一种动力触探测试的孔内锤击装置的制作方法

本实用新型属于原位动力触探，特别是涉及一种动力触探测试的孔内锤击装置。

背景技术：

标准贯入试验和圆锥动探试验是原位动力触探常用的测试方法，其主要设备包括标准贯入器或动探头、触探杆和穿心锤，常用穿心锤锤重63.5kg，自由落距76cm。

上述动力触探试验通常采用地面自由落锤方式，作业过程中穿心锤始终在地面以上，锤击能量通过触探杆传递到标准贯入器或动探头。

当测试深度较深时，由于触探杆变形弯曲或者触探杆与孔壁摩擦都会导致锤击能量的损耗，致使传递到标准贯入器或动探头的能量与地面上的锤击能量发生变化，造成测试数据不准确，因此在后期数据整理过程中需要进行杆长修正。如果标准贯入试验或圆锥动探试验是在地下水位以下进行，则还需要进行地下水影响的修正。

除此之外，现行规范中只规定上述动力触探试验适用于20米深度范围内，极大地限制了动力触探试验的应用范围。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术的不足而公开一种动力触探测试的孔内锤击装置。

本实用新型为实现上述目的采取以下技术方案：孔内锤击装置，包括触探杆、由管路依次连接的泥浆泵、泥浆脉冲发生器和压力表，其特征在于：泥浆脉冲发生器输出管路与触探杆连通，孔内锤击装置设有由外筒体、连接外筒体上端的触探杆接头和连接外筒体下端的带有中心孔的底座构成的外套，底座支撑有内筒体和位于内筒体中的锤垫，锤垫上表面中心设有导杆，锤垫下表面设有与底座中心孔相衔接的传力杆，传力杆下端与标准贯入器或动探头相连接，内筒体、导杆 和传力杆同轴心，所述导杆是由底部的大直径杆、上部的小直径杆和连接大直径杆与小直径杆的变径杆构成，锤垫支撑有孔内穿心锤，孔内穿心锤的重力势能分别与运行在地面以上穿心锤的重力势能相同，提升到位状态的孔内穿心锤其锤底至锤垫所对应的导杆长度是其自由落距，孔内穿心锤的外圆面与内筒体内壁滑配合，所述内筒体上部由上至下依次设有驱动器、电池和直线电动机，所述内筒体上端与驱动器边沿之间设有密封圈，驱动器控制端连接于直线电动机与电池之间的电源线，直线电动机设有钢丝绳吊挂的吊环，吊环与孔内穿心锤的中心孔上端内凸沿之间设有间隔，所述吊环在其圆周面对称分布双滚珠式自动卡锁、解锁机构，下降到位状态时的吊环其自动卡锁、解锁机构的外侧滚珠与孔内穿心锤中心孔上端内凸沿的底侧相接合，内侧滚珠与导杆的大直径杆部分相接合，提升状态下的吊环与导杆的小直径杆部分对应时，其自动卡锁、解锁机构的内侧滚珠与导杆的小直径杆部分相接合，外侧滚珠与穿心锤中心孔上端内凸沿的底侧相脱离。

本实用新型还可以采取以下技术措施：

所述内筒体底端与底座的环形支座相固定，其接合部设有密封圈。

所述外套的外筒体与内筒体之间设有过水环，底座设有过水孔。

所述孔内穿心锤锤重10kg，自由落距0.5米。

所述孔内穿心锤锤重15kg，自由落距3.217米。

本实用新型的有益效果和优点是：本装置以孔内锤击装置替代现有常用动力触探试验的地面自由落锤装置。由于受钻孔内使用的直线电动机拉力因素的限制，其拉力最大仅有15kg，为此本装置依据重力势能表达式：Ep＝mgh，使孔内穿心锤与工作在地面以上的除超重型动力触探穿心锤(锤重120kg)以外的穿心锤重力势能相同，式中Ep为重力势能，常用m为穿心锤质量(kg)，g为重力系数(N/kg)，h为穿心锤距离锤垫的高度(m)。

地面上除超重型动力触探穿心锤以外的常用穿心锤锤重分别为轻型10kg和重型63.5kg。

如果孔内穿心锤锤重为10kg，用于轻型动力触探测试其自由落 距仍为0.5米。

如果孔内穿心锤锤重为15kg，用于标准贯入试验和重型圆锥动探试验时，按照重力势能表达式计算其自由落距应为3.217米。

本装置的触探杆不传递锤击力，较彻底的解决了因触探杆变形弯曲或者触探杆与孔壁摩擦导致的锤击能量损耗，保证了测试数据的准确，因此在后期数据整理过程中不需要进行杆长修正。

本装置的孔内锤击装置设置针对穿心锤提升机构的密封结构，因此在地下水位以下进行动力触探测试时其测试数据也不需要进行地下水影响的修正。本发明以现有泥浆脉冲装置作为孔内锤击装置的启动信号，具有操作方便可靠的特点。本实用新型具有结构简单、操作方便和测试数据准确可靠的突出优点。

