CN213016327U - 适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，包括钻杆、钻头、定位挡环、取土套管、驱动转盘、下支撑平台、从动转盘和钻杆卡头，钻杆卡头连接导杆延伸到液压套筒内，液压套筒顶的吊绳连接绞车滚筒及角位移传感器；屏蔽罩内设超声测速仪,扭矩传感器通过顶丝抵住驱动转盘；角位移传感器、超声测速仪及扭矩传感器均通过前置放大、带通滤波、RC整形电路及数模转换后输出方波信号，其中超声测速仪的输出信号通过继电器连接蜂鸣器和信号灯。本实用新型通过采集、处理、分析钻孔桩钻进时钻杆的转速、扭矩、钻进深度等信息，并通过间歇性的报警信号，快速判定出土岩分界深度，为上土下岩地层深基坑工程围护桩施工提供指导。

Description

适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置

技术领域

本实用新型涉及桩基施工钻孔及测量技术领域，尤其涉及适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置。

背景技术

随着我国地铁、雨水调蓄池等市政设基础施如火如荼的开展，在青岛、大连、厦门等城市出现越来越多的上土下岩地层深基坑工程，即土岩分界深度处于基底以上数米位置的基坑工程。上土下岩地层即是由上部第四系松散地层或全风化岩层、下部岩层以及土岩地层分界面（带）构成的复杂组合地层特性。上部土体地层自稳能力差，基坑开挖时易引发较大变形、坍塌等安全风险，开挖前一般需采用围护桩、地下连续墙等较强的围护措施保障施工安全；下部岩层具有较强的自稳能力，基坑开挖时一般不存在发生整体坍塌或有害变形的风险，只要防止局部岩块几何失稳，即可确保基坑施工过程安全。土岩地层分界面（带）常常是地下水富集和渗流的通道，地下水会引起围岩软化劣化、强度降低和渗漏潜蚀等，基坑开挖易引起临空面滑移失稳，是基坑施工需要特别关注的关键部位。上土下岩地层深基坑施工土岩分界深度的科学判定有利于降低施工安全风险、提高工程质量、节约建设成本等诸多优势。

钻孔桩具有机械化程度高、地层适应性强、施工灵活快捷等诸多优点，是目前上土下岩地层深基坑围护结构中采用的最普遍、有效技术措施。钻杆扭矩和转速是钻孔桩钻进的基础参数，伴随着钻孔灌钻进的全过程。在物理力学特征差异显著的上土下岩地层中进行钻孔桩钻进，钻头由土层进去岩层，钻杆扭矩和转速将呈现显著的突变特征。

目前，钻孔桩钻进随钻测试方法较为复杂，数据处理较为繁琐，且尚无一种专门针对上土下岩地层分界深度判定的钻孔桩钻进随钻专用设备。基于此，本实用新型通过一整套科学系统的设计，实现了对钻孔桩钻进过程中钻杆扭矩和转速信息的采集、处理和分析，进而完成对上土下岩地层深基坑工程土岩分界深度的判定。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，包括钻杆以及自下而上依次设置在钻杆上的钻头、定位挡环、取土套管、驱动转盘、下支撑平台、从动转盘和钻杆卡头，其特征在于，钻杆的顶端通过钻杆卡头连接有导杆，导杆顶端依次穿过中支撑平台和上支撑平台并一直延伸到液压套筒内部，导杆顶端固设有活塞，导杆顶端通过活塞密封套接在液压套筒内部，液压套筒的底端面固设在上支撑平台的上表面，液压套筒的顶部架设有绞车滚筒，绞车滚筒两端通过销轴横架在液压套筒两侧壁的轴承孔中，绞车滚筒的其中一端销轴伸出液压套筒外且固接有角位移传感器，绞车滚筒外固定绕接有吊绳，吊绳底端固接有导杆卡头，吊绳通过导杆卡头与导杆顶端固接，通过角位移传感器测定钻杆的钻进深度，角位移传感器的转角与绞车滚筒转角相同，吊绳下伸长度满足L=rα，即角位移传感器传出的转角信号α，再乘以绞车滚筒外径、即吊绳绕接半径，即得导杆及其连接的钻杆的钻进深度，而α的变化速度也适当地表征出钻进深度；

