一種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)的鉆孔裝置及成孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程原位試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)成孔的鉆孔裝置，還涉及一種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)成孔方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在巖土工程領(lǐng)域，巖土體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)多通過室內(nèi)試驗(yàn)與原位試驗(yàn)求得。比較于室內(nèi)試驗(yàn)，原位試驗(yàn)可以在土體原來所處位置，基本保持的天然結(jié)構(gòu)，天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)下，測定土體的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，可避免取樣過程中應(yīng)力釋放和擾動的影響，獲得試驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際情況。旁壓試驗(yàn)是利用旁壓儀，在鉆孔中對測試段孔壁施加徑向壓力，量測其變形，根據(jù)孔壁變形與壓力的關(guān)系，求取地基土的變形模量、承載力等力學(xué)參數(shù)的一種原位試驗(yàn)方法，具有操作簡單，測試指標(biāo)多樣等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的旁壓試驗(yàn)可分為預(yù)鉆式、自鉆式和壓入式三種，國內(nèi)外應(yīng)用較多的為預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)。
[0003]根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)旁壓試驗(yàn)規(guī)程(YS 5224-2000)，預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)的預(yù)鉆孔應(yīng)圓整、垂直、光滑、孔壁巖土不得受到擾動。這是因?yàn)榭妆跒榇怪?、光滑、呈完整的圓柱形可使得試驗(yàn)接近軸對稱的平面應(yīng)變條件下進(jìn)行。然而，由于現(xiàn)場土層的復(fù)雜性，旁壓試驗(yàn)的預(yù)鉆孔經(jīng)常會以下幾種現(xiàn)象:(I)淤泥土等軟土中，成孔后常出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象，旁壓器被強(qiáng)行壓入鉆孔，試驗(yàn)前孔壁巖土體已經(jīng)受到擠壓，使旁壓曲線前段消失，找不到初始水平總應(yīng)力，試驗(yàn)失??；(2)在易擾動土體中，如殘積土或砂土，成孔過程中極易造成塌孔，成孔直徑過大，旁壓器與孔壁緊貼時(shí)所需的水量過多，使得旁壓器的膨脹量有一部分消耗在彈性模與孔壁接觸的環(huán)形空間上，曲線后補(bǔ)不完整，難以確定旁壓極限壓力；(3)最為常見的時(shí)，采用常規(guī)的鉆進(jìn)方法時(shí)，由于鉆進(jìn)速度過快會使鉆桿擺動，會帶動孔壁土體外移，導(dǎo)致鉆孔直徑過大，仍會造成難以確定旁壓極限壓力。由此看來，預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)的成孔方法對于確保旁壓試驗(yàn)順利進(jìn)行，所得數(shù)據(jù)真實(shí)可靠是非常重要的。雖然一些發(fā)明專利提出了多種旁壓試驗(yàn)成孔方法，如一種用于預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)的復(fù)合鉆具(申請?zhí)?201120143827.X)、一種預(yù)鉆式旁壓儀、自鉆式旁壓儀及自鉆式旁壓設(shè)備(申請?zhí)?201210458396.5)、旁壓裝置(申請?zhí)?200820067484.1)，但仍存在儀器造價(jià)高，操作復(fù)雜，特別是仍無法解決預(yù)鉆孔塌孔、縮孔以及鉆孔直徑過大的問題。因此，在目前我國城市建設(shè)蓬勃發(fā)展的背景下，急需發(fā)明一種用于預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)的高質(zhì)量成孔方法及鉆孔裝置，這對保證旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性與精準(zhǔn)性具有非常重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)的鉆孔裝置，能夠在鉆進(jìn)過程中利用環(huán)刀切土進(jìn)而形成圓整、垂直、完整的預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)鉆孔，能有效解決目前預(yù)鉆式旁壓成孔質(zhì)量差的問題，提供還一種可以操作簡單、造價(jià)低、鉆孔孔壁擾動小，成孔質(zhì)量高的預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)成孔方法，特別是解決砂土地層成孔易塌孔、淤泥土地層成孔易縮孔的問題。。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
