一种新型静力触探试验成套设备及试验方法与流程

本发明涉及一种新型静力触探试验成套设备及试验方法，属于岩土工程勘察设备技术领域。

背景技术：

静力触探试验作为一种重要的原位测试手段，是获得土性参数较准确的方法之一，多年来受到岩土工程界的广泛重视，它具有速度快、数据连续、再现性好、操作省力等优点。该技术是通过将带有探头的锥杆匀速贯入土中，用传感器量测探头上的比贯入阻力p_s阻力(或锥尖阻力q_c、侧壁摩阻力f_s)、超孔隙水压力△u等参数。利用测试结果，可以进行土层划分、辨别土性、确定土的物理力学性质及确定地基土的承载力等，具有较高的精度。

静力触探试验被广泛地应用于现场试验测试，具有快速、精确、经济和节省人力等特点，可以连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受土样扰动的影响。这对于地基土在竖向变化比较复杂，而其他常规勘探实验手段不能通过测试查明土层变化的情况，静力触探试验具有独特的优越性。除了常规垂直静力触探试验外，由于特殊的岩土工程地质条件(如土层倾斜沉积存在倾斜节理面、倾斜片状沉积及倾斜岩脉)的限制、岩土工程设计施工(斜桩、锚杆支护、土钉支护以及隧道盾构开挖等)的要求，需要获得沿倾斜方向土体的工程力学性质；或者由于现场测试场地条件的限制无法进行常规垂直静力触探试验，这都要求进行倾斜静力触探试验。虽然原位静力触探有诸多优点，但是在原位测试存在试验重复性差、试验条件可控性差、投资大和试验历时长的缺点；而室内静力触探模型箱试验具有可重复性、试样均匀性好和边界条件及试样应力历史可控三个方面的重要优点，可以定量化研究静力触探模型箱试验中的影响因素，是对现场试验的一种有效的修正手段和发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，解决上述技术问题，提出一种新型静力触探试验成套设备及试验方法，在保证测试精确度的同时，实现整套设备的轻量化和自动化，提高工作效率和安全性。

本发明采用如下技术方案：一种新型静力触探试验成套设备，其特征在于，包括动力系统、控制系统、贯入系统、底盘，所述动力系统和所述控制系统均固定设置于所述底盘上，所述动力系统与所述控制系统相连通，所述控制系统与所述贯入系统相连通；

所述贯入系统包括竖直放置在所述底盘上的双油缸，所述双油缸的顶部连接梁的中心位置设置有自动卡瓦装置，所述自动卡瓦装置的中心设置有贯穿的探杆，所述探杆的最下端设置有孔压静力触探探头，所述双油缸的左侧还设置有第一手动换向阀、快速接头，所述快速接头设置于所述第一手动换向阀的左端，所述第一手动换向阀的左端与所述快速接头相连通，所述第一手动换向阀的右端与所述双油缸相连通；

所述控制系统包括固定设置在所述底盘上的油箱，所述油箱的上部设置有调压阀，所述调压阀的上部设置有第二手动换向阀，所述调压阀的右侧设置有压力表，所述调压阀的左右两端均设置有快速接头，所述调压阀的右端的快速接头通过高压油管与所述第一手动换向阀左端的快速接头相连通；

所述动力系统包括固定在所述底盘上的柴油机，所述柴油机的一侧安装设置有油泵，所述油泵的出油口通过所述高压油管与所述调压阀左端的进油口相连通，所述油泵的进油口通过所述高压油管与所述油箱的出油口相连通。

优选地，贯入系统还包括设置于底部的主机架，双油缸固定设置于主机架上；双油缸包括卡杆体、活塞杆，活塞杆设置于卡杆体的内部，活塞杆与卡杆体滑动连接。

优选地，第一手动换向阀和第二手动换向阀的上方均设置有手柄。

优选地，第一手动换向阀和第二手动换向阀均包含A、B、C共三个档位。

优选地，油箱的顶部左右两端对称设置有油箱提手，油箱的后侧面上还设置有背带。

优选地，柴油机上还设置有滑轮。

优选地，探杆的外径为25mm、内径为14mm，探杆的单节长为0.5m，探杆的材质为45MnMoB合金材料。

优选地，孔压静力触探探头的顶角为30°，孔压静力触探探头的底面积为5cm²。

优选地，探杆的直径小于孔压静力触探探头的锥底直径，便于孔压静力触探探头嵌套在探杆上。

本发明还提出一种新型静力触探试验的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1试验前准备：了解现场条件，估计地层性质，按勘察要求，确定下锚数量；清除有碍于触探的杂物，将动力系统安放在距触探点5m内的平坦地方；检查工具是否平整，油箱的油液是否加到需要位置；连接进出高压油管，将油箱的出油口与油泵的进油口，油泵的出油口与调压阀的进油口分别用二根高压油管连接保证密封好并检查其是否接牢；在使用时须将屏蔽电缆贯穿在探杆中，穿过时自由松动，屏蔽电缆前端通过密封装置与孔压静力触探探头连接，须保证密封防水；屏蔽电缆尾端用万用表检查探头桥路是否正确，然后连接上测量仪表，并开启测量仪表，校对至正常状态；

