一种圆锥动力触探试验、标准贯入试验用探杆导正装置及应用的制作方法

本发明涉及工程勘察岩土测试技术领域，主要涉及静力、动力触探试验领域，具体为一种圆锥动力触探试验、标准贯入试验用探杆导正装置。

背景技术

标准贯入试验(standardpenetrationtest，spt)是动力触探的一种，是在现场测定砂或粘性土的地基承载力的一种方法。这一方法已被列入中国国家《工业与民用建筑地基基础设计规范》中。它利用一定的锤击功能(锤重63.5kg，落距76cm)，将一定规格的对开管式的贯入器(对开管外径51mm，内径35mm，长度大于457mm，下端接长度为76mm、刃角18°～20°，刃口端部厚1.6mm的管靴，上端接钻杆)打入钻孔孔底的土中，根据打入土中的贯入阻抗，判别土层的变化和土的工程性质标准贯入试验的设备主要由标准贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成。触探杆一般用直径为42毫米的钻杆，穿心锤重63.5千克。

圆锥动力触探试验(dpt)是岩土工程勘察常用的一种原位测试方法。该方法是利用一定的落锤质量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入的难度，即贯入锤击数，判定土层名称及其工程性质。如将锥形探头换成管式标准贯入器，落锤质量采用63.5kg，则可称为标准贯入试验(spt)。[1]具有勘察与测试的双重性能。根据穿心锤质量和提升高度的不同，国内常用的落锤质量为10kg、63.5kg和120kg，分别称为轻型、重型和超重型动力触探。轻型动力触探适用于粘性土和粉土，常用来检测浅基础地基承载力和基坑验槽。重型动力触探适用于砂土和砾卵石，超重型动力触探适用于砾卵石，标准贯入试验适用于粘性土、粉土和砂土。

按照国家圆锥动力触探试验标准和标准贯入试验标准进行试验时，标准如下表所示，

圆锥动力触探设备规格允许限度

其中一个关键因素就是探杆的偏斜度不能超过2％，因此对探杆的垂直度要求很高，然而现有的技术，是通过人为控制探杆的稳定度和垂直度，不仅精度差，还存在安全隐患，而目前的提高垂直度的装置和设备，不适用于钻探机设备上进行使用，需要单独搭设，不仅增加经济成本，还降低了工作效率。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，申请人经过研发设计，提供了一种能便捷的应用于钻探机上进行圆锥动力触探试验和标准贯入试验进行时使用的探杆导正装置。其能够保障探杆的偏斜度不超过2％，有效提高了圆锥动力触探试验和标准贯入试验时的探杆垂直度，从而提高试验的准确性，可靠性。具体的，本发明是这样实现的：

一种圆锥动力触探试验、标准贯入试验用探杆导正装置，包括外套筒、两块成半相对的导正圆柱块，所述导正圆柱块中部开设有内凹的圆柱形导正凹槽，所述导正圆柱块的外径与外套筒的内径适配，使得两块导正圆柱块接合后适配安装于外套筒内，所述导正圆柱块的上部外缘设有外径不小于外套筒内径的凸缘段，所述外套筒的上端口外边缘安装有法兰接盘。

进一步的，所述圆柱形导正凹槽的内径大于探杆杆外径1～2mm，所述外套筒的外径大于试验钻槽1～2mm。

进一步的，所述外套筒的法兰接盘固定安装在钻探机底部的支撑架上，外套筒内置于钻探机所钻探出的钻槽内并向下延伸，所述法兰接盘的正表面上安装有水平气泡仪和深度标尺读数线。

进一步的，所述外套筒的的内壁上开设有内螺纹，所述两块成半相对的导正圆柱块的外壁上开设有与内螺纹相适配的外螺纹，所述外套筒的筒壁厚度不小于导正圆柱块的壁厚，所述两块成半相对的导正圆柱块的外壁所述两块成半相对的导正圆柱块的内壁上涂有润滑油。

