性质的准确分析。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有动力触探仪因存在重量大、人力搬运和操作不便、勘探深度较浅、适用岩土种类太少、指标单一等缺点而无法在输电线路勘察中普遍使用的问题，提出一种携带方便、操作简单、勘探深度深，能广泛适应各种岩土类型，更好的反映地层性质变化的一种动力触探仪。

本实用新型采用的技术方案是：动力触探仪，包括探头、探杆、锤座、导向杆和重锤；所述探头、探杆、锤座和导向杆由下到上顺序设置，探头设置于探杆的底端，探杆的顶端与锤座的底部相连接，锤座的顶部与导向杆的底端相连接；所述重锤套装于导向杆并沿导向杆轴向自由滑动；在探头与探杆之间设置有旋转转接器，经所述旋转转接器使探头与探杆绕轴向转动配合。

进一步的，所述旋转转接器包括传力杆、螺丝、用于安装探头的母头和用于与探杆底端相连接的公头；所述传力杆沿其轴向包括底部段、顶部段和位于底部段与顶部段之间的中部段，传力杆为两端贯通的管状结构，且中部段的内径缩小使得在中部段内壁与底部段内壁之间、中部段内壁与顶部段内壁之间形成过渡台阶面；所述公头的底端自由插入顶部段的开孔内，所述螺丝自由穿过中部段的开孔与公头螺纹配合，其螺母位于底部段的开孔内，并经过底部段与中部段的过渡台阶面进行限位；所述母头设置于底部段的开孔内并与底部段螺纹配合连接。

进一步的，所述公头沿其轴向包括与探杆配合上段、与传力杆配合的下段和位于上段和下段之间的中段，所述上段和下段在中段上的正投影均位于中段的外壁之间。

进一步的，所述上段与探杆螺纹配合连接。

进一步的，所述锤座与探杆可拆卸连接。

进一步的，所述锤座的上端设置有上圆孔，下端设置有下圆孔；导向杆插入上圆孔并与锤座内壁挤压配合；在锤座的下圆孔内设置有转接头，转接头与下圆孔的内壁挤压配合连接或者粘接，转接头与探杆螺纹配合连接。

进一步的，所述锤座包括上锤座和下锤座，所述上锤座和下锤座螺纹配合连接，并在上锤座和下锤座之间设置有容置腔；所述导向杆的底端设置有扩大头，导向杆贯穿上锤座，其扩大头位于容置腔内，在容置腔内设置有缓冲垫，缓冲垫位于上锤座扩大头与之间，所述下锤座与探杆可拆卸连接。

进一步的，还包括反打垫，所述反打垫上设置有与导向杆或探杆顶端螺纹配合连接的内螺纹。

进一步的，所述反打垫包括用于与导向杆或探杆螺纹配合连接的丝扣部和包覆于丝扣部外围的外围部。

进一步的，所述探头呈圆锥形，其锥角为25°～45°。

本实用新型的有益效果是：该动力触探仪，通过旋转转接器使探头与探杆绕轴向转动配合，能获得反应探头和探杆所受摩擦阻力之和的锤击数以及反应探杆摩擦阻力的探杆扭矩两个指标，提高了对地层性质分析的准确性；

探头锥角的调整使其获得更好的贯入能力，适应岩土范围更广，不仅一般的黏性土、粉土、砂土外，甚至可贯入碎石土及强风化软岩中，几乎山区覆盖层深度范围内均可以有效贯入；由于贯入能力好，使得其勘探深度更深；

该动力触探仪结构简单、体积小、重量轻，便于搬运。

附图说明

图1为动力触探仪测试状态下的主视图；

图2为动力触探仪反打状态下的主视图；

图3为旋转转接器结构示意图；

图4为锤座实施例一的示意图；

图5为锤座实施例二的示意图；

图6为反打垫的俯视图。

图中，探头1、旋转转接器2、母头21、传力杆22、底部段221、顶部段222、中部段223、过渡台阶面224、公头23、上段231、下段232、中段233、螺丝24、探杆3、锤座4、上锤座41、下锤座42、转接头43、容置腔44、缓冲垫45、上圆孔46、下圆孔47、导向杆5、扩大头51、重锤6、手柄61、反打垫7、橡胶垫71、丝扣部72、外围部73。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明如下：