中支撑平台和上支撑平台通过多根减震杆固接在一起，减震杆由下部的弹簧杆段以及上部的螺杆段组成，弹簧杆段的两端分别固接在中支撑平台和上支撑平台，上支撑平台设有与螺杆段对应的通孔，螺杆段上部设有螺母封端；

中支撑平台与下支撑平台之间固设有屏蔽罩，从动转盘和钻杆卡头均位于屏蔽罩内，钻杆通过平键固定穿接从动转盘的中心位置，从动转盘上表面的偏心位置嵌入有反射板，中支撑平台底部固定设置有超声测速仪，超声测速仪的底部设有与反射板对应的发射板，发射板上设有发射端和接收端，超声信号从发射端倾斜发出，随着钻杆带动从动转盘转动，从动转盘上的反射板间歇反射超声信号到接收端，发射端一直发射信号，但接收端只能在反射板位于其正下方位置时才能接受到信号，接收端接受到信号的间隙时间即为从动转盘转动一周所需时间，从而判断出钻杆的转速；

驱动转盘也通过平键固定套接在钻杆上，驱动转盘的四周还设有扭矩传感器，扭矩传感器通过顶丝围在驱动转盘的四周，其测试原理是：驱动转盘带动钻杆旋转实现钻进，同时钻杆会产生一个大小与驱动扭矩相等,方向相反的反扭矩作用在驱动转盘上,使驱动转盘有反向旋转的趋势；在驱动转盘四周有若干顶丝固定转盘,因而顶丝上就受到驱动转盘反向旋转的推力,其大小与驱动转盘扭矩成正比；根据这一力学原理,在驱动转盘与顶丝之间放入扭矩传感器,它将顶丝的作用力转换成油压,再将输出的油压信号转换成电信号,电信号的强弱就反映驱动转盘扭矩的变化；在同一土质中钻头收到的反作用力基本相同，此时扭矩的变化不大，但是当钻头经过岩土分界带时，扭矩变化较大，本实用新型就是基于这样的原理，采用扭矩传感器来辅助佐超声测速仪共同判定钻头时候到达岩土分界带；

下支撑平台通过液压杆支撑在地面上，使驱动转盘及扭矩传感器距钻孔口有一定距离，甚至可设有防护罩来保护驱动转盘及扭矩传感器，防止钻孔排土影响测试精度；钻杆外还设有护壁套管，护壁套管自钻孔口部一直延伸到地下；

取土套管通过支撑板固接在钻杆外壁，且取土套管、支撑板及钻杆外壁形成扇形的取土空腔；

定位挡环焊接在钻杆外壁，定位挡环用于挡土，便于取土套管存土；

角位移传感器、超声测速仪及扭矩传感器均连接有计算机。

优选地，超声测速仪内部设置超声换能器、以及分别与超声换能器电性连接的超声发射器和超声接收器，超声发生器由发射板的发射端发出超声信号，再从反射板间歇性反馈到接收端，从而完成超声波信号的间歇性传递；具体到本实用新型实际应用的超声测速仪具体是HJ60/ZME-I超声转速仪，根据接收端的接受信号和空白信号的间歇显示，得到方波型信号，当方波的宽度突然增大或减小，说明钻杆的转速发生巨大变化，很有可能经过岩土分界地带。

进一步地，从动转盘上表面的铺设有一层微孔泡沫层，用于吸收发散超声波，从而反射板与发射板的位置垂直对应时，超声接收器能够得到明显的反射超声波信号。

更进一步地，超声接收器电性连接有前置放大器I，前置放大器I电性连接有带通滤波器I，带通滤波器I电性连接有RC整形电路I，RC整形电路I输出分别两组并联输出电路，其中一组输出电路输入到数模转换器中，数模转换器电性连接有方波示波器；

