508435 A7 五、發明說明（ 本發明係關於一種下孔式標準貫入試驗方法與裝置， 尤指一種可深入地底下或水中精確執行標準貫入試驗方法 之設計。 鑽探技術廣泛應用於海域及陸地，無論是海域的鑽油 開採領域須藉助鑽探技術來預測原油的蘊含量，或是陸地 建築物的基礎工程也須藉助鑽探技術來了解地質的狀況， 因此鑽探技術的應用於土木工程界即相當普遍。唯鑽探技 術之應用須藉由各種探測法來反覆量測地質狀況，因此於 鑽探技術領域中，即發展出數種不同的探測法，以供鑽探 人員來重建地下地質構造圖。 而於陸地上較常見之現場土層探測法，則以標準貫入 试驗法為土木工程界最為普遍及較迅速、有效的調查方 法，該方法係在鑽探取樣過程中，每間隔約15公尺或地 層有變化之處施作，並由取樣器（劈管）採取土壤樣品。而 操作方法係將重量約63.5公斤之鐵錘揚起76公分然後落 下，將試驗用取樣器打入地層，記錄每貫入三十公分深度 時所需的打擊次數，此次數即為標準貫入法中所稱之「$ 值」，藉由「N值」之大小即可初步判定地層軟硬或緊密 程度。 而因標準貫入試驗法操作簡便，且可獲得地層深處之 土層樣品，因此主要被廣泛應用於一般性地質調查及建築 物基礎叹汁。藉由這種試驗法所得n值，除了可了解地層 之變化，以推斷土層之工程強度與壓縮性，提供建築物基 礎穩定性分析與設計所需之各種土壤參數外，且能提供作 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 A7 B7 五、發明說明（丄） 為土壤液化潛能分析之用 能有助於對各種土壤性質的推斷^"取件精確的N值，定 美二= 入:及^^ 試驗規範之 規範名稱 2。適用範圍 3·試驗設備 4·試驗步驟 5。試驗結果紀錄及報告 而事貝上此二規範在各部份均有差異，目前我國土木 浐界中大夕依照美國ASTM來執行，而在試驗規範中可得 知，標準貫入法實施之結果，除受地下土層種類及地下水 之自然因素影響外，也會因試驗設備操作步驟及資料記錄 及處理方法之不同，而有不同程度的變化。 其中針對落錘打擊方法及傳遞能量之裝置，於業界中 可見及多種實施之態樣，如一般業界統稱之圈餅式落錘打 擊法、圈餅式自動落錘打擊法或安全式落錘打擊法，均是 欲計异精確之N值而設計，唯於試驗過程中發現，在實際 傳達能量值以及傳遞能量之穩定性方面，上述試驗法並未 能有效改善，而主要原因在於：⑴當錘體落下時，拖曳吊 拉繩索以及順導桿滑動時會因摩擦而損耗能量；⑵錘體打 擊時與鑽桿上端鈷板的打擊接觸點為不特定狀態，而在外 力著力點不特定之情況下，自平面處再往下傳遞之能量， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . Ϊ線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508435 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3)) 即能量傳遞效率，即會有差異。 為此，本發明人即設計出一種創新之標準貫入試驗落 錘打擊方法及能量傳遞裝置，來提昇標準貫入試驗之打擊 效率，該方法主要一方面藉落下時使錘體以真正自由落下 減少能量損耗，另一方面，使錘體與鑽桿之鈷板間以平面 與曲面接觸的型態或以曲面或曲面的型態，使錘體落下的 打擊接觸點集中於鑽桿中央部位，使鑽桿承受穩定的輸入 能量。因此，可提高輸入能量以及穩定傳遞的能量，改善 標準貫入試驗法以往的缺失，而上述設計不僅於實際操作 … 中·獲得極佳之肯定，且經提出專利申請後，已獲發明第一 一四三五二號專利權之肯定，而確實解決目前標準貫入試 驗法所產生之問題。 唯上述標準貫入試驗法係以陸地上操作為主，而針對 深入地底下或水中之鑽探技術，因限於測試點深度不一之 緣故’在標準貫入試驗法中，即須藉由外接長鑽桿將打擊 能量傳至地底深處取樣器，以貫入地層採取土樣，而以第 四圖所示之實施狀態來論，其中鑽桿（8〇)上端為鈷板（82) 與一段加裝之導桿（81)。用於引導錘體（86)落下打擊钻板 (82)。另於鑽桿（80)正上方處即設置錘體（86),該錘體（86) 為中心開孔之圓柱體，由上部吊拉繩索（85)向上拉至7 6 公分高度後釋放落下後由導桿（81)導正落下方向，然後於 钻板（82)上形成打擊力。 而打擊力與能量則藉由外接長鑽桿將打擊能量傳至地 底 >木處取樣器（87)’得以貫入地層採取土樣，在實於工程 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公砮） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