动力触探仪，如图1或图2所示，包括探头1、探杆3、锤座4、导向杆5和重锤6；所述探头1、探杆3、锤座4和导向杆5由下到上顺序设置，探头1设置于探杆3的底端，探杆3的顶端与锤座4的底部相连接，锤座4的顶部与导向杆5的底端相连接；所述重锤6套装于导向杆5并沿导向杆5轴向自由滑动；在探头1与探杆3之间设置有旋转转接器2，经所述旋转转接器2使探头1与探杆3绕轴向转动配合。

本实用新型公开的动力触探仪，重锤6沿导向杆5轴向自由滑动，是指重锤6沿导向杆5轴向自由落体运动，通过重锤6沿导向杆5以固定的高度自由下落击打锤座4，锤座4将打击力向下传递给探杆3和探头1，使探杆3和探头1贯入至地层中，探杆3和探头1所受到的阻力之和越大，则贯入相同距离所需的锤击数越多。探头1所受阻力的变化可有效反映地层性质的变化，探杆3所受阻力沿探杆3轴向不均匀分布，其分布情况受地层影响，变化复杂，其不均匀性难以测量，故，探杆3阻力指标单独使用很难真实反映地层性质的变化，为了清楚的反映地层性质的变化，需要测出探头1阻力的大小。本实用新型，通过在探头1与探杆3之间设置旋转转接器2，使探头1与探杆3可相对旋转。使用时，旋转探杆3，探头1在地层内保持不动，探杆3旋转需要克服探杆3与地层孔壁之间的摩擦阻力，该阻力与探杆3向下贯入时所受的阻力一致，通过测量探杆3旋转时的扭矩大小便可通过计算得出探杆3上的摩擦阻力。通过锤击数可得到探头1和探杆3的总贯入阻力大小，总贯入阻力扣除探杆3贯入阻力后便得到探头1贯入阻力，通过得到的探头1贯入阻力之后，便可根据其值的大小以及随深度的变化情况对地层性质变化进行准确分析。

如图3所示，所述旋转转接器2包括传力杆22、螺丝24、用于安装探头1的母头21和用于与探杆3底端相连接的公头23；所述传力杆22沿其轴向包括底部段221、顶部段222和位于底部段221与顶部段222之间的中部段223，传力杆22为两端贯通的管状结构，且中部段223的内径缩小使得在中部段223内壁与底部段221内壁之间、中部段223内壁与顶部段222内壁之间形成过渡台阶面224；所述公头23的底端自由插入顶部段222的开孔内，所述螺丝24自由穿过中部段223的开孔与公头23螺纹配合，其螺母位于底部段221的开孔内，并经过底部段221与中部段223的过渡台阶面224进行限位；所述母头21设置于底部段221的开孔内并与底部段221螺纹配合连接。

公头23的底端自由插入顶部段222的开孔内，是指公头23的外壁与顶部段222的内壁之间存在间隙，使得公头23在顶部段222的开孔内可以自由转动，螺丝24自由穿过中部段223的开孔，是指螺丝24的外壁与中部段223的内壁之间存在间隙，使得螺丝24可在中部段223的开孔内自由转动，通过螺丝24自由穿过中部段223的开孔与公头23螺纹配合，并通过螺母与过渡台阶面224的相互作用，使得螺丝24将公头23与传力杆22相连接，并使公头23与传力杆22之间可相对转动，若此，当公头与探杆3相连接后，可使探头1不动而旋转探杆3，从而可以测出旋转探杆3时探杆3的扭矩大小。该旋转转接器2的构造，当动力触探仪向下贯入时，来自探杆3的压力通过公头23、传力杆22和母头21传递到探头1，当动力触探仪向上提升时，拉力先传递给公头23及其下端的螺丝24，螺丝24上移后会受到传力杆22内壁过渡台阶面224卡阻，从而带动传力杆22、母头21和探头1的提升。