一種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)的鉆孔裝置，包括環(huán)刀切土器、勺型鉆、鉆頭、定位器、第一鉆桿、第一外桿、連接桿、第一接頭、第二接頭及擋板，所述的鉆頭頂端通過第二接頭與勺型鉆的勺型鉆壁下端連接，勺型鉆壁上端通過第一接頭與連接桿相連，連接桿中部穿過圓環(huán)狀的定位器中心孔并焊接固定，定位器置于環(huán)刀切土器內(nèi)壁滑動，環(huán)刀切土器與勺型鉆的重心重合，連接桿頂端的第一內(nèi)螺紋旋入第一鉆桿下端的第一外螺紋，最頂部的鉆桿上端與鉆機(jī)相連，環(huán)刀切土器上端的第三內(nèi)螺紋旋入第一外桿下端的第三外螺紋，最頂端的外桿中部設(shè)置圓環(huán)狀擋板，外桿為中空的桿，鉆桿位于外桿內(nèi)。
[0006]根據(jù)鉆孔的深度增加鉆桿和外桿的數(shù)量，具體連接為:第一鉆桿上端的第二內(nèi)螺紋旋入第二鉆桿下端的第二外螺紋，第二鉆桿上端的第四內(nèi)螺紋旋入第三鉆桿下端的第四外螺紋，第三鉆桿上端與鉆機(jī)相連，環(huán)刀切土器上端的第三內(nèi)螺紋旋入第一外桿下端的第三外螺紋，第一外桿上端的第五內(nèi)螺紋旋入第二外桿下端的第五外螺紋，第二外桿上端的第六內(nèi)螺紋旋入第三外桿下端的第六外螺紋，第三外桿中部設(shè)置圓環(huán)狀擋板，所述的第一、第二外桿為中空的桿，第一、二、三鉆桿位于第一、二、三外桿內(nèi)。
[0007]所述的定位器外徑比環(huán)刀切土器內(nèi)徑小3?5mm。
[0008]所述的環(huán)刀切土器的環(huán)刀刃刃腳向外傾斜，刃腳角度為30度。
[0009]所述的擋板為焊接在第三外桿上，用于落錘錘擊擋板進(jìn)帶動第三外桿下壓，進(jìn)而帶動環(huán)刀切土器向下切土。
[0010]本發(fā)明的一種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)鉆孔裝置的使用原理是:第一鉆桿、第二鉆桿與第三鉆桿由鉆機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而啟動勺型鉆鉆進(jìn)，勺型鉆鉆進(jìn)的同時(shí)，利用鉆機(jī)本身重力或落錘錘擊擋板產(chǎn)生的動力，下壓環(huán)刀切土器切削土體，使之形成完整、擾動小的孔壁，避免塌孔、縮孔等現(xiàn)象發(fā)生。定位器可以調(diào)整第一鉆桿在環(huán)刀切土器中位置，使勺型鉆與環(huán)刀切土器的重心重合，保證鉆取的孔壁垂直，不傾斜，使得鉆孔垂直、完整，不易擾動。
[0011]本發(fā)明提供的一種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)鉆孔裝置，其具有優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:
①裝置結(jié)構(gòu)簡單，可拆卸，便于制作與維護(hù)。
[0012]②設(shè)備安全、穩(wěn)定。定位器可以確保鉆進(jìn)裝置與切土裝置的重心重合，保證鉆取的孔壁垂直，不傾斜，且不會出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象。
[0013]③操作簡單。全程幾乎全部機(jī)械化施工，無需專業(yè)技術(shù)人員操作，減少了人力物力。
[0014]④造價(jià)低。較以往的鉆孔裝置，由于將鉆孔與切削土體兩種裝置合二為一，減少了設(shè)備制備費(fèi)。
[0015]—種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)成孔方法，其步驟包括:
I)組裝儀器:將鉆頭頂端通過第二接頭與勺型鉆壁下端連接，勺型鉆壁上端通過第一接頭與連接桿下端相連，連接桿頂端的第一內(nèi)螺紋旋入第一鉆桿下端的第一外螺紋。
[0016]2)鉆進(jìn):將鉆頭垂直壓入地下，將鉆機(jī)與第一鉆桿上端相連，鉆機(jī)帶動第一鉆桿、連接桿及勺型鉆向下鉆進(jìn)。當(dāng)?shù)谝汇@桿的定位器接觸地表時(shí)停止鉆進(jìn)，將環(huán)刀切土器的中心對準(zhǔn)定位器垂直壓入地下，環(huán)刀切土器上端的第三內(nèi)螺紋旋入第一外桿下端的第三外螺紋，第一外桿上端的第五內(nèi)螺紋旋入第二外桿下端的第五外螺紋，利用鉆機(jī)本身重力下壓擋板或重錘錘擊擋板將環(huán)刀切土器垂直壓入土中。
[0017]3)測試:鉆進(jìn)至第一個(gè)旁壓測試點(diǎn)深度時(shí)，停止鉆進(jìn)，利用鉆機(jī)上提成孔裝置至地表，下放旁壓儀至第一個(gè)旁壓試驗(yàn)測試深度，進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后提出旁壓儀。
[0018](4)繼續(xù)鉆進(jìn):取第二鉆桿通過螺紋連接在第一鉆桿上，重復(fù)上述步驟的(2)，當(dāng)鉆進(jìn)至第二個(gè)旁壓試驗(yàn)測試深度時(shí)停止鉆進(jìn)，按照步驟的(3)進(jìn)行第二個(gè)旁壓試驗(yàn);重復(fù)上述步驟，進(jìn)行同一鉆孔內(nèi)的不同深度的旁壓試驗(yàn)。
[0019]上述步驟2)中，優(yōu)選地，如果在砂土地層成孔，應(yīng)采用泥漿護(hù)壁措施。
[0020]上述步驟2)中，優(yōu)選地，鉆桿鉆進(jìn)速度不超過60轉(zhuǎn)/分鐘。
[0021]上述步驟3)中，優(yōu)選地，鉆進(jìn)過程中應(yīng)保持鉆頭的鉆進(jìn)深度與環(huán)刀切土器下端壓入深度相同。
[0022]上述步驟3)中，優(yōu)選地，鉆進(jìn)停止標(biāo)準(zhǔn)為鉆頭或環(huán)刀切土器下端位于旁壓試驗(yàn)測試深度0.3m時(shí)，停止鉆進(jìn)。
[0023]本發(fā)明提供的一種預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)成孔方法，其具有優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:
①鉆進(jìn)速度快，可明顯縮短工期。相對以往單純用鉆機(jī)帶動鉆桿鉆進(jìn)，本發(fā)明采用鉆進(jìn)的同時(shí)用環(huán)刀取土