另一组输出电路输入到继电器中，继电器连接有开关电路，开关电路中具体是由一个36V直流电源、一个由继电器的线圈控制紧贴或断开的磁性闸刀以及并联的蜂鸣器和信号灯；

继电器具体是由三极管T1、与三极管T1串联的电阻R1、与三极管T1并联的电阻R2、二极管D1以及与二极管D1并联的磁性线圈，通过两端输出电压，经过三极管T1的控制和二极管D1的反向续流，使继电器的磁性线圈带有一定方向电磁性，控制方向使磁性线圈与磁性闸刀相反，磁性线圈带电磁性时能够有效使磁性闸刀处于闭合状态，当磁性线圈不带电磁性时磁性闸刀与磁性线圈自动铁磁贴合，则磁性闸刀处于断开状态；

RC整形电路I具体是由串联电阻电容R3及C3、并联电阻电容R4及C4组成的RC串并联电路，其从带通滤波器I得到的信号电压为±0.5V，其输出到继电器两端的电压信号为±6V，相当于也有一定的放大作用，用于触发继电器线圈的磁性，从而控制磁性闸刀的贴合和排斥，从而将超声接收器随钻杆旋转导致接受的间歇性超声波信号，通过前置放大、带通滤波、整形放大及数模转换成较平稳的间歇性方波信号，导致继电器的间歇性打开，打开时即造成蜂鸣器的间歇性发声和信号灯的间歇性亮灯，此二者的声灯一体式报警频率即能及时反应出钻杆转速的变化，如在土层中转速常达到120r/min以上、即转一圈需0.5秒、亦即声灯信号0.5秒间隔内发出一次报警，如在岩层中转速常达到30r/min以下、即转一圈需2秒、亦即声灯信号2秒间隔内发出一次报警，由此可见此种报警信号的差距肉眼人耳可清晰的判断出区别，非常适用于桩基钻孔或油气钻孔的土岩分界带的范围及变化，直观性很强，可用于钻孔过程的全程监控及夜间报警；

前置放大器I、带通滤波器I、RC整形电路I、数模转换器及方波示波器均设置在计算机的机箱内且与计算机的控制芯片电性连接，且方波示波器与计算机的显示屏电性连接，输出方波显示的波形模拟信号。

更进一步地，继电器及开关电路设置在报警装置壳体中，且蜂鸣器和信号灯设置报警装置壳体外，用于通过间歇性声灯信号的报警，可在钻孔全程及夜间，提供土岩分界带的位置和范围以及钻孔状态正常与否的报警。本实用新型是通过对超声测速仪的间歇性信号进行放大，作为继电器的激发开关电源，从而控制蜂鸣器和信号灯的报警信号的间歇性输出，有节奏和实时直观的监控作用。

优选地，角位移传感器具体是WDD35D-4精密导电电位式角位移传感器，其带有指针表；

扭矩传感器具体是SK-8N01G转盘扭矩传感器，其包括传压器、四通接头、压力传感器、压力表以及高压软管，高压软管与四通之间用快速接头连接,由压力传感器输出的压力油流入四通接头内,该处装有节流塞，根据现场试验，在同一土质阶段，扭矩传感器得到的最终电信号基本为恒定，到达岩土分界带时，电信号迅速上升或下降，证明钻头及其带动的钻杆所受扭矩发生巨大改变，电信号曲线的斜率巨变点，很有可能就是岩土分界带的位置所在；

角位移传感器和扭矩传感器并联连接在前置放大器II上，前置放大器II电性连接有带通滤波器II，带通滤波器II电性连接有RC整形电路II，RC整形电路II与RC整形电路I的电路及输入输出电压信号完全相同，RC整形电路II输入到数模转换器中，数模转换器电性连接有方波示波器；

前置放大器II、带通滤波器II、RC整形电路II、数模转换器及方波示波器均设置在计算机的机箱内且与计算机的控制芯片电性连接，且方波示波器与计算机的显示屏电性连接，输出方波显示的波形模拟信号；