附图说明

附图1是本装置实施例结构示意图。

附图2是孔内锤击装置结构示意图之一。

附图3是孔内锤击装置结构示意图之二。

附图4是吊环双滚珠自动卡锁、解锁机构结构示意图。

图中标记：1动探头，2孔内锤击装置，2-1触探杆接头，2-2外筒体，2-3底座，2-3-1过水孔，2-3-2环形支座，2-4传力杆，2-5锤垫，2-6穿心锤，2-7导杆，2-8内筒体，2-9吊环，2-9-1双滚珠式自动卡锁、解锁机构，2-9-1a限位管，2-9-1b内侧滚珠，2-9-1c外侧滚珠，2-9-1d孔槽，2-10钢丝绳，2-11直线电动机，2-12电池，2-13驱动器，2-14密封圈，2-15过水环，3触探杆，4泥浆泵，5泥浆脉冲发生器，6压力表，7水龙头，8锤击计数器，9深度记录仪。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本实用新型。

如图1所示，本孔内锤击装置是在地面设置由管路依次连接的泥浆泵4、泥浆脉冲发生器5和压力表6，泥浆脉冲发生器5输出管路通过水龙头7与触探杆3连通。

在触探杆3与动探头1或标准贯入器之间设置孔内锤击装置2。

底座2-3支撑有内筒体和位于内筒体中的锤垫2-5，锤垫2-5上表面设有导杆2-7，锤垫2-5下表面设有与底座中心孔相衔接的传力 杆2-4，传力杆下端与动探头1或标准贯入器螺纹连接，内筒体2-8、导杆2-7和传力杆2-4同轴心。

导杆2-7是由底部的大直径杆、上部的小直径杆和连接大直径杆与小直径杆的变径杆构成，锤垫2-5支撑有穿心锤2-6，穿心锤的外圆面与内筒体2-8内壁滑配合并使之垂直运动。

内筒体2-8上部由上至下依次设有驱动器2-13、电池2-12和直线电动机2-11，内筒体2-8上端设置的内凸沿与驱动器2-13边沿之间设有密封圈2-14。驱动器2-13控制端连接于直线电动机2-11与电池2-12之间的电源线。

直线电动机2-11下端设有由对称设置的钢丝绳2-10吊挂的吊环2-9，吊环2-9与穿心锤2-6的中心孔上端内凸沿之间设有间隔。

如图3、4所示，吊环2-9圆周面对称分布四个现有技术中的双滚珠式自动卡锁、解锁机构2-9-1，该机构由双滚珠即内侧滚珠2-9-1b和外侧滚珠2-9-1c和容纳双滚珠的孔槽2-9-1d组成，孔槽外端口的宽度小于外侧滚珠直径，内侧滚珠由限位管2-9-1a限位。在图1泥浆脉冲发生器5为关闭状态时，吊环2-9与导杆2-7的小直径杆部分对应，外侧滚珠位于内侧滚珠外侧的孔槽2-9-1d槽底。

当泥浆脉冲发生器5启动后，吊环2-9下降，在下降过程中内侧滚珠2-9-1b通过导杆2-7的变径杆与大直径杆接触使外侧滚珠2-9-1c外移，并且外侧滚珠外移的部分大于吊环与穿心锤2-6的中心孔上端内凸沿之间间隔距离。当吊环2-9继续下降进入穿心锤2-6中心孔时，外侧滚珠2-9-1c受穿心锤中心孔上端内凸沿的阻挡而在孔槽2-9-1d中上移至c，的位置，使吊环顺利进入穿心锤中心孔。当外侧滚珠2-9-1c通过穿心锤2-6的中心孔上端内凸沿即吊环下降到位后，该内凸沿的底部为外侧滚珠回落提供了空间，此时双滚珠式自动卡锁、解锁机构成为卡锁状态，即吊环通过双滚珠与穿心锤为卡锁连接。在直线电动机2-11自动反向运动时吊环带动穿心锤进入提升状态，当吊环与导杆的小直径杆部分对应时，其自动卡锁、解锁机构的内侧滚珠2-9-1b与导杆2-7的小直径杆部分相接合，外侧滚珠2-9-1c受穿心锤中心孔上端内凸沿的挤压而与其底侧脱离，此时穿心锤2-6自动解锁下落。

实施例的孔内穿心锤锤重为10kg，在用于轻型圆锥动探试验时， 提升到位的孔内穿心锤其锤底至锤垫所对应的导杆长度是其自由落距，自由落距为0.5米。

锤重为15kg的孔内穿心锤，用于标准贯入试验和重型圆锥动探试验时，提升到位的孔内穿心锤其锤底至锤垫所对应的导杆长度是其自由落距，自由落距为3.217米。

如图1所示实施例的使用方法如下：

S1：利用钻具钻至试验土层标高以上15cm处，清除残土；清孔时，应避免试验土层受到扰动。

S2：检查标准贯入器或动探头与孔内锤击装置、孔内锤击装置与触探杆是否连接好，然后将标准贯入器或动探头及孔内锤击装置放入孔内，避免冲击孔底，并保持所述连接的垂直度；标准贯入器或动探头放入孔底后，通过深度记录仪9测定标准贯入器或动探头所在深度，并保证孔底残土厚度不大于10cm。

S3：开启泥浆泵，调节脉冲发生器，孔内锤击装置中的驱动器接收到脉冲信号即接通直线电动机电池电源，穿心锤通过直线电动机等结构进行标准贯入试验或圆锥动探试验，通过锤击计数器8记录锤击数，通过深度记录仪9记录锤击后深度。锤击计数器8和深度记录仪9的连接使用同于现有技术。

S4：测试完毕后，关闭泥浆脉冲发生器及泥浆泵，提出孔内锤击装置以及标准贯入器或动探头。

S5：重复S1～S4步骤，进行下一深度的标准贯入试验或圆锥动探试验，直至所需深度。