基本信息
- 項目名稱：
- 孔內(nèi)動探與標貫儀的研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目前的重型動力觸探和標貫儀的沖擊錘都在鉆孔口以上，試驗深度超過20米，由于鉆桿能耗，試驗結(jié)果的實際意義不大。為了克服這一缺陷，本作品將現(xiàn)有動探錘自孔口移至孔內(nèi)，設計為以鉛配重的長柱形，為了消除地下水的阻力，將沖擊錘密封在鋼管內(nèi)，由此消除了鉆桿和地下水對落錘沖擊能的消耗，無須桿長和地下水位校正，可在任一深度進行試驗，該設備可用于測定砂土和碎石土的承載力，判定砂土的密實度和砂土液化。填補了20米深度以下無法確定砂類土力學參數(shù)的空白，在巖土工程勘察中應用前景廣闊。
- 詳細介紹：
- 本產(chǎn)品主要革新的是對現(xiàn)有重型動探和標貫的沖擊錘加以改進，而探頭仍采用現(xiàn)有設備。改進的思路是將該類試驗采用的沖擊錘放在孔內(nèi)，與探頭保持恒定的距離，以消除鉆桿長度對試驗結(jié)果的影響。 目前的重型動力觸探儀的沖擊錘都在鉆孔口以上，試驗深度一旦超過20米，由于鉆桿能耗，試驗結(jié)果的實際意義不大。針對現(xiàn)有儀器存在的上述缺陷，我們研制了一種新型重型動探設備的沖擊錘，主要革新有以下方面： ①現(xiàn)有沖擊錘在孔外作業(yè)，重量63.5kg?？變?nèi)錘的直徑要減小，采用127mm鉆孔孔徑，孔內(nèi)錘的直徑不宜超過120mm，其長度相應增大，重量保持63.5kg不變。為了避免其長度過長，錘體內(nèi)采用鉛配重。由于重心有所變化，通過理論計算，確定其合理的落距，約束條件是現(xiàn)有孔口錘的沖擊能與孔內(nèi)錘的沖擊能相等，以保證兩種試驗結(jié)果有可比性。錘落下時砸在密封導管底部設定的錘擊底座，從而將重錘的錘擊力傳至動探探頭。 ②孔內(nèi)錘存在的技術難點是在水下試驗時，應排除地下水的阻力，為此將動探錘密封起來。下部沖擊錘活動段采用無縫鋼管，上部提升段采用可伸縮的彈性密封套加封，密封套的伸縮量不小于錘的落距76cm。 ③錘和連桿間采用自動掛鉤和拖鉤裝置，該裝置有三個爪，使用靈活。 動探試驗需與鉆探配合，以鉆機設備為基礎。先用鉆具鉆至試驗土層標高以上15cm處，清除殘土。將重型動力觸探頭或標貫器通過螺紋連接鉆桿并放入孔內(nèi)，在孔口的鉆桿上作標記，以便記錄擊入深度。試驗初始沖擊錘通過自動三爪與拉桿連接，并位于密封導管底部，開始試驗時，沖擊錘通過與鉆桿連接的拉桿被提升，此處鉆桿與拉桿通過螺紋連接。當提升至76cm的高度時，自動三爪上部與密封導管頂部接觸并被壓向內(nèi)側(cè)，從而使自動三爪下端向外側(cè)運動，此時沖擊錘脫落實現(xiàn)自動落錘運動。一次落錘后，拉桿隨鉆桿向下，此處自動三爪裝置利用其重力作用，通過偏心設計，使其自動恢復平衡狀態(tài)，這個過程中三爪上端偏離三爪體，下端靠近三爪體，由此動探錘被再一次提起，并進行下一次的自動落錘運動。如此往復，根據(jù)孔口鉆桿上的標記，動探記錄擊入10cm的擊數(shù)，標貫記錄30cm擊數(shù)（每10cm記一次。待試驗完成后，提升鉆桿，提出動探頭。 本孔內(nèi)重型動力觸探將現(xiàn)有動探錘自孔口移至孔內(nèi)，消除了鉆桿對落錘沖擊能的消耗，無須桿長和地下水位校正，可在任一深度進行試驗。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.發(fā)明目的：彌補目前動力觸探和標貫儀試驗深度不足的缺點，可獲取深層（20米以下）砂礫石土力學參數(shù)。 2.基本思路：圍繞消除鉆桿長度過大對試驗結(jié)果的影響，使動探?jīng)_擊錘與動探頭保持恒定距離，即考慮使沖擊錘作用于孔內(nèi)，再進一步考慮如何消除孔內(nèi)作業(yè)對沖擊錘帶來的地下水、作用空間等問題的影響。 3.創(chuàng)新點： ①把動探儀的沖擊錘移至孔內(nèi)，消除了桿長的影響； ②動探錘采用鉛配重，在重量不變的前提下減小了體積； ③將動探錘密封，消除了地下水的影響； ④采用三爪型拖掛鉤裝置，增強了其靈活性。 4.技術關鍵：在孔內(nèi)環(huán)境下滿足動探錘的錘重和落距（即保證沖擊錘的沖擊能不變），并消除地下水對試驗的影響，保證試驗的連續(xù)性和可操作性。 5.主要技術指標： 設備外徑120mm，長度2500mm，重量80kg； 沖擊錘質(zhì)量：63.5kg； 沖擊錘落：76cm； 試驗深度：不受限制。
科學性、先進性
