专利名称：孔下标准贯入仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程勘察技术领域，尤其是涉及一种适用于标准 贯入试验中的孔下标准贯入仪。
背景技术：
在岩土工程勘察技术领域中，标准贯入试验是一种非常便利和有效的 原位测试手段，其适合于在无法釆取原状样的砂土中进行试验，通过该试 验能够间接确定地基中砂土层的密实度、变形模量、承载力等参数，另夕卜， 该试验也可用于砂土液化的判定。标准贯入仪是岩土工程勘察中最常用的
原位测试设备，而标准贯入试验(SPT)适合在粘性土和砂层中应用；并 且在标准贯入试验中，其穿心锤重为63. 5kg,落距为76cm，而探头为空 心管。试验时，将标准贯入仪的探头连接在钻杆底部并下至孔底，再将穿 心锤的导杆与钻杆顶部相连，同时将穿心锤提到76cm的高度，之后使穿 心锤自由落下，不断重复进行试验并记录将标准贯入仪探头贯入30cm深 度的锤击数。
现有标准贯入试验方法中所用标贯锤包括穿心锤、安全锤和自动锤等 类型，作业过程中其冲击锤都在钻探孔口以上，而冲击锤的冲击力通过钻 杆传递到探头。也就是说，现有冲击锤都在孔外作业，其直径大，高度小， 重量63.5kg。实际使用过程中，当孔深不大时( 一般小于20m)，其钻杆
变形对冲击力的损耗较小，并且根据许多规范提供了杆长和地下水的修正 系数，因而修正后的试验结果用于提供地基的岩土参数。但是，当孔深较 大时，钻杆的变形和以及钻杆在孔壁上的摩擦对冲击力的损耗很大，如杆 长为25m时，按试验要求的标准钻杆直径①为42mm,长径比达595，此时
钻杆完全为柔性的。使用过程中，钻杆一旦弯曲，则贴在孔壁上，与孔壁大面积接触，因而钻杆与孔壁之间的摩擦抵消了大部分轴向传递的冲击
力。因此，当孔深超过20m时，现有的标准贯入试验不具有实际意义。
综上，现有标准贯入试验的有效深度均在20m以内，而对于孔深在20m 以下，则由于用于传递冲击能的钻杆长径比太大，大部分能量损耗在钻杆 变形以及钻杆与孔壁之间的摩擦消耗上，使得标准贯入试验不具有实际意 义。因而，目前十分需要对现有的动探和标贯试验技术加以改进，使其能 够在深部地层中进行有效试验。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提 供一种孔下标准贯入仪，其结构简单、合理且使用操作方便，消除了钻杆 对落锤冲击能的消耗，能够在任一深度的深部地层中进行有效试验。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 一种孔下标准贯 入仪，孔下标准贯入仪，由标贯头、锤垫机构、重锤机构、抓脱提引机构 以及导向机构组成，其特征在于所述重锤机构及其抓脱提引机构均封装 在密封导管内，所述锤垫机构设置在密封导管的底部内侧，所述重锤机构 经所述抓脱提引机构向上提升并自动脱放后在密封导管内作自由落体运 动且最终垂直作用在锤垫机构上；所述抓脱提引机构由从上至下穿入密封 导管内的拉杆以及固定在拉杆底部的自动抓脱装置组成，所述标贯头安装 在密封导管的底部外侧；所述导向机构为安装在拉杆上的钻杆；所述钻杆、 抓脱提引机构、标贯头、锤垫机构以及重锤机构依次从上至下位于同一直 线上。
所述锤垫机构、重锤机构和密封导管均为圆柱体结构，所述重锤机构 的直径不超过100mm。
所述密封导管为无缝钢管。
所述重锤机构为由密封壳体以及封装在所述密封壳体内的铅锤芯组 成的冲击锤，所述密封壳体由锤体外壳、锤底座和锤上座组成。所述自动抓脱装置为自动三爪夹紧装置，所述自动三爪夹紧装置由自 动三爪爪体和分别安装在自动三爪爪体上的自动三爪组成，自动三爪爪体 安装在拉杆底部，所述锤上座上部外侧对应设置有与自动三爪的抓钩配合
使用的凹陷部；所述密封导管的高度与所述重锤机构需提升的高度相对 应，所述自动三爪夹紧装置将重锤机构提升至自动三爪夹紧装置紧靠密封 导管顶部后自动脱放。
所述密封导管的上下部分别通过密封导管上盖和密封导管底座进行 密封，所述拉杆位于密封导管上的部分外侧通过密封伸缩管进行加封，密 封伸缩管安装在密封导管上盖上且其上部套装在拉杆上；所述密封伸缩管 外侧设置有套装有一防水钢管。