角位移传感器、超声测速仪及扭矩传感器的方波输出电压信号U/V在同一个方波示波器的显示屏上，三组信号的横坐标均为时间t/s，三组信号的纵坐标自上而下分布，从而在同一纵坐标系中显示三组信号，从而完全描述出钻进深度、钻杆转速及钻杆扭矩三组信号随时间变化的一一对应关系，即到达某一深度时钻杆转速及钻杆扭矩的具体值，且钻进深度的变化曲线的斜率即为钻进深度效率DPM；方波示波器的三组信号输出用于观察、记录及储存三组钻孔参数信号，有利于对比观察；

并预警出钻头钻进时的异常情况，如钻头磨损过度导致打滑的情况，此时在岩层中的钻进深度较小，但钻杆转速较大、钻杆扭矩较小，表明非正常打孔，需要取出钻杆及钻头进行检修更换。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过角位移传感器测定钻杆的钻进深度，通过超声测速仪测定钻杆的转速，通过扭矩传感器测试钻杆的扭矩力，并根据钻头进入不同地质层中时转速、钻进速度及扭矩力受到的影响，当以上三组参数均发生巨大变化时，即可快速判定钻头正在经过土岩分界带，从而为钻孔地质层的情况做一个基本判断，为工程选用设施的参数提高指导性意见。

2.本实用新型将超声测速仪的间歇性信号作为继电器的激发开关电源，从而控制蜂鸣器和信号灯的报警信号的间歇性输出，有节奏和实时直观的监控作用。

2.本实用新型将角位移传感器、超声测速仪及扭矩传感器的方波信号输出在同一个方波示波器的显示屏上，三组模拟信号电压均与时间变量一一对应，即到达某一深度时钻杆转速及钻杆扭矩的具体值，且钻进深度的变化曲线的斜率即为钻进深度效率DPM；方波示波器的三组信号输出用于观察、记录及储存三组钻孔参数信号，有利于对比观察；并预警出钻头钻进时的异常情况，如钻头磨损过度导致打滑的情况，此时在岩层中的钻进深度较小，但钻杆转速较大、钻杆扭矩较小，表明非正常打孔，需要取出钻杆及钻头进行检修更换。

4.与现有技术的各种随钻测量装置不同的是，本实用新型是专门针对土岩分界带的判定，并提出一种快速简捷的测量方法，能够测定一定深度的地质层内各岩土层之间的分界点，从而得到最基本的工程岩体质量评价。

附图说明

图1为本实用新型提出的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置中绞车滚筒的外观结构图；

图3为本实用新型提出的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置中超声测速仪的信号传输电路框图；

图4为本实用新型提出的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置中报警装置壳体内部电路连接示意图；

图5为本实用新型提出的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置中角位移传感器及扭矩传感器的信号传输电路框图；