进一步的，所述法兰接盘的上方连接有两块成半相对的导正上柱块，导正上柱块的底边设有与所述法兰接盘相对接安装的若干个第一螺栓孔并通过若干个第一固定螺栓与法兰接盘固定连接，且导正上柱块的底部设有向外平行延伸的固定环，所述固定环通过若干个第二螺栓固定依次穿过固定环、法兰接盘最终安装在钻探机底部的支撑架上，所述导正上柱块的外径大于所述外套筒的外径，所述导正上柱块的内表面中部开设有与外套筒的圆柱形导正凹槽一致的导正槽。

进一步的，所述内凹的圆柱形导正凹槽与导正上柱块均由实心的金属钢制成，所述导正上柱块的上表面安装有水平气泡仪，所述法兰接盘的外边缘具有向上凸起的凸边，所述凸边包裹住所述导正上柱块的固定环，所述导正上柱块的底部开设有容纳所述凸缘段的内凹缘段。

进一步的，所述支撑架底部的四个角部位安装有可调节升降的升降控制机构，所述升降控制机构为气压或液压系统控制升降。

进一步的，所述法兰接盘的下表面上开设有两组圆环槽：第二圆环槽和第三圆环槽，与所述第二圆环槽直径一致的第二外套筒、与所述第三圆环槽直径一致的第三外套筒，分别依次可拆卸安装的方式套装在所述外套筒外侧，所述第二外套筒、第三外套筒的上端边缘能通过螺纹转入固定安装在所述法兰接盘的下表面上。

本发明的另一方面，提供了一种包括上述的探杆导正装置的钻探机。

本发明的再一方面，提供如上述的探杆导正装置在圆锥动力触探试验或标准贯入试验中的应用。

本发明的工作原理介绍：本发明通过外套筒实现垂直度的固定，通过两块导正圆柱块实现侧面包裹住探杆后置入进外套筒内，由于外套筒和导正圆柱块的间距是相适配安装的，使得安装后，外套筒、导正圆柱块、探杆均保持相对紧密的接触，从而通过导正圆柱块实现对探杆下放时的稳定度控制，从而保障探杆的试验过程中的垂直度尽可能垂直，有效降低探杆的偏斜度，使得在钻探设备在进行圆锥动力触探试验和标准贯入试验进行时，探杆的偏斜度能够达到标准要求。

本发明的有益效果介绍：

(1)外套筒通过法兰接盘安装固定在钻探机的底盘支撑架上，外套筒的整段均安装于钻探好的钻槽内，其四壁均与钻槽壁紧密接触，因此钻槽四壁提高了对外套筒的稳定性，使其不易发生松动或偏移，保障其内的导正圆柱块的垂直稳定度，从而通过圆柱形导正凹槽能够很好的提供探杆在往复的下移上移过程中保持垂直度的稳定性。

(2)传统的钻孔槽直径有三种规格，分别为127mm、146mm、168mm，所述法兰接盘的下表面上开设有两组圆环槽：可以通过对第二圆环槽和第三圆环槽上安装相应尺寸厚度规格的第二外套筒第三外套筒，从而实现对外套筒的外径实现可变换形式，以满足不同的规格钻孔的实际需要，满足不同规格试验需求的同时，法兰接盘还标识有深度标尺读数线，用于作为读取探杆下探的深度数值的读书参照物，以提高深度信息控制的精准性。

(3)通过增加导正上柱块，导正上柱块的底部与外套筒的法兰接盘进行对接安装，并固定在支撑架上。即、导正上柱块与导正圆柱块连接成整体，导正上柱块同样通过对探杆的地面上端部位进行环抱导正，因此，使得探杆的地面部分，钻探机上具有导正辅助装置，而地下部分，也具有同样功能的导正辅助装置，从而加大了导正的辅助作用的相对距离，有效的加强了探杆在工作过程中的稳定应力作用，进一步提升了垂直度的保障，大大缩小了探杆的偏斜度。