所述防水钢管与密封导管的外径相同且二者间釆用螺紋方式进行连
所述密封导管底座下方设置有标贯头连接头，所述标贯头通过标贯头 连接头安装在密封导管底座底部；，所述密封壳体由锤体外壳以及分别设 置在锤体外壳上下部的锤上座和锤底座组成。
所述标贯头与标贯头连接头之间以螺紋方式进行连接。
所述拉杆和钻杆之间以螺紋方式进行连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、结构简单、合理且使 用操作方便、试验所得数据准确；2、将现有标贯锤自孔口移至孔内，消 除了钻杆对落锤冲击能的消耗，因而能在较深地层中进行有效试验，且降 低了杆长和地下水位校正的要求；3、适用面广泛，同样适用于水下试验 且试验效果良好，通过将重锤机构即冲击锤密封以有效排除地下水的阻 力，其下部冲击锤的活动段釆用密封导管即无缝钢管进行密封，在无缝钢 管上部即抓脱提引机构的上部提升段釆用可伸缩的弹性密封套进行加封， 同时，由于水压较大，在弹性密封套外侧加装一防水钢简，该防水钢简与 密封导管同直径且二者间釆用螺紋方式进行连接，该防水钢简主要用于减 小水对弹性密封套的压力冲击；4、适用范围广泛，将标贯头换成重型动力触探头后，也用于在砂层、砾石层和卵石层中做重型动力触探试验，因 而具有较强的实用性和推广性。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的结构示意图
附图标记说明
l一标贯头连接头:
4一锤底座；
7 —密封导管；
IO—自动三爪;
13—防水钢管；
16—标贯头。
2 —密封导管底座:
5—锤体外壳；
8—锤上座；
ll一拉杆； 14一密封伸缩管；
3—锤击底座； 6—铅锤芯； 9一自动三爪爪体； 12 —密封导管上盖; 15—钻杆；
具体实施方式
如图1所示，本实用新型由标贯头、锤垫机构、重锤机构、抓脱提引 机构以及导向机构组成，其中，重锤机构及其抓脱提引机构均封装在密封 导管7内，锤垫机构设置在密封导管7的底部内侧。所述重锤机构经所述 抓脱提引机构向上提升并自动脱放后在密封导管7内作自由落体运动且最 终垂直作用在锤垫机构上；而抓脱提引机构由从上至下穿入密封导管7内 的拉杆11以及固定在拉杆11底部的自动抓脱装置组成，所述标贯头安装 在密封导管7的底部外侧；所述导向机构为安装在拉杆11上的钻杆15， 并且拉杆11和钻杆15之间以螺紋方式进行连接，其钻杆15直接与钻机 相接；所述钻杆15、抓脱提引机构、标贯头、锤垫机构以及重锤机构依次 从上至下位于同一直线上，以保证重锤机构最终垂直砸在其下部的。本实 施例中，所述锤垫机构、重锤机构和密封导管7均为圆柱体结构锤垫机构。所述重锤机构为由铁制的密封壳体以及封装在所述密封壳体内的铅
锤芯6组成的冲击锤，所述密封壳体由锤体外壳5以及分别设置在锤体外 壳5上下部的锤上座8和锤底座4组成。所采用的自动抓脱装置即自动脱 钩装置为自动三爪夹紧装置，该自动三爪夹紧装置由自动三爪爪体9和分 别安装在自动三爪爪体9上的自动三爪IO组成，自动三爪爪体9安装在 拉杆11底部，所述锤上座8上部外侧对应设置有与自动三爪10的抓钩配 合使用的凹陷部。
所述密封导管7为无缝钢管，并且所述无缝钢管的高度与重锤机构即 冲击锤的提升高度相对应，无缝钢管的上下部分别通过密封导管上盖12 和密封导管底座2进行密封，所述自动三爪夹紧装置将重锤机构提升至自 动三爪夹紧装置紧靠密封导管7顶部即密封导管上盖12后自动脱放。所 述拉杆ll位于无缝钢管上的部分外侧通过密封伸缩管14进行加封以防止 水渗入密封导管7，密封伸缩管14安装在密封导管上盖12上且其上部套 装在拉杆ll上。另外，密封伸缩管14外侧设置有套装有一防水钢管13, 该防水钢管13与密封导管7的外径相同且二者间采用螺紋方式进行连接， 防水钢管13的作用是防止外界水压将密封伸缩管压扁。密封导管底座2
下方设置有标贯头连接头1,所述标贯头通过标贯头连接头1安装在密封 导管底座2底部，并且标贯头与标贯头连接头l之间以螺紋方式进行连接。