图中：钻杆1、钻头2、定位挡环3、取土套管4、驱动转盘5、下支撑平台6、从动转盘7、钻杆卡头8、导杆9、中支撑平台10、上支撑平台11、液压套筒12、绞车滚筒13、角位移传感器14、吊绳15、导杆卡头16、减震杆17、屏蔽罩18、反射板19、超声测速仪20、扭矩传感器21、液压杆22、护壁套管23、报警装置壳体24。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-2，适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，包括钻杆1以及自下而上依次设置在钻杆1上的钻头2、定位挡环3、取土套管4、驱动转盘5、下支撑平台6、从动转盘7和钻杆卡头8，其特征在于，钻杆1的顶端通过钻杆卡头8连接有导杆9，导杆9顶端依次穿过中支撑平台10和上支撑平台11并一直延伸到液压套筒12内部，导杆9顶端固设有活塞，导杆9顶端通过活塞密封套接在液压套筒12内部，液压套筒12的底端面固设在上支撑平台11的上表面，液压套筒12的顶部架设有绞车滚筒13，绞车滚筒13两端通过销轴横架在液压套筒12两侧壁的轴承孔中，绞车滚筒13的其中一端销轴伸出液压套筒12外且固接有角位移传感器14，绞车滚筒13外固定绕接有吊绳15，吊绳15底端固接有导杆卡头16，吊绳15通过导杆卡头16与导杆9顶端固接，通过角位移传感器14测定钻杆1的钻进深度，角位移传感器14的转角与绞车滚筒13转角相同，吊绳15下伸长度满足L=rα，即角位移传感器14传出的转角信号α，再乘以绞车滚筒13外径、即吊绳15绕接半径，即得导杆9及其连接的钻杆1的钻进深度，而α的变化速度也适当地表征出钻进深度；中支撑平台10和上支撑平台11通过多根减震杆17固接在一起，减震杆17由下部的弹簧杆段以及上部的螺杆段组成，弹簧杆段的两端分别固接在中支撑平台10和上支撑平台11，上支撑平台11设有与螺杆段对应的通孔，螺杆段上部设有螺母封端；中支撑平台10与下支撑平台6之间固设有屏蔽罩18，从动转盘7和钻杆卡头8均位于屏蔽罩18内，钻杆1通过平键固定穿接从动转盘7的中心位置，从动转盘7上表面的偏心位置嵌入有反射板19，中支撑平台10底部固定设置有超声测速仪20，超声测速仪20的底部设有与反射板19对应的发射板，发射板上设有发射端和接收端，超声信号从发射端倾斜发出，随着钻杆1带动从动转盘8转动，从动转盘7上的反射板19间歇反射超声信号到接收端，发射端一直发射信号，但接收端只能在反射板19位于其正下方位置时才能接受到信号，接收端接受到信号的间隙时间即为从动转盘7转动一周所需时间，从而判断出钻杆1的转速；驱动转盘5也通过平键固定套接在钻杆1上，驱动转盘5的四周还设有扭矩传感器21，扭矩传感器21通过顶丝围在驱动转盘5的四周，其测试原理是：驱动转盘5带动钻杆1旋转实现钻进，同时钻杆1会产生一个大小与驱动扭矩相等,方向相反的反扭矩作用在驱动转盘5上,使驱动转盘5有反向旋转的趋势；在驱动转盘5四周有若干顶丝固定转盘,因而顶丝上就受到驱动转盘5反向旋转的推力,其大小与驱动转盘5扭矩成正比；根据这一力学原理,在驱动转盘5与顶丝之间放入扭矩传感器21,它将顶丝的作用力转换成油压,再将输出的油压信号转换成电信号,电信号的强弱就反映驱动转盘5扭矩的变化；在同一土质中钻头2收到的反作用力基本相同，此时扭矩的变化不大，但是当钻头2经过岩土分界带时，扭矩变化较大，本实用新型就是基于这样的原理，采用扭矩传感器21来辅助佐超声测速仪20共同判定钻头时候到达岩土分界带；下支撑平台6通过液压杆22支撑在地面上，使驱动转盘5及扭矩传感器21距钻孔口有一定距离，甚至可设有防护罩来保护驱动转盘5及扭矩传感器21，防止钻孔排土影响测试精度；钻杆1外还设有护壁套管23，护壁套管23自钻孔口部一直延伸到地下；取土套管4通过支撑板固接在钻杆1外壁，且取土套管4、支撑板及钻杆1外壁形成扇形的取土空腔；定位挡环3焊接在钻杆1外壁，定位挡环3用于挡土，便于取土套管4存土；角位移传感器14、超声测速仪20及扭矩传感器21均连接有计算机。

参照图3，超声测速仪20内部设置超声换能器、以及分别与超声换能器电性连接的超声发射器和超声接收器，超声发生器由发射板的发射端发出超声信号，再从反射板19间歇性反馈到接收端，从而完成超声波信号的间歇性传递；具体到本实用新型实际应用的超声测速仪20具体是HJ60/ZME-I超声转速仪，根据接收端的接受信号和空白信号的间歇显示，得到方波型信号，当方波的宽度突然增大或减小，说明钻杆1的转速发生巨大变化，很有可能经过岩土分界地带。