为了便于安装以及适应探杆3的尺寸，优选的，所述公头23沿其轴向包括与探杆3配合上段231、与传力杆22配合的下段232和位于上段231和下段232之间的中段233，所述上段231和下段232在中段233上的正投影均位于中段233的外壁之间。

公头23与探杆3可以固定连接，但是为了方便更换及制作，优选的，所述上段231与探杆3螺纹配合连接。

锤座4与探杆3可拆卸连接。首先，便于存放该动力触探仪；其次，便于在探杆3顶端安装反打垫7以反打的方式将探头1和探杆3取出。

锤座4的实施一如图4所示，锤座4的上端设置有上圆孔46，下端设置有下圆孔47；导向杆5插入上圆孔46并与锤座4内壁挤压配合；在锤座4的下圆孔47内设置有转接头43，转接头43与下圆孔47的内壁挤压配合连接或者粘接，转接头43与探杆3螺纹配合连接。该结构的锤座4结构简单，制作更容易。

锤座4的实施二如图5所示，所述锤座4包括上锤座41和下锤座42，所述上锤座41和下锤座42螺纹配合连接，并在上锤座41和下锤座42之间设置有容置腔44；所述导向杆5的底端设置有扩大头51，导向杆5贯穿上锤座41，其扩大头51位于容置腔44内，在容置腔44设置有缓冲垫45，缓冲垫45位于上锤座41与扩大头51之间，所述下锤座42与探杆3可拆卸连接。该结构的锤座4采用分体结构，单块的上锤座41或下锤座42比整体锤座4更轻，更便于操作人员取放及安装。

测试完成后，为了方便将探头1和探杆3取出，优选的，还包括反打垫7，所述反打垫7上设置有与导向杆5或探杆3顶端螺纹配合连接的内螺纹。具体操作时，将锤座4与探杆3分离，将重锤6穿过探杆3，接着将反打垫7从导向杆5上拆卸安装于探杆3顶端，然后通过重锤6向上冲击反打垫7的方式将探头1和探杆3取出。如图6所示，反打垫7包括用于与导向杆5或探杆3螺纹配合连接的丝扣部和包覆于丝扣部外围的外围部，丝扣部所采用制作材料与探杆3相同，外围部制作材料较探杆3稍软以节约制作成本。反打垫7的底端设置有橡胶垫71以减缓重锤6的冲击，反打垫7的上端设置有与扭力扳手测试仪相配合转接部分。为了便于安装拆卸重锤6，重锤6的侧壁设置有手柄61。

为了获得更好的贯入能力，使适应岩土范围更广，不仅一般的黏性土、粉土、砂土外，甚至可贯入碎石土及强风化软岩中，几乎山区覆盖层深度范围内均可以有效贯入，所述探头1呈圆锥形，其锥角为25°～45°，其尾部直径为13～20mm，探杆3直径为10～15mm，探杆3材料的屈服强度大于或者等于550Mpa，重锤质量为4.0～6.0Kg。在如图1所示的实施例中，锥角为30°。通过尺寸、质量、落距的合理搭配，探头1处获得的能量密度大幅提高，约为轻型动力触探仪的4.3倍。

利用该动力触探仪的测试方法如下：

步骤一，将探头1、探杆3、锤座4、导向杆5和重锤6进行组装；

步骤二，将探头1对准需要测试的位置，保持垂直；

步骤三，将重锤6提升60cm高度后松手使其自由下落；

步骤四，探头1每进入10cm记录相应的锤击数；

步骤五，探头1每进入10cm或20cm或30cm或50cm或100cm，旋转动力触探仪，使探杆3转动，用扭力测试仪测出其扭矩值并记录；

步骤六，测试完成后，锤座4和探杆3分离，将重锤6穿过探杆3，探杆3顶端固定反打垫；

步骤七，通过将重锤6向上冲击反打垫7的方式将探杆3及探头1取出；

步骤八，整理分析测试数据。

需要测扭力值时，可将反打垫7旋紧在导向杆5上端或探杆3上端，然后用可直接测扭拒的扭力扳手进行旋转，记录其峰值扭矩。

Claims (10)