508435 A7 員 製 五、發明說明（ 中，倘若欲量測打擊能量時，係於鑽桿（80)適當處裝設荷 重計（83)，荷重計（83)以訊號線路與電腦（84)銜接。因此， 荷重計（83)所感受之力量即會傳遞至電腦（84)處。而打擊 時，瞬間錘體（86)與钻板（82)即會產生碰撞之壓力波。此 時於錘體（86)與鑽桿（80)間，即因力量之傳遞，使荷重計 (83)量測錘體傳至鑽桿之力與時間的關係。藉此計算壓力 波之能量，並瞬間將訊號送出，即可由電腦（84)中程式計 算出打擊能量。 但於各種試驗及實際操作過程中發現，雖標準貫入試 驗法中所欲測得之N值，係取樣器打入地層中，每貫入三 十公分深度時所需的打擊次數，但由於落錘打擊鈷板後所 產生之打擊能量須藉由外接且不特定長度之長鑽桿來傳 遞，由此長鑽桿之結構係以三公尺為基準，若深入地底之 深度越深，則須藉由長鑽桿兩端之螺旋部相旋接，因此當 須試驗之深度較深時，即易因接頭不良、鬆動、桿身彎曲， 以及長度增加時無法避免之勁度降低，而導致無法將打擊 能量精確地傳遞至取樣器處，若再因實際操作時，因人為 操作不當造成之能量損失，實際傳至長鑽桿的能量通常十 分不穩定，一般大約為理論值484〇 ==大，一--= 、故由上述可知，傳統進行地底下或水中之 驗法’為遷就人為操作上之限制，使得落鐘打擊部ς 地面上進行，而打擊後藉由外接長鑽桿將打擊能量^至地 t紙張尺制 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
508435 A7 B7 五、發明說明（ ! 局 員 工 消 費 合 驗法正常執行應是重點，為此本發明者乃再進一步研發， 設計出本發日月「下孔式標準貫入試驗方法及裝置」，希藉 由本發明之設計，達到以下之目的： 二本發明設計之主要目的，係提供一種「下孔式標準貫 入試驗方法及裝置」，其係利用密閉式沉筒而包覆取樣器、 钻板及落錘，並導入地底下或水中，使落鐘與钻板間之落 鍾距離永保持於76公分，而使錘體以自由落下方式直接 打擊取樣器上方之钻板，不僅避免能量摩擦損库毛，並因直 接打擊取樣器之設計，即無須設置長鑽桿，而避免長鑽桿 傳遞過程中可能產生之損耗，以提高打擊能量傳輸效率， 且提南固定能量穩定輸入之精確度，相對的，即可精確地 計算出N值，使深入地底下或水中之鑽探技術更加提昇。 為使貴審查委員能進一步了解本發明之試驗方法及 裝置’特配合圖式加以說明·· (一） 圖式部份： 第一圖係本發明第一種實施方式之平面圖。 第一圖係本發明第一種實施方式之動作圖（一）。 第三圖係本發明第一種實施方式之動作圖（二）。 第四圖係習用標準貫入試驗法之平面圖。 第五圖係不同桿長標準貫入試驗能量損失之比較圖。 (二） 圖號部份： (1 0)鑽孔 （2 0)沉筒 (21)底筒 （22)定位座 (2 2 1 )中孔 （2 3 )取樣器 |___ 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS^Ti；格（21〇 項
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五、發明說明（ (2 4 )鈷板 (2 6 )固定構件 (2 8 )傳動機組 (31)支撐架 (4 1 )壓力平衡器 (5 1 )示波器 (8 0 )鑽桿 (8 2 )鈷板 (8 4)電腦 (8 6 )錘體 (2 5 )錘體 (2 7 )輸送鏈 (3 0 )繩索 (4 0 )調節管 (5 0 )信號制約器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (81)導桿 (8 3 )荷重計 (8 5 )繩索 (8 7 )取樣器 本發明主要係提供一種下孔式標準貫入試驗方法與裝 而第一圖所示為實施本發明下孔式標準貫入試驗方法 之裝置的一種態樣，其於地面形成適當直徑之鑽孔（1〇)， 該鑽孔（10)可深入至欲鑽探之深度處，另懸吊一密閉式沉 筒（20)，沉筒（20)底端並螺設一底筒（21),而於底筒（21: 内部固設一定位座（22)，定位座（22)中央形成中孔（221)， 中孔（221)即供取樣器（23)穿過，並使取樣器（23)接觸地肩 面處，而於取樣器（23)上端設置一鈷板（24)，該鈷板（24: 上端配合設置一錘體（25)，該錘體（25)上端再配合設置-固定構件（26)，固定構件（26)得以輸送鏈（27)與上端之搞 動機組（28)固定，藉由傳動機組（28)之作動即可控制固定 構件（26)上下作動。 