步骤SS2下锚与安机：在底盘上的控制系统上的调压阀与第二手动换向阀的快速接口处引两根高压油管与下锚器顶上的两快速接头相连接，根据孔位要求和贯入系统的双油缸的顶部连接梁的距离，择定锚点，将下锚器套在地锚头上；两个人握住各自下锚加长杆，使下锚进行顺时针旋转下锚；下好地锚后，将贯入系统抬入场地对准触探孔位，在支承脚下垫厚横木，将横担套入地锚中并压主机架上，旋入锚头螺母；调整支承脚使主机架垂直于地面，再旋紧锚头螺母，固定好主机架；

步骤SS3贯入及起拔：将5m高压油管与贯入系统相连通，并保证密封完好；检查各操纵阀，须处于空档，然后发动柴油机；先将第一手动换向阀扳倒C档位置，然后把第二手动换向阀也扳到C档位置，调节控制系统油压至8-9MPa，再扳动第一手动换向阀使活塞杆慢速上升至上止点，然后再下降；将已与孔压静力触探探头、屏蔽电缆连接好的探杆，依次穿过双油缸的卡杆体，在孔压静力触探探头没到地面前处于悬空时夹紧卡杆体；把测量仪表放置在平衡处，接上屏蔽电缆，按测量仪表说明书装好其所有附件并进行校调，视正常即可正式进行触探贯入；扳第一手动换向阀的手柄至C档位，等一次贯入完毕后松开自动卡瓦装置，把双油缸升起，夹紧自动卡瓦装置再贯入，如此反复；在初期起拨力较大时可将第一手动换向阀的手柄位置处于慢速起拨即A档位，当起拨力减小时可选用B档位；探杆全部起拨完毕后，应连同孔压静力触探探头及时清洗，并上油，为下次触探做好准备，活塞杆应位于下止点；卸掉控制系统压力，将第二手动换向阀的手柄位于空档B处；

步骤SS4卸掉地锚锚头上的地锚螺母，取下横担，拨下高压油管抬去贯入系统的主机架；按下锚方法，逆时针旋转起锚；地锚全部启出后，整个触探工作完毕。

本发明所达到的有益效果：(1)通过用小功率柴油机替换传统大功率柴油机，减小了动力系统的尺寸和重量；(2)使用轻型、高强45MnMoB合金材料作为探杆材质，缩小探杆的直径和节长；(3)静力触探试验可以实现一定角度范围内的任意方向倾斜贯入试验；(4)将动力系统和控制系统整合在一个底盘上，增加了携带的便利性；(5)通过对整套设备的轻量化和设计，大幅减轻了静力触探试验的劳动强度；(6)采用自动卡瓦装置替代传统插板式卡瓦装置，实现了贯入和起拔时抱杆的自动化，提高了工作效率，主机架可以防止在倾斜试验贯入中静力触探仪发生倾覆；(7)轻量化和设计后的静力触探试验设备，可实现2～3人携带和现场作业，缩短了设备搬迁时间，节省了人力成本，进一步提高了工作效率；(8)自动卡瓦装置降低了人为操作时存在的安全隐患，成套设备各边缘、角点均进行了圆弧过渡处理，降低了人工搬运及操作过程中碰撞受伤的风险；(9)在减小贯入动力的前提下，通过减小探头和探杆尺寸，保证了贯入深度，能够满足一般输电线路工程的勘察深度要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的贯入系统的结构示意图。

图3是图2的左视图的结构示意图。

图4是本发明的动力系统与控制系统的装配示意图。

图5是图4的左视图的结构示意图。

图中标记的含义：1-孔压静力触探探头，2-探杆，3-双油缸，4-自动卡瓦装置，5-第一手动换向阀，6-快速接头，7-高压油管，8-压力表，9-第二手动换向阀，10-调压阀，11-油箱，12-油箱提手，13-柴油机，14-油泵，15-主机架，16-活塞杆，17-手柄，18-卡杆体，19-底盘，20-滑轮，21-背带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的结构示意图。本发明提出一种新型静力触探试验成套设备，其特征在于，包括动力系统、控制系统、贯入系统、底盘19，动力系统和控制系统均固定设置于底盘19上，动力系统与控制系统相连通，控制系统与贯入系统相连通。

贯入系统包括竖直放置在底盘19上的双油缸3，双油缸3的顶部连接梁的中心位置设置有自动卡瓦装置4，自动卡瓦装置4的中心设置有贯穿的探杆2，探杆2的最下端设置有孔压静力触探探头1，双油缸3的左侧还设置有第一手动换向阀5、快速接头6，快速接头6设置于第一手动换向阀5的左端，第一手动换向阀5的左端与快速接头6相连通，第一手动换向阀5的右端与双油缸3相连通。

控制系统包括固定设置在底盘19上的油箱11，油箱11的上部设置有调压阀10，调压阀10的上部设置有第二手动换向阀9，调压阀10的右侧设置有压力表8，调压阀10的左右两端均设置有快速接头6，调压阀10的右端的快速接头6通过高压油管7与第一手动换向阀5左端的快速接头6相连通。