参照图1和图3，从动转盘7上表面的铺设有一层微孔泡沫层，用于吸收发散超声波，从而反射板19与发射板的位置垂直对应时，超声接收器能够得到明显的反射超声波信号。

参照图3-4，超声接收器电性连接有前置放大器I，前置放大器I电性连接有带通滤波器I，带通滤波器I电性连接有RC整形电路I，RC整形电路I输出分别两组并联输出电路，其中一组输出电路输入到数模转换器中，数模转换器电性连接有方波示波器；另一组输出电路输入到继电器中，继电器连接有开关电路，开关电路中具体是由一个36V直流电源、一个由继电器的线圈控制紧贴或断开的磁性闸刀以及并联的蜂鸣器和信号灯；继电器具体是由三极管T1、与三极管T1串联的电阻R1、与三极管T1并联的电阻R2、二极管D1以及与二极管D1并联的磁性线圈，通过两端输出电压，经过三极管T1的控制和二极管D1的反向续流，使继电器的磁性线圈带有一定方向电磁性，控制方向使磁性线圈与磁性闸刀相反，磁性线圈带电磁性时能够有效使磁性闸刀处于闭合状态，当磁性线圈不带电磁性时磁性闸刀与磁性线圈自动铁磁贴合，则磁性闸刀处于断开状态；RC整形电路I具体是由串联电阻电容R3及C3、并联电阻电容R4及C4组成的RC串并联电路，其从带通滤波器I得到的信号电压为±0.5V，其输出到继电器两端的电压信号为±6V，相当于也有一定的放大作用，用于触发继电器线圈的磁性，从而控制磁性闸刀的贴合和排斥，从而将超声接收器随钻杆1旋转导致接受的间歇性超声波信号，通过前置放大、带通滤波、整形放大及数模转换成较平稳的间歇性方波信号，导致继电器的间歇性打开，打开时即造成蜂鸣器的间歇性发声和信号灯的间歇性亮灯，此二者的声灯一体式报警频率即能及时反应出钻杆1转速的变化，如在土层中转速常达到120r/min以上、即转一圈需0.5秒、亦即声灯信号0.5秒间隔内发出一次报警，如在岩层中转速常达到30r/min以下、即转一圈需2秒、亦即声灯信号2秒间隔内发出一次报警，由此可见此种报警信号的差距肉眼人耳可清晰的判断出区别，非常适用于桩基钻孔或油气钻孔的土岩分界带的范围及变化，直观性很强，可用于钻孔过程的全程监控及夜间报警；前置放大器I、带通滤波器I、RC整形电路I、数模转换器及方波示波器均设置在计算机的机箱内且与计算机的控制芯片电性连接，且方波示波器与计算机的显示屏电性连接，输出方波显示的波形模拟信号。

参照图4，继电器及开关电路设置在报警装置壳体24中，且蜂鸣器和信号灯设置报警装置壳体24外，用于通过间歇性声灯信号的报警，可在钻孔全程及夜间，提供土岩分界带的位置和范围以及钻孔状态正常与否的报警。本实用新型是通过对超声测速仪20的间歇性信号进行放大，作为继电器的激发开关电源，从而控制蜂鸣器和信号灯的报警信号的间歇性输出，有节奏和实时直观的监控作用。