- 該作品在保證沖擊錘沖擊能不變的前提下將動探錘移至孔內(nèi)，使其與探頭保持恒定的距離，在符合規(guī)范要求的前提下拓展了動力觸探原位試驗的試驗深度，消除了鉆桿過長對落錘沖擊能的消耗，無須桿長和地下水位校正，可在任一深度進行試驗，可獲取任一深度砂礫石土層的力學參數(shù)。該設備的探頭和鉆桿均為現(xiàn)有的標準通用配件，試驗方法也與目前的試驗方法相同，符合實際應用的要求，利于作品的推廣應用。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月，陜西省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽中獲得特等獎。
作品所處階段
- 已完成作品研制和樣品生產(chǎn)，已在部分勘察單位應用，效果良好。目前正在進行與現(xiàn)有設備的詳細對比試驗。
技術轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 圖片、動畫演示或?qū)嵨?/dd>
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1.使用說明及特點和優(yōu)勢：先用鉆具鉆至試驗土層標高以上 15cm處，清除殘土。將孔內(nèi)動探儀放入孔內(nèi)，然后采用自動落錘法進行試驗，記錄擊入10cm的動探擊數(shù)，即終止試驗，提升鉆桿，提出孔內(nèi)動探儀。該產(chǎn)品的技術特點是沖擊錘在孔內(nèi)；優(yōu)勢是試驗深度不受限制，無須桿長和地下水位校正。 2.適用范圍：巖土工程勘察，巖土工程、工程地質(zhì)試驗教學及科學研究。 3.推廣前景及市場分析：該作品主要應用于巖土工程勘察，隨著國家大規(guī)模的基礎設施建設和業(yè)內(nèi)對原位測試的大力推廣，動力觸探和標貫將會越來越廣泛的應用在工程實踐中，該作品在不改變試驗方法的前提下擴大了試驗深度，提高了試驗精度，且操作簡便。生產(chǎn)成本與現(xiàn)有同類設備相近，但比現(xiàn)有設備使用范圍廣，隨著國家基礎建設投入加大，其市場需求量會很大，若將現(xiàn)有設備用該產(chǎn)品更替，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 重型動力觸探和標貫儀是巖土工程勘察中最常用的原位測試備，其實驗結(jié)果可用于評價地基土的物理性質(zhì)、強度和變形參數(shù)，計算天然地基的承載力，估算單樁承載力等。巖土工程勘察中 ，由于砂、礫石土取樣困難，只能通過動力觸探試驗或標貫獲取巖土層的力學參數(shù)。目前國內(nèi)外對該類課題的研究主要集中在儀器的探頭改進、儀器的輕便化和動力性能改進方面，以及相關副產(chǎn)品的研發(fā)上，作者檢索了相關的專利文獻，摘錄如下： 文獻1是涉及一種新型輕便動力觸探器的專利文獻，由導桿、錘體、錘擊墊、探桿、探頭和傳動機構(gòu)組成。其工作原理是由電機轉(zhuǎn)動或手工搖動經(jīng)過傳動機構(gòu)使錘體按工作要求運動，從而達到機械化操作的目的，代替以往的手工操作。 文獻2是關于自動標準貫入試驗監(jiān)控器的專利文獻，介紹了一種與撞擊錘貫入組件如巖土工程中的標準貫入試驗(SPT)一起使用的設備。所述撞擊錘貫入組件包括貫入樣品、一系列聯(lián)接在一起的桿和撞擊錘設備，錘自恒定高度下落并順序地撞擊所述聯(lián)接的桿和采樣器且使所述采樣器受力以更深入土地。 文獻3是關于新型標準貫入器的專利文獻，該實用新型專利涉及一種土體工程勘探標準貫入試驗用取樣裝置。它包括貫入器靴和貫入器身，貫入器身分為可組合成一體的貫入器上身和下身，上身和下身上均有鉸合部，相鉸合處為不規(guī)則狀。平時取樣不必擰下貫入器靴，拉或向外輕推貫入器上身就可打開貫入器。 文獻4是關于安全自動型標準貫入錘的專利文獻，該實用新型屬于工程地質(zhì)勘察機械的一種貫入錘。它由下打墊、觸探桿、標貫器、伸縮桿、導正桿、安全花管外罩、抓體、穿心錘組成。整機用安全花管外罩罩著，外罩上標有刻度，錘工作時可全部進入轉(zhuǎn)盤內(nèi)，用機械扶正，通過調(diào)整機械速度，定準落距。 文獻5是關于一種標準貫入儀的專利文獻，該專利包括抓脫提引機構(gòu)，重錘機構(gòu)，導向機構(gòu)，錘墊機構(gòu)。 綜上所述， 在檢索到的文獻中，未見有其他文獻關注動力觸探設備的試驗深度不足和對動探錘展開研究。由于鉆桿的能量損耗，動力觸探和標貫試驗的試驗深度僅為20米。對于20米以下的砂礫石土，國外通常采用旁壓試驗來獲取巖土力學參數(shù)。而由于旁壓試驗耗時費力且費用較高，國內(nèi)很少采用，因此，對于 20米以下的砂礫石土國內(nèi)實際上沒有獲取力學參數(shù)的測試方法，工程上通常采用經(jīng)驗值作為巖土層的力學參數(shù)。