所述锤垫机构为安装在密封导管底座2上的锤击底座3。在实际应用过程 中，也可将所述标贯头换为重型动力触探头，这样可以使得本实用新型适 用在砂层、砾石层和卵石层中做重型动力触探试验。
综上，本实用新型将重锤机构即冲击锤移至孔下，标贯头即标贯器探 头仍釆用现有设备，其改进之处在于现有标贯锤的冲击锤均在孔外作业， 其直径大，高度小，重量为63. 5kg;而本实用新型中所用冲击锤即孔下锤 由于位于孔下，则其直径要减小，实践中一般釆用直径为129mm的钻孔孔 径，因而孔下锤的直径不宜超过100mm,由于冲击锤的直径减小，则其长 度相应增大，重量仍保持63. 5kg不变。由于孔下锤的直径减小，从而使其长度增大，为了避免圆柱体锤体的长度过长，锤体内釆用铅配重。由于 冲击锤的重心较现有冲击锤有所变化，因而通过力学分析并经理论计算， 确定冲击锤合理的落距，确定冲击锤落距的约東条件是本实用新型孔下锤 的冲击能与现有孔口锤的冲击能相等，这样，也能够保证两种试验结果有
可比性。本实施例中，选定冲击锤的落距为76cm。
本实用新型的工作过程是试验时，先用钻具将试验土层钻至孔深标 高以上O. 15m处，再清除残土；在本实用新型贯入前，先拧紧钻杆15与 拉杆ll的连接接头，再将本孔下标准贯入仪放入孔内，以避免冲击孔底； 然后釆用自动落锤法进行试验。也就是说，先通过螺紋连接的钻杆15将 本实用新型并放入孔内，并在孔口的钻杆15上作标记，以便记录击入深 度。试验初始，标贯锤即冲击锤通过自动三爪10与拉杆11连接并位于密 封导管7的底部，由于冲击锤的锤上座8上部外侧对应设置有与自动三爪 10的抓钩配合使用的凹陷部，因而自动三爪夹紧装置的自动三爪10向下 运动则能方便实现对冲击锤的自动挂钩操作；当试验开始时，标贯锤通过 与钻杆15连接的拉杆11被提升，此处钻杆15与拉杆11通过螺紋连接， 当提升至76cm高度即所计算得出的合理落距时，由于所述密封导管7的
高度与所述重锤机构即冲击锤需提升的高度即落距相对应，因而自动三爪 10上部与密封导管7的内侧顶部接触并被压缩，从而使自动三爪10的下
端向外侧运动，从而实现自动三爪夹紧装置对冲击锤的自动脱钩操作；脱 钩以后，标贯锤脱落并实现自动落锤运动，标贯锤落下并砸在锤击底座3 上，从而通过锤击底座3将冲击锤的锤击力力传至下方的标贯器探头即标
贯头上。
一次落锤后，拉杆11随钻杆15向下运动，此时自动三爪夹紧装置也 利用其重力作用，并通过轴线设计自动恢复平衡状态。在这个过程中，自 动三爪10的上端偏离自动三爪爪体9，对应地下端靠近自动三爪爪体9，
由此标贯锤被再一次提起，并进行下一次的自动落锤运动；如此不断往复。 实验过程中，根据孔口钻杆15上的标记，记录每击入10cm的标贯击数即锤击次数；共击入30cm后即终止试验。待试验完成后，提升钻杆15，提 出贯入器，并取贯入器中的土样进行鉴别、描述、记录，同时量测土样长 度。在整个试验过程中，为了有效地防止水流渗入密封导管7，在密封导 管7上部加装密封伸缩管14，同时在密封伸缩管14外侧套装防水钢管13， 从而有效防止水压力对密封伸缩管14的挤压，因而内部密封伸缩管14同 时再次起到密封作用，防止水的渗入。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限 制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更 以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1. 一种孔下标准贯入仪，由标贯头、锤垫机构、重锤机构、抓脱提引机构以及导向机构组成，其特征在于所述重锤机构及其抓脱提引机构均封装在密封导管(7)内，所述锤垫机构设置在密封导管(7)的底部内侧，所述重锤机构经所述抓脱提引机构向上提升并自动脱放后在密封导管(7)内作自由落体运动且最终垂直作用在锤垫机构上；所述抓脱提引机构由从上至下穿入密封导管(7)内的拉杆(11)以及固定在拉杆(11)底部的自动抓脱装置组成，所述标贯头安装在密封导管(7)的底部外侧；所述导向机构为安装在拉杆(11)上的钻杆(15)；所述钻杆(15)、抓脱提引机构、标贯头、锤垫机构以及重锤机构依次从上至下位于同一直线上。