1.动力触探仪，包括探头(1)、探杆(3)、锤座(4)、导向杆(5)和重锤(6)；所述探头(1)、探杆(3)、锤座(4)和导向杆(5)由下到上顺序设置，探头(1)设置于探杆(3)的底端，探杆(3)的顶端与锤座(4)的底部相连接，锤座(4)的顶部与导向杆(5)的底端相连接；所述重锤(6)套装于导向杆(5)并沿导向杆(5)轴向自由滑动；其特征在于：在探头(1)与探杆(3)之间设置有旋转转接器(2)，经所述旋转转接器(2)使探头(1)与探杆(3)绕轴向转动配合。

2.如权利要求1所述的动力触探仪，其特征在于：所述旋转转接器(2)包括传力杆(22)、螺丝(24)、用于安装探头(1)的母头(21)和用于与探杆(3)底端相连接的公头(23)；所述传力杆(22)沿其轴向包括底部段(221)、顶部段(222)和位于底部段(221)与顶部段(222)之间的中部段(223)，传力杆(22)为两端贯通的管状结构，且中部段(223)的内径缩小使得在中部段(223)内壁与底部段(221)内壁之间、中部段(223)内壁与顶部段(222)内壁之间形成过渡台阶面(224)；所述公头(23)的底端自由插入顶部段(222)的开孔内，所述螺丝(24)自由穿过中部段(223)的开孔与公头(23)螺纹配合，其螺母位于底部段(221)的开孔内，并经过底部段(221)与中部段(223)的过渡台阶面(224)进行限位；所述母头(21)设置于底部段(221)的开孔内并与底部段(221)螺纹配合连接。

3.如权利要求2所述的动力触探仪，其特征在于：所述公头(23)沿其轴向包括与探杆(3)配合上段(231)、与传力杆(22)配合的下段(232)和位于上段(231)和下段(232)之间的中段(233)，所述上段(231)和下段(232)在中段(233)上的正投影均位于中段(233)的外壁之间。

4.如权利要求3所述的动力触探仪，其特征在于：所述上段(231)与探杆(3)螺纹配合连接。

5.如权利要求1-4任意一项权利要求所述的动力触探仪，其特征在于：所述锤座(4)与探杆(3)可拆卸连接。

6.如权利要求5所述的动力触探仪，其特征在于：所述锤座(4)的上端设置有上圆孔(46)，下端设置有下圆孔(47)；导向杆(5)插入上圆孔(46)并与锤座(4)内壁挤压配合；在锤座(4)的下圆孔(47)内设置有转接头(43)，转接头(43)与下圆孔(47)的内壁挤压配合连接或者粘接，转接头(43)与探杆(3)螺纹配合连接。

7.如权利要求5所述的动力触探仪，其特征在于：所述锤座(4)包括上锤座(41)和下锤座(42)，所述上锤座(41)和下锤座(42)螺纹配合连接，并在上锤座(41)和下锤座(42)之间设置有容置腔(44)；所述导向杆(5)的底端设置有扩大头(51)，导向杆(5)贯穿上锤座(41)，其扩大头(51)位于容置腔(44)内，在容置腔(44)设置有缓冲垫(45)，缓冲垫(45)位于上锤座(41)与扩大头(51)之间，所述下锤座(42)与探杆(3)可拆卸连接。

8.如权利要求5所述的动力触探仪，其特征在于：还包括反打垫(7)，所述反打垫(7)上设置有与导向杆(5)或探杆(3)顶端螺纹配合连接的内螺纹。

9.如权利要求8所述的动力触探仪，其特征在于：所述反打垫(7)包括用于与导向杆(5)或探杆(3)螺纹配合连接的丝扣部(72)和包覆于丝扣部(72)外围的外围部(73)。

10.如权利要求1-4任意一项权利要求所述的动力触探仪，其特征在于：所述探头(1)呈圆锥形，其锥角为25°～45°。

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