专利名称：地质勘探用扩孔装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种用于工程地质勘察的扩孔装置。
背景技术：
静力触探是工程地质勘察原位测试工作中的一种项目。随着城市建设规模 不断扩大，高楼大厦拔地而起，特大型桥樑、高架立交不断建成，大型工厂、 企业建设不断扩大，基础设施要求提高，工程地质勘察的技术相应提高，静力 触探贯入的技术要求深度也就要不断提高。随着贯入深度的增加，孔壁对探杆 的摩阻力也增加，总贯入力也就增加，因此要完成深孔静探就更加费人力、费 物力、费时间，成本开资增大。要达到顺利完成深孔静探贯入，就必须在贯入 技术上进行创新，来满足工程地质勘察的技术要求。扩孔器是用于静力触探贯入工作中的一种有效增加贯入深度的辅助器械。 其目的是在静探孔贯入时，利用扩孔器扩孔来实现扩大孔径、减少土层对探杆 的侧壁摩阻力的技术目的，使深孔静力触探能一次性贯入完成，或有效地增加 一次性贯入深度。扩孔器的作用是通过扩孔器的扩孔在孔壁与探杆之间产生间隙，以减少土 层对杆的摩阻力。但现有扩孔器只能将探杆与孔壁之间的土进行扰动，不能有 效地进行扩孔和护孔壁，不能使探杆与孔壁产生间隙来达到减少摩阻力的目 的。因此，现有技术中阻力较大的深孔的静力触探不能一次性完成，不能够在 探头能承受压力的前提下，对任何地区的土层进行一次性深孔贯入，其原因主 要是1，静探孔经过扩孔器扩孔，孔壁与探杆之间首先产生一间隙，但该间隙 产生后，孔内真空负压力随之产生。如果不能解决孔内真空负压力，孔壁自然 在真空负压力和梨形压縮变化的作用下回縮到探杆周围，因此现有技术的扩 孔实际上只能起到扰动作用。2，孔壁与探杆之间没有护孔壁材料，砂性土自然会塌孔，加上孔内真空负 压力作用，沙土层孔隙中的水会被吸出到孔内。由于孔隙水的流出，沙土也自 然会塌浩，探杆摩阻力也就不能有效地减少。即使在扩孔器上开孔，虽然解决 了真空负压问题和建立了护壁材料的输运通道，但实际使用时由于静探操作探头须回零，当探杆往上提时，扩孔器上的孔自然会被砂土堵塞。当再贯入时， 通道已被堵塞，原有的问题仍然存在。
因此，现有的扩孔器在深孔贯入中，由于不能解决真空负压力问题，不能 输送泥浆，也就不能有效地减少侧壁摩阻力，总的贯入阻力也就不能有效地解 决。因此，深孔贯入不能一次性完成，而是要进行分次冲孔、压入，再冲孔、 再压入，这样既浪费人力、物力、时间，工作效率又不能提高，工程周期拉长， 也不能保证探头在能承受压力的前提下，对任何地区、任何土层进行深孔一次 性贯入工作。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种能有效实现一次性深孔贯入的扩 孔器。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能有 效实现一次性深孔贯入的地质勘探用扩孔装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种地质勘探用扩孔装置，包括 一主芯 杆，所述主芯杆为一中空连接杆，具有一用于灌入泥浆的空腔，杆壁沿径向上 至少具有一与所述空腔贯通的泥浆孔，所述主芯杆的两端分别为连接端； 一密 封接头，所述密封接头用于连接探头上的探杆并开设有供探头线穿越的内孔， 所述内孔中设置有密封圈，所述内孔的尾端为与所述主芯杆固定连接的内孔连
接端；还包括一扩孔套筒，所述扩孔套筒为一中空回旋体，可滑动地套设在所
述主芯杆外；所述扩孔套筒内腔具有一与所述泥浆孔位置对应的出浆空间，所
述扩孔套筒还具有一圆锥台形的外扩孔面。所述主芯杆的一连接端与另一主芯
杆或钻机固定连接；所述主芯杆的另一连接端与所述内孔连接端固定连接。 较佳地，所述主芯杆上对称开设有两所述泥浆孔。
较佳地，所述外扩孔面与所述主芯杆的轴线构成一扩孔角，所述扩孔角为
150。至175° 。
较佳地，所述主芯杆外表面上具有一台阶，用做所述扩孔套筒位移行程的 上止点。所述密封接头的内孔连接端的外径大于所述主芯杆外径形成一阶梯， 用做所述扩孔套筒位移行程的下止点。