参照图5，角位移传感器14具体是WDD35D-4精密导电电位式角位移传感器，其带有指针表；扭矩传感器21具体是SK-8N01G转盘扭矩传感器，其包括传压器、四通接头、压力传感器、压力表以及高压软管，高压软管与四通之间用快速接头连接,由压力传感器输出的压力油流入四通接头内,该处装有节流塞，根据现场试验，在同一土质阶段，扭矩传感器得到的最终电信号基本为恒定，到达岩土分界带时，电信号迅速上升或下降，证明钻头及其带动的钻杆所受扭矩发生巨大改变，电信号曲线的斜率巨变点，很有可能就是岩土分界带的位置所在；角位移传感器14和扭矩传感器21并联连接在前置放大器II上，前置放大器II电性连接有带通滤波器II，带通滤波器II电性连接有RC整形电路II，RC整形电路II与RC整形电路I的电路及输入输出电压信号完全相同，RC整形电路II输入到数模转换器中，数模转换器电性连接有方波示波器；前置放大器II、带通滤波器II、RC整形电路II、数模转换器及方波示波器均设置在计算机的机箱内且与计算机的控制芯片电性连接，且方波示波器与计算机的显示屏电性连接，输出方波显示的波形模拟信号；角位移传感器14、超声测速仪20及扭矩传感器21的方波信号输出在同一个方波示波器的显示屏上，三组信号的横坐标均为时间t/s，三组信号的纵坐标自上而下分布，从而在同一纵坐标系中显示三组信号，从而完全描述出钻进深度、钻杆转速及钻杆扭矩三组信号随时间变化的一一对应关系，即到达某一深度时钻杆转速及钻杆扭矩的具体值，且钻进深度的变化曲线的斜率即为钻进深度效率DPM；方波示波器的三组信号输出用于观察、记录及储存三组钻孔参数信号，有利于对比观察；并预警出钻头2钻进时的异常情况，如钻头2磨损过度导致打滑的情况，此时在岩层中的钻进深度较小，但钻杆转速较大、钻杆扭矩较小，表明非正常打孔，需要取出钻杆1及钻头2进行检修更换。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，包括钻杆（1）以及自下而上依次设置在钻杆（1）上的钻头（2）、定位挡环（3）、取土套管（4）、驱动转盘（5）、下支撑平台（6）、从动转盘（7）和钻杆卡头（8），其特征在于，所述钻杆（1）的顶端通过钻杆卡头（8）连接有导杆（9），所述导杆（9）顶端依次穿过中支撑平台（10）和上支撑平台（11）并一直延伸到液压套筒（12）内部，所述导杆（9）顶端固设有活塞，所述导杆（9）顶端通过活塞密封套接在液压套筒（12）内部，所述液压套筒（12）的底端面固设在上支撑平台（11）的上表面，所述液压套筒（12）的顶部架设有绞车滚筒（13），所述绞车滚筒（13）两端通过销轴横架在液压套筒（12）两侧壁的轴承孔中，所述绞车滚筒（13）的其中一端销轴伸出液压套筒（12）外且固接有角位移传感器（14），所述绞车滚筒（13）外固定绕接有吊绳（15），所述吊绳（15）底端固接有导杆卡头（16），所述吊绳（15）通过导杆卡头（16）与导杆（9）顶端固接；

所述中支撑平台（10）和上支撑平台（11）通过多根减震杆（17）固接在一起，所述减震杆（17）由下部的弹簧杆段以及上部的螺杆段组成，所述弹簧杆段的两端分别固接在中支撑平台（10）和上支撑平台（11），所述上支撑平台（11）设有与螺杆段对应的通孔，所述螺杆段上部设有螺母封端；

所述中支撑平台（10）与下支撑平台（6）之间固设有屏蔽罩（18），所述从动转盘（7）和钻杆卡头（8）均位于屏蔽罩（18）内，所述钻杆（1）通过平键固定穿接从动转盘（7）的中心位置，所述从动转盘（7）上表面的偏心位置嵌入有反射板（19），所述中支撑平台（10）底部固定设置有超声测速仪（20），所述超声测速仪（20）的底部设有与反射板（19）对应的发射板，所述发射板上设有发射端和接收端；

所述驱动转盘（5）也通过平键固定套接在钻杆（1）上，所述驱动转盘（5）的四周还设有扭矩传感器（21），所述扭矩传感器（21）通过顶丝围在驱动转盘（5）的四周；

所述下支撑平台（6）通过液压杆（22）支撑在地面上，使驱动转盘（5）及扭矩传感器（21）距钻孔口有距离；所述钻杆（1）外还设有护壁套管（23），所述护壁套管（23）自钻孔口部一直延伸到地下；