另整個沉筒（20)並藉由繩索（30)所固定，該繩索（30: 並延伸至地面上，而以支撐架（31)固定後，得配合捲揚機 置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂i -丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508435 A7 _ B7 五、發明說明（δ ) 使沉筒（20)得以被拉起至地面上，另為使沉筒（20)内部之 壓力，不致受到氣壓或水壓之影響，再配合一調節管（40) 及設置於地面處之壓力平衡器（41)，使沉筒（20)内部之壓 力值保持與統外壓力平衡狀態，另於钻板（24)周緣得設置 荷重計，該荷重計並以無線訊號將訊號傳至信號制約器 (50)，信號制約器（50)再以訊號線路與示波器（51)銜接。 本發明固定構件（26)與錘體（25)間之相對設計，得有 多種型式，如第一圖所示，為強力吸鎰式之設計，此時固 定構件（26)本身得以鎰波線傳遞強力之鎰力，而錘體（25) 本身也具有強鎰力，因此當捲收裝置（32)放鬆，即使固定 構件（26)落下，及至固定構件（26)與錘體（25)吸附一起， 此時再藉由傳動機組（28)將固定構件（26)往上拉，並同時 使錘體（25)被往上拉動，及至錘體（25)與钻板（24)間隔7 6公分，如第二圖所示，之後鎰波線瞬間切斷鎰波，即使 錘體（25)在不再被吸附之情況下，以自由落下而撞擊钻板 (24)，如第三圖所示，於打擊瞬間，錘體（25)與鈷板（24) 間即達到壓力波之傳遞，而本發明钻板（24)與錘體（25)間 之接觸面，更可延續本發明人所設計之發明第發明第—— 四三五二號專利權中之特殊設計，使二者間以平面與曲面 之接觸狀態，或以曲面與曲面之接觸狀態，達到更佳之傳 遞效杲。 故藉此反覆性之操作，即可使標準貫入試驗法於沉筒 内進行，故每次之打擊均能以較穩定的能量往下傳遞至荷 重計處，並瞬間將訊號送出至示波器（51)顯示，而立即由 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 入--D · 508435 A7 • ' ------— B7 _ 五、發明說明（1 ) ' -- 顯示板直接觀察打擊成效’並藉由外接電腦由 電腦程式計 算出能量，而完全解決以往長鑽桿傳遞能量之問題。 本發明主要係提供一沉筒式之標準貫入試驗法，因此 鐘體（25)與固定構件（26)間之收放設計，以使錘體（25)可 達到自由落下為原則即可，故除了上述之鎰力式以外，尚 可藉由螺桿夾爪式達到相同之目的。 本發明之下孔式標準貫入試驗方法，即是於鑽探處形 成鑽孔，並於鑽孔内設置一内含取樣器、鈷板、錘體及固 定構件之内密式沉筒，沉筒内部壓力保持一定，當固定構 件將鐘體往上拉起至7 6公分時，即可使錘體以自由落下 方式打擊钻板，而使往下傳達之能量，即能量傳遞效率保 持於最佳狀態，並能避免錘體落下，輸入之能量會因長鑽 桿之傳遞而造成能量損耗，而提供一極為穩定之試驗法。 因此，本發明之設計以傳動繩將沉筒置入地底下或水 中之鑽孔，即可輔助錘體依據自動落下之方式，使錘體打 擊取樣器上方之钻板，故本發明之設計即可達到⑴以自由 洛下之方式改善以往吊拉繩索而依附導桿滑動上下時所產 生打擊刖之能$摩擦損耗；⑵於錘體自由落下時直接打擊 取樣器上之鈷板，故能免除長鑽桿傳遞過程中之損耗，並 能提高打擊能量傳輸效率，並能提供固定能量穩定輸入之 精確程度，而得以更精確地計算出N值，使地底下或水中 之鑽探技術更加提昇。 因此藉由本發明下孔式標準貫入試驗方法與裝置，即 可改善傳統標準貫入試驗法必須於地面上進行，打擊後夢 π (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 卜訂： 線： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508435 A7 _B7 五、發明說明（（0) 由外接長鑽桿將打擊能量傳至地底深處取樣器之限制，而 本發明深入地底下或水中而直接打擊取樣器方式，即可免 除長鑽桿之影響，因此得提高打擊能量傳遞之穩定性，得 以更精確標定標準貫入試驗法打擊能量與N值之關連性’ 因此本發明之設計應符合產業上利用價值，乃依法提出申 請0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂：！ -—線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）