本发明的泥浆灌入式扩孔器由于可持续反复灌入泥浆，在探杆与孔壁之间 产生了有效间隙，并形成摩擦阻力较小的泥皮，大大减小了探杆与孔壁之间的 摩阻力，从而能在探头能承受压力的前提下，有效地解决了现有技术中多功能 探头一次性深孔贯入过程中因摩擦阻力过大导致贯入深度较浅的问题，能一次 性有效地完成深孔贯入。而且本发明操作简便、省力、省时、节约成本、提高 工作效率，縮短了工程周期。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说 明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明一具体实施例中主芯杆的结构示意图；图2是本发明中密封接头的结构示意图；图3是本发明中扩孔套筒的结构示意图；图4是本发明中扩孔器为下探并灌浆状态的结构示意图；图5是本发明中扩孔器为上提并封闭泥桨状态的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的扩孔器中的主芯杆1。主芯杆1为一中空连接杆， 材质为45号钢，并经热处理提高钢的强度。主芯杆1具有一用于灌入泥浆的 空腔11。杆壁12沿径向上对称开设有两泥浆孔13、 14，泥浆孔13、 14均与 空腔11贯通。主芯杆1的两端分别为连接端， 一端具有内螺纹可固定连接其他主芯杆， 另一端具有外螺纹可连接密封接头，使静探能正常贯入。主芯杆1的外表面上由于一段滑动导向面15，在该滑动导向面15的行程 端的外表面上具有一台阶16。如图2所示，密封接头2用于连接探头上的探杆并开设有供探头线穿越的 内孔21。内孔21的尾端为与主芯杆1固定连接的内孔连接端23，具有内螺纹。 扩孔器中的螺纹可以任选，不一定是方牙螺纹，只要螺纹连接牢固就可。密封接头2的内孔连接端23的外径大于主芯杆1外径。如图3所示，扩孔套筒3为一中空回旋体，可滑动地套设在主芯杆1夕卜。 扩孔套筒3的主要作用是将孔壁扩大，使孔壁与探杆之间产生间隙，并输送泥 浆。扩孔套筒3的内腔31中具有一段与滑动导向面15直径相同的配合滑动面 32，还具有与泥浆孔13、 14位置对应的出浆空间33。扩孔套筒3还具有一圆锥台形的外扩孔面34。外扩孔面34与主芯杆1的 轴线构成一扩孔角。本实施例中，扩孔角为168° 。在本发明的其他实施例中，扩孔角优选为 150°至175° 。本发明的扩孔器组装时，首先将扩孔套筒3的出浆空间33 —端从主芯杆1 的小端套入，使扩孔套筒3的配合滑动面32与主芯杆1的滑动导向面15可滑 动配合，并以主芯杆1上的台阶16做为扩孔套筒3位移行程的上止点。然后，在密封接头2的内孔21中设置一橡胶密封圈22，将密封接头2的 内孔连接端23与主芯杆1上的外螺纹连接，并使主芯杆1的小端旋拧挤压橡 胶密封圈22变形以挤压探头线，形成密封，阻止泥奖流到探头上(探头线连 接探头与仪表，接受测试数据)。密封接头2主要是通过橡胶密封圈3来阻止 泥浆在探杆内孔中所产生的压力对探头线路绝缘的损坏，使探头能正常工作。
由于密封接头2的内孔连接端23的外径大于主芯杆1外径，因此两者连接 后形成一阶梯24 (见图4)，用做扩孔套筒3位移行程的下止点。
由于上止点及下止点的限位作用，扩孔套筒3只能在主芯杆1的上、下止 点之间做滑动位移。
本发明的扩孔器在具体使用中，静探贯入操作当每加一根探杆时，及时将 泥浆贯入到主芯杆l的空腔ll里，贯满即可。
如图4所示，当扩孔器下探时，由于外扩孔面34受泥土的反作用力，扩孔 套筒3沿主芯杆1滑动至上止点位置，扩孔套筒3的内腔31打开。
此时， 一方面由于孔壁经过扩孔产生真空负压力，另一方面，泥浆孔13、 14的位置与出浆空间33对应，主芯杆1的空腔11中的泥浆在自身重力和孔内 真空负压力的作用下，从空腔11中经泥浆孔13、 14并经出浆空间33由扩孔 套筒3的内腔31中溢出扩孔器，流入到孔壁与探杆的间隙之间。此时，真空 负压力也自然逐步减小至消失。
由于泥桨比重较大，稠度较高，因此，在孔壁上就会产生泥皮，起到压孔、 护壁的作用，而且使探杆与孔壁能保持一定间隙。与此同时，泥浆也起到探杆 与孔壁之间的润滑作用，减少了摩阻力。
如图5所示，当静探操作回零时，由于钻孔的孔径受到离心力的压縮以及 土层层压力的作用下，孔径缩小小于扩孔套筒3的直径。此时扩孔器上提，扩 孔套筒3受到孔壁对其向上的侧壁摩阻力，扩孔套筒3的尾端受力，扩孔套筒 3沿主芯杆1滑动至下止点位置，扩孔套筒3的内腔31关闭。