所述取土套管（4）通过支撑板固接在钻杆（1）外壁，且所述取土套管（4）、支撑板及钻杆（1）外壁形成扇形的取土空腔；

所述定位挡环（3）焊接在钻杆（1）外壁，定位挡环（3）用于挡土，便于取土套管（4）存土；

所述角位移传感器（14）、超声测速仪（20）及扭矩传感器（21）均连接有计算机。

2.根据权利要求1所述的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，其特征在于，所述超声测速仪（20）内部设置超声换能器、以及分别与超声换能器电性连接的超声发射器和超声接收器。

3.根据权利要求2所述的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，其特征在于，所述从动转盘（7）上表面的铺设有一层微孔泡沫层。

4.根据权利要求3所述的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，其特征在于，所述超声接收器电性连接有前置放大器I，所述前置放大器I电性连接有带通滤波器I，所述带通滤波器I电性连接有RC整形电路I，所述RC整形电路I输出分别两组并联输出电路，其中一组输出电路输入到数模转换器中，所述数模转换器电性连接有方波示波器；

另一组输出电路输入到继电器中，所述继电器连接有开关电路，所述开关电路中具体是由一个36V直流电源、一个由继电器的线圈控制紧贴或断开的磁性闸刀以及并联的蜂鸣器和信号灯；

所述继电器具体是由三极管T1、与三极管T1串联的电阻R1、与三极管T1并联的电阻R2、二极管D1以及与二极管D1并联的磁性线圈，通过两端输出电压，经过三极管T1的控制和二极管D1的反向续流，使继电器的磁性线圈带有一定方向电磁性，控制方向使磁性线圈与磁性闸刀相反，磁性线圈带电磁性时能够有效使磁性闸刀处于闭合状态，当磁性线圈不带电磁性时磁性闸刀与磁性线圈自动铁磁贴合，则磁性闸刀处于断开状态；

所述RC整形电路I具体是由串联电阻电容R3及C3、并联电阻电容R4及C4组成的RC串并联电路，其从带通滤波器I得到的信号电压为±0.5V，其输出到继电器两端的电压信号为±6V；

所述前置放大器I、带通滤波器I、RC整形电路I、数模转换器及方波示波器均设置在计算机的机箱内且与计算机的控制芯片电性连接，且方波示波器与计算机的显示屏电性连接，输出方波显示的波形模拟信号。

5.根据权利要求4所述的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，其特征在于，所述继电器及开关电路设置在报警装置壳体（24）中，且所述蜂鸣器和信号灯设置报警装置壳体（24）外，用于通过间歇性声灯信号的报警，可在钻孔全程及光线较弱条件下，提供土岩分界深度和范围以及钻孔状态正常与否的报警。

6.根据权利要求1所述的适用于判定上土下岩地层分界深度的钻孔桩钻进随钻装置，其特征在于，所述角位移传感器（14）具体是WDD35D-4精密导电电位式角位移传感器，其带有指针表；

所述扭矩传感器（21）具体是SK-8N01G转盘扭矩传感器，其包括传压器、四通接头、压力传感器、压力表以及高压软管，高压软管与四通之间用快速接头连接,由压力传感器输出的压力油流入四通接头内,该处装有节流塞；

所述角位移传感器（14）和扭矩传感器（21）并联连接在前置放大器II上，前置放大器II电性连接有带通滤波器II，所述带通滤波器II电性连接有RC整形电路II，所述RC整形电路II与RC整形电路I的电路及输入输出电压信号完全相同，所述RC整形电路II输入到数模转换器中，所述数模转换器电性连接有方波示波器；

所述前置放大器II、带通滤波器II、RC整形电路II、数模转换器及方波示波器均设置在计算机的机箱内且与计算机的控制芯片电性连接，且方波示波器与计算机的显示屏电性连接，输出方波显示的波形模拟信号；

所述角位移传感器（14）、超声测速仪（20）及扭矩传感器（21）的方波输出电压信号U/V在同一个方波示波器的显示屏上，三组信号的横坐标均为时间t/s，三组信号的纵坐标自上而下分布，在同一纵坐标系中显示三组信号。

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