(4)通过支撑架的四角升降控制机构，以及法兰接盘和导正上柱块上的气泡水平仪可以进行对支撑架的水平调整，在地面不够平整的实际工程试验现场，可以通过两个气泡水平仪的相互比对，调整整个导正装置的水平度，当达到两两水平后，则能够确保垂直度的准确性，保障导正装置的垂直精度，从而实现对探杆的垂直偏斜度控制在1.2％以内。

附图说明

图1为本发明提供的导正圆柱块的立体结构示意图；

图2为本发明提供的导正圆柱块与外套筒的装配结构示意图：

图3为本发明提供的导正圆柱块与外套筒的安装示意图：

图4为本发明提供的探杆导正装置的使用状态参考图；

图5为本发明提供的第二外套筒和第三外套筒配套使用的立体结构示意图；

图6为实施例2中的探杆导正装置的截面结构示意图；

其中:1—外套筒、2—导正圆柱块、3—圆柱形导正凹槽、4—凸缘段、5—法兰接盘、6—钻槽、7—导正上柱块、8—第一固定螺栓、9—固定环、10—第二螺栓、11—支撑架、12—导正槽、13—凸边、14—凹缘段、15—升降控制机构、16—第二外套筒、17—第三外套筒、18—探杆、19—钻探机。

具体实施方式

实施例1：如图1～5所示，一种圆锥动力触探试验、标准贯入试验用探杆导正装置，包括外套筒1、两块成半相对的导正圆柱块2，所述导正圆柱块2中部开设有内凹的圆柱形导正凹槽3，所述导正圆柱块2的外径与外套筒1的内径适配，使得两块导正圆柱块2接合后适配安装于外套筒1内，所述导正圆柱块2的上部外缘设有外径不小于外套筒1内径的凸缘段4，所述外套筒1的上端口外边缘安装有法兰接盘5。所述圆柱形导正凹槽3的内径大于探杆18杆外径1～2mm，所述外套筒1的外径大于试验钻槽61～2mm。实际试验时，钻探槽挖好后，将钻杆拆除，安装上触探探杆18，将探杆18的端头穿进外套筒1后，触探探杆18伸入进钻槽6内，将外套筒1通过法兰接盘5固定在钻探机19的支撑架11的底面，且沿钻槽6向下伸入进钻槽6内，固定后，将两块导正圆柱块2包裹住探杆18，使得圆柱形导正凹槽3紧贴探杆18，合并后顺探杆18下滑装入外套筒1内，为了便于操作和使用顺利，两块导正圆柱块2的正面上焊接有一个把手，方便提取安装操作，外套筒1的法兰接盘5固定安装在钻探机19底部的支撑架11上，外套筒1内置于钻探机19所钻探出的钻槽6内并向下延伸，所述法兰接盘5的正表面上安装有水平气泡仪。安装时可以观察水平气泡仪，保障法兰接盘5处于水平位置，从而确保外套筒1的垂直精准度，圆柱形导正凹槽3内壁可涂有润滑油，两块导正圆柱块2的凸缘段4卡在外套筒1的上边缘上，探杆18位于圆柱形导正凹槽3中，受到导正圆柱块2和外套筒1的整体作用，保持上下过程均处于较高的垂直度下进行试验工作。

优选地，所述外套筒1的的内壁上开设有内螺纹，所述两块成半相对的导正圆柱块2的外壁上开设有与内螺纹相适配的外螺纹，所述外套筒1的筒壁厚度不小于导正圆柱块2的壁厚，所述两块成半相对的导正圆柱块2的外壁所述两块成半相对的导正圆柱块2的内壁上涂有润滑油，螺纹可以起到增加摩擦力和外套筒1与导正圆柱块2之间的接触稳定性，确保不会因为缝隙造成的偏斜度影响。