此时，在下探状态形成的泥桨溢出通道由于内腔31的关闭而堵塞，阻止了 砂土进入扩孔器的通道内，防止了泥浆通道被沙土堵塞。
由于上述结构，泥浆溢出通道在探杆上提或下探反复交替的工作过程中不 会被钻孔中的泥沙堵塞。本发明的泥浆扩孔器就起到减去孔内真空负压力、输 送泥浆、减少侧壁摩阻力的有效功能，有效地实现了深孔静力触探一次性贯入 的技术目的。
在具体实施中，扩孔套筒3的外径尺寸可以根据不同的土层来选用。 如遇硬朔的粘性土土层较厚的地区进行深孔静探贯入，由于粘土的粘性大 和离心压缩变化大，用直径大的扩孔套筒。
遇到砂土层较厚的地区进行深孔静探贯入，由于砂土的离心压縮变化小，用外径小的扩孔套筒。另外，为获得良好的实施效果，泥浆灌入式扩孔器在具体使用时，静探杆 的内孔直径要保证泥浆能顺利畅通。由于泥浆对浅部的软弱粘性土的强度有影响，遇到浅部软弱之粘性土层， 应用静探护管将软弱土层进行隔离，以防断探杆。泥浆的配置要求比重大，稠度大，能在孔壁产生稳定的泥皮，使探杆与孔 壁产生润滑。探头线必须完好，不能因探头线的损坏使泥浆进入探头线内部影响探头的 绝缘度。应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有"包括……"均应理 解为开放式的含义，也就是其含义等同于"至少含有……"，而不应理解为封 闭式的含义，即其含义不应该理解为"仅包含……"。综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实 施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本发 明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的 技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1、一种地质勘探用扩孔装置，包括一主芯杆，所述主芯杆为一中空连接杆，具有一用于灌入泥浆的空腔，杆壁沿径向上至少具有一与所述空腔贯通的泥浆孔，所述主芯杆的两端分别为连接端；一密封接头，所述密封接头用于连接探头上的探杆并开设有供探头线穿越的内孔，所述内孔中设置有密封圈，所述内孔的尾端为与所述主芯杆固定连接的内孔连接端；其特征在于还包括一扩孔套筒，所述扩孔套筒为一中空回旋体，可滑动地套设在所述主芯杆外；所述扩孔套筒内腔具有一与所述泥浆孔位置对应的出浆空间，所述扩孔套筒还具有一圆锥台形的外扩孔面。
2、 如权利要求1所述的地质勘探用扩孔装置，其特征在于所述主芯杆的 一连接端与另一主芯杆或钻机固定连接；所述主芯杆的另一连接端与所 述内孔连接端固定连接。
3、 如权利要求1所述的地质勘探用扩孔装置，其特征在于所述外扩孔面与所述主芯杆的轴线构成一扩孔角，所述扩孔角为150。至175° 。
4、 如权利要求1所述的地质勘探用扩孔装置，其特征在于所述主芯杆外表面上具有一台阶，用做所述扩孔套筒位移行程的上止点。
5、 如权利要求1所述的地质勘探用扩孔装置，其特征在于所述密封接头的内孔连接端的外径大于所述主芯杆外径形成一阶梯，用做所述扩孔套 筒位移行程的下止点。
6、 如权利要求1所述的地质勘探用扩孔装置，其特征在于所述主芯杆上对称开设有两所述泥浆孔。
全文摘要
本发明公开了一种地质勘探用扩孔装置，包括一主芯杆为一中空连接杆，具有一用于灌入泥浆的空腔，杆壁沿径向上至少具有一与空腔贯通的泥浆孔，主芯杆的两端分别为连接端；一密封接头用于连接探头上的探杆并开设有供探头线穿越的内孔，内孔中设置有密封圈，内孔的尾端为与主芯杆固定连接的内孔连接端；还包括一中空回旋体的扩孔套筒，扩孔套筒可滑动地套设在主芯杆外；扩孔套筒内腔具有一与泥浆孔位置对应的出浆空间，扩孔套筒还具有一圆锥台形的外扩孔面。本发明大大减小了探杆与孔壁之间的摩阻力，有效地解决了多功能探头一次性深孔贯入过程中因摩擦阻力过大导致贯入深度较浅的问题，而且操作简便、效率高。
文档编号E02D1/02GK101314944SQ20081003966
公开日2008年12月3日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者张正发 申请人:上海市城市建设设计研究院