动力系统包括固定在底盘19上的柴油机13，柴油机13的一侧安装设置有油泵14，油泵14的出油口通过高压油管7与调压阀10左端的进油口相连通，油泵14的进油口通过高压油管7与油箱11的出油口相连通。

图2是本发明的贯入系统的结构示意图。图3是图2的左视图的结构示意图。贯入系统还包括设置于底部的主机架15，双油缸3固定设置于主机架15上；双油缸3包括卡杆体18、活塞杆16，活塞杆16设置于卡杆体18的内部，活塞杆16与卡杆体18滑动连接。

作为一种较佳的实施例，第一手动换向阀5和第二手动换向阀9的上方均设置有手柄17。

作为一种较佳的实施例，第一手动换向阀5和第二手动换向阀9均包含A、B、C共三个档位。

图4是本发明的动力系统与控制系统的装配示意图。图5是图4的左视图的结构示意图。油箱11的顶部左右两端对称设置有油箱提手12，油箱11的后侧面上还设置有背带21。柴油机13上还设置有滑轮20。

作为一种较佳的实施例，探杆2的外径为25mm、内径为14mm，探杆2的单节长为0.5m，探杆2的材质为45MnMoB合金材料。

作为一种较佳的实施例，，孔压静力触探探头1的顶角为30°，孔压静力触探探头1的底面积为5cm²。

作为一种较佳的实施例，，探杆2的直径小于孔压静力触探探头1的锥底直径，便于孔压静力触探探头1嵌套在探杆2上。

本发明还提出一种新型静力触探试验的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1试验前准备：了解现场条件，估计地层性质，按勘察要求，确定下锚数量；清除有碍于触探的杂物，将动力系统安放在距触探点5m内的平坦地方；检查工具是否平整，油箱11的油液是否加到需要位置；连接进出高压油管7，将油箱11的出油口与油泵14的进油口，油泵14的出油口与调压阀10的进油口分别用二根高压油管7连接保证密封好并检查其是否接牢，若未接牢可能导致油泵憋爆；在使用时须将屏蔽电缆贯穿在探杆2中，穿过时自由松动，屏蔽电缆前端通过密封装置与孔压静力触探探头1连接，须保证密封防水；屏蔽电缆尾端用万用表检查探头桥路是否正确，然后连接上测量仪表，并开启测量仪表，校对至正常状态；

步骤SS2下锚与安机：在底盘19上的控制系统上的调压阀10与第二手动换向阀9的快速接口处引两根高压油管7与下锚器顶上的两快速接头相连接，根据孔位要求和贯入系统的双油缸3的顶部连接梁的距离，择定锚点，将下锚器套在地锚头上；两个人握住各自下锚加长杆，使下锚进行顺时针旋转下锚；下好地锚后，将贯入系统抬入场地对准触探孔位，在支承脚下垫厚横木，将横担套入地锚中并压主机架15上，旋入锚头螺母；调整支承脚使主机架15垂直于地面，再旋紧锚头螺母，固定好主机架15；

步骤SS3贯入及起拔：将5m高压油管7与贯入系统相连通，并保证密封完好；检查各操纵阀，须处于空档，然后发动柴油机13；先将第一手动换向阀5扳倒C档位置，然后把第二手动换向阀9也扳到C档位置，调节控制系统油压至8-9MPa，再扳动第一手动换向阀5使活塞杆16慢速上升至上止点，然后再下降；将已与孔压静力触探探头1、屏蔽电缆连接好的探杆2，依次穿过双油缸3的卡杆体18，在孔压静力触探探头1没到地面前处于悬空时夹紧卡杆体18；把测量仪表放置在平衡处，接上屏蔽电缆，按测量仪表说明书装好其所有附件并进行校调，视正常即可正式进行触探贯入；扳第一手动换向阀5的手柄17至C档位，等一次贯入完毕后松开自动卡瓦装置4，把双油缸3升起，夹紧自动卡瓦装置4再贯入，如此反复；在贯入时若发现地锚有抬起现象，应及时予旋紧，否则会造成探杆2在贯入中产生倾斜从而断杆，若抬起现象严重应及时终止触探；当贯入要求深度后，应及时起拨探杆2，耽搁时间过长，会造成土体抱紧力倍增，拨杆困难，甚至出现埋杆事故；在初期起拨力较大时可将第一手动换向阀5的手柄17位置处于慢速起拨即A档位，当起拨力减小时可选用B档位；探杆2全部起拨完毕后，应连同孔压静力触探探头1及时清洗，并上油，为下次触探做好准备，活塞杆16应位于下止点；卸掉控制系统压力，将第二手动换向阀9的手柄17位于空档B处；

步骤SS4卸掉地锚锚头上的地锚螺母，取下横担，拨下高压油管7抬去贯入系统的主机架15；按下锚方法，逆时针旋转起锚；地锚全部启出后，整个触探工作完毕。

本发明实现了整机轻量化，搬动方便，操作容易等特点，以超小型液压控制系统代替了人力，双油缸贯入起拔，保证了静探作业的稳定性、匀速性，并大大减轻了劳动强度，提高了自动化程度和工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。