所述法兰接盘5的下表面上开设有两组圆环槽：第二圆环槽和第三圆环槽，与所述第二圆环槽直径一致的第二外套筒16、与所述第三圆环槽直径一致的第三外套筒17，分别依次可拆卸安装的方式套装在所述外套筒1外侧，所述第二外套筒16、第三外套筒17的上端边缘能通过螺纹转入固定安装在所述法兰接盘5的下表面上的相应圆环槽内。本实施例的钻孔为127mm，若需要在146mm或168mm规格的钻槽6中进行试验时，只需要更换相应的第二外套筒16或第三外套筒17即可实现规格之间的调整。而第二外套筒16、第三外套筒17的增加方式，可以通过环槽螺纹固定，也可以通过法兰器对接安装均可。这样可以满足不同的规格需求下进行使用，以保障外套筒1与钻槽6之间的贴合度。

实施例2：如图6所示，在实施例1的基础上，所述法兰接盘5的上方连接有两块成半相对的导正上柱块7，导正上柱块7的底边设有与所述法兰接盘5相对接安装的若干个第一螺栓孔并通过若干个第一固定螺栓8与法兰接盘5固定连接，且导正上柱块7的底部设有向外平行延伸的固定环9，所述固定环9通过若干个第二螺栓10固定依次穿过固定环9、法兰接盘5最终安装在钻探机19底部的支撑架11上，所述导正上柱块7的外径大于所述外套筒1的外径，所述导正上柱块7的内表面中部开设有与外套筒1的圆柱形导正凹槽3一致的导正槽12。实际使用时，待探杆18穿过外套筒1后，通过第一固定螺栓8将导正上柱块7安装在法兰接盘5上固定，贴合住探杆18后，另一块导正上柱块7与之相匹配，使得导正槽12贴合包裹住探杆18后安装在法兰接盘5上，再讲外套筒1放入进钻槽6内后，将法兰接盘5安装固定在支撑架11上，之后，通过第二螺栓10依次穿过导正上柱块7的固定环9、法兰接盘5最终安装在钻探机19底部的支撑架11上，使得导正上柱块7的底部与外套筒1的法兰接盘5进行对接安装，并固定在支撑架11上。即、导正上柱块7与导正圆柱块2连接成整体，导正上柱块7同样通过对探杆18的地面上端部位进行环抱导正，因此，使得探杆18的地面部分，钻探机19上具有导正辅助装置，而地下部分，也具有同样功能的导正辅助装置，从而加大了导正的辅助作用的相对距离，有效的加强了探杆18在工作过程中的稳定应力作用，进一步提升了垂直度的保障，大大缩小了探杆18的偏斜度。

优选地，内凹的圆柱形导正凹槽3与导正上柱块7均由实心的金属钢制成，所述导正上柱块7的上表面安装有水平气泡仪。法兰接盘5的外边缘具有向上凸起的凸边13，所述凸边13包裹住所述导正上柱块7的固定环9，所述导正上柱块7的底部开设有容纳所述凸缘段4的内凹缘段14。凸边13能够起到包裹导正上柱块7的作用，使得探杆18的试验过程中产生的偏转扰动力能够很好的传递至导正上柱块7，加强导正上柱块7与外套筒1之间的连接稳定度，同理，凹缘段14的相互接触方式和形状，也能起到作用力的相互连接，保持连接的稳定性和整体性，加强对探杆18的垂直度的控制，从而有效提高垂直精度。

优选地，支撑架11底部的四个角部位安装有可调节升降的升降控制机构15，所述升降控制机构15为气压或液压系统控制升降。通过支撑架11的四角升降控制机构15，以及法兰接盘5和导正上柱块7上的气泡水平仪可以进行对支撑架11的水平调整，在地面不够平整的实际工程试验现场，可以通过两个气泡水平仪的相互比对，调整整个导正装置的水平度，当达到两两水平后，则能够确保垂直度的准确性，保障导正装置的垂直精度，从而实现对探杆18的垂直偏斜度控制在1.2％以内。