2. 按照权利要求1所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述锤垫机 构、重锤机构和密封导管(7)均为圆柱体结构，所述重锤机构的直径不 超过IOO腿。
3. 按照权利要求l或2所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述密 封导管(7)为无缝钢管。
4. 按照权利要求l或2所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述重 锤机构为由密封壳体以及封装在所述密封壳体内的铅锤芯(6)组成的冲 击锤，所述密封壳体由锤体外壳(5)以及分别设置在锤体外壳(5)上下 部的锤上座(8)和锤底座(4)组成。
5. 按照权利要求4所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述自动抓 脱装置为自动三爪夹紧装置，所述自动三爪夹紧装置由自动三爪爪体(9) 和分别安装在自动三爪爪体(9)上的自动三爪(10)组成，自动三爪爪 体(9)安装在拉杆(11)底部，所述锤上座(8)上部外侧对应设置有与 自动三爪(10)的抓钩配合使用的凹陷部；所述密封导管(7)的高度与 所述重锤机构需提升的高度相对应，所述自动三爪夹紧装置将重锤机构提 升至自动三爪夹紧装置紧靠密封导管(7)顶部后自动脱放。
6. 按照权利要求5所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述密封导管(7)的上下部分别通过密封导管上盖(12)和密封导管底座(2)进行 密封，所述拉杆(11)位于密封导管(7)上的部分外侧通过密封伸缩管 (14)进行加封，密封伸缩管(14)安装在密封导管上盖(12)上且其上 部套装在拉杆(11)上；所述密封伸缩管(14)外侧设置有套装有一防水 钢管(13)。
7. 按照权利要求6所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述防水钢 管(13)与密封导管(7)的外径相同且二者间釆用螺紋方式进行连接。
8. 按照权利要求6所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述密封导 管底座(2)下方设置有标贯头连接头(1),所述标贯头通过标贯头连接 头(1)安装在密封导管底座(2)底部；所述锤垫机构为安装在密封导管 底座(2)上的锤击底座(3)。
9. 按照权利要求8所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述标贯头与标贯头连接头(1)之间以螺紋方式进行连接。
10. 按照权利要求1或2所述的孔下标准贯入仪，其特征在于所述 拉杆(11)和钻杆(15)之间以螺紋方式进行连接。
专利摘要本实用新型公开了一种孔下标准贯入仪，由标贯头、锤垫机构、重锤机构、抓脱提引机构及导向机构组成，重锤机构及其抓脱提引机构均封装在密封导管内，锤垫机构设置在密封导管底部内侧，重锤机构经抓脱提引机构向上提升并自动脱放后在密封导管内作自由落体运动且最终垂直作用在锤垫机构上；抓脱提引机构由从上至下穿入密封导管内的拉杆及固定在拉杆底部的自动抓脱装置组成，标贯头安装在密封导管底部外侧；导向机构为安装在拉杆上的钻杆；钻杆、抓脱提引机构、标贯头、锤垫机构及重锤机构依次从上至下位于同一直线上。本实用新型消除了钻杆对落锤冲击能的消耗，在能在较深地层中进行有效试验，且降低了杆长和地下水位校正的要求。
文档编号E02D1/00GK201250400SQ20082003019
公开日2009年6月3日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者飞 刘, 平 徐, 徐继维, 萍 李, 李同录, 蔺晓燕, 凯 贺, 成 赵, 陈春利 申请人:长安大学