岩土工程原位旋转触探的测试方法及其专用设备技术

本发明专利技术是一种岩土工程原位旋转触探测试方法及其专用设备。本方法以连续贯入的压力Ｆ、旋转扭矩Ｎ、给水压力Ｗ参数及其大小数值变化反映沿深度变化的土层不同的工程性质，可直接用来进行土层的力学分层和确定该层土的地基承载力、变形模量、抗剪强度等主要设计参数。专用设备包括地上读数仪、由探杆、探头和测试数据地下采集存储装置组成的地下测试杆件。本发明专利技术既保留了静力触探方法的优点，又可以解决静力触探不能解决的勘探深度问题，测试深度可达８０～１００ｍ，是一种有效且测试精度准确可靠的深层原位测试方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种岩土工程原位旋转触探测试方法及其专用设备。
技术介绍
公知的静力触探是把一定规格圆锥形的、内部装有传感器的探头借助机械匀速压入土层中，是根据探头阻力来测定工程地质特征的一种测试方法。由于地层中各种土层的软硬不同，探头所受的阻力自然也不同，传感器将这种反映大小不同贯入阻力的电信号通过线缆传输到地面记录仪表记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，实现土层剖面、提供地基承载力、选择桩尖持力层和予估单桩承载力等工程地质数据的勘探目的。它具有测试连续、快速、精度高、再现性好、功能多，兼具勘探与测试双重作用的特点。所以，静力触探试验在工程地质勘探中得到了广泛的应用。但是，对于较深的勘探深度例如50m以上以及较硬地层例如密实的砂土层，由于静力触探贯入力不够、地锚反力不足、探杆强度不够等原因使探头难以贯入，因此，静力触探方法只能适用于40m以下浅层地质的测试。随着高层建筑、地铁、高速铁路等项目的不断建设，高层建筑桩基、地铁、高速铁路桥基等要求勘探深度往往在60～80m甚至以上，静力触探方法显然不能满足工程地质测试的要求。为祢补静力触探测试深度较浅的缺陷，现阶段只能用大量的钻探、取样、室内试验手段来替代。但由于替代手段存在目力判别、取样不连续，土样易扰动等实际问题，使得深层岩土工程测试精度难以保证。因此如何解决触探深度问题，是国内外工程地质测试的一个难题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决静力触探测试方法不能满足高层建筑桩基、地铁、高速铁路桥基等勘探深度要求以及穿透性较差和当前采用替代手段所存在的深层岩土工程勘探精度难以保证的技术问题，而公开的一种岩土工程原位旋转触探的测试方法及其专用设备。本专利技术的旋转触探测试方法由以下步骤组成1、旋转触探车就位，进行支腿、调平；2、设置泥浆坑，注入水或泥浆，旋转触探车泥浆泵和旋转水龙头由管路连通泥浆坑；3、在地面将地下测试杆件经其通讯接口连接于地上读数仪，地上读数仪完成程序规定内容，包括传感器检查、初始值设置和确认、时钟设定，使地下测试杆件与地上读数仪时钟同步；4、地上读数仪显示地下测试杆件初始值正常稳定后，断开地下测试杆件与地上读数仪的连接，地上读数仪与探头深度记录仪相接，并进入现场测试选项程序；5、将地下测试杆件的下接头安装钻头，上接头连接于过水钻杆；6、启动泥浆泵将水或泥浆作为冲洗液，通过旋转水龙头、过水钻杆、地下测试杆件和钻头出水口实现水循环；7、启动旋转触探车的液压操作系统，由具有旋转和向下压力作用的动力头带动过水钻杆、地下测试杆件和钻头向下旋转贯入，地下测试杆件的压力传感器、扭矩传感器和水压传感器连续输出表示随深度变化的连续贯入的压力、旋转扭矩、给水压力的电量信号，地下测试杆件的数据采集存储器周期性同时对各传感器信号分别进行采集放大、A/D转换和储存处理；8、到预定深度，停止贯入，起拔过水钻杆、地下测试杆件和钻头；9、卸下地下测试杆件，由其通讯接口连接于地上读数仪，将地下测试杆件采集存储的测试数据传输到地上读数仪或转存至数据卡；10、地上读数仪根据测试数据分别建立与时间h相对应的连续贯入的压力F、旋转扭矩N和给水压力W的关系曲线，即F-h、N-h和W-h关系曲线，浏览、编辑并打印A4幅面的输出关系曲线图和对应的数据、柱面图形表格文件。本专利技术的旋转触探测试方法还具有以下步骤所述的传输到地上读数仪或转存至数据卡的测试数据，传输于上级计算机进行后处理。本专利技术的旋转触探测试专用设备是由CPU、显示器、存储器、通讯接口及专用键盘、打印机组成地上读数仪，地上读数仪设置有系统控制程序；地下测试杆件由连接过水钻杆的上接头、连接于上接头底端的筒形中接头、连接于筒形中接头底端的传动套、连接于传动套底端的内接头、连接于内接头底端的扭力套和连接于扭力套底端、并安装钻头的下接头构成杆件主体，内接头支撑并固定有位于扭力套外侧的隔离套，筒形中接头和传动套构成数据采集存储器腔体，数据采集存储器的壳体支撑于内接头，上接头与筒形中接头表面设有上外套，上接头与筒形中接头结合部与上外套之间设有过水空间，上接头设有连通过水钻杆和该过水空间的沟道，筒形中接头与下接头表面设有下外套，下外套与传动套、隔离套之间设有过水空间，该过水空间所对应的下接头设有连通钻头水道的过水孔，筒形中接头设有连通前述两过水空间的沟道；扭力套和固定其外表面的电阻应变片构成扭力传感器，下接头的安装旋转钻头的内螺纹腔体其腔顶部设有由承压板和电阻应变片构成的水压传感器，下接头上部设有顶杆，套装于顶杆的盲管其端沿支撑于上接头内侧端，由顶杆、盲管和固定于盲管外表面的电阻应变片构成压力传感器，上接头设有各传感器的出线孔。本专利技术的专用设备还可以采取以下技术措施所述的扭力套其外表面设有环形凹槽，电阻应变片固定于环形凹槽。所述的隔离套底端部与下接头相接合，隔离套与上、下接头之间分别设有密封胶圈。所述的下接头、顶杆、盲管和扭力套分别设有连通上接头出线孔的过线孔道。所述的上接头设有内螺纹部，数据采集存储器壳体与该内螺纹部螺纹连接。所述的数据采集存储器设有带侧盖的筒形壳体，筒形壳体中设置具有模拟量输入信号整形放大电路、主控CPU、储存器、时钟电路和通讯接口的电路板和电池组电源，其中主控CPU、储存器、时钟电路和通讯接口构成单片机，整形放大电路构成的输入通道其个数与传感器模拟量输入的个数相对应，整形放大电路的输出连接于主控CPU模拟量输入端，时钟电路同步于地上读数仪，通讯接口插接件的插口是由筒形壳体端部的座圈和螺纹连接于座圈的密封端盖构成。本专利技术的有益效果和优点在于本专利技术的连续贯入的压力F、旋转扭矩N、给水压力W参数是钻头向下旋转贯入过程中土体被切削破坏时所需要的力，具体地说垂直向的压力F相当于静力触探的贯入阻力Ps，其大小数值变化、或连续曲线变化所反映的是沿深度变化的土层不同的工程性质，可直接用来进行土层的力学分层和确定该层土的地基承载力、变形模量、抗剪强度等主要设计参数。反应地层变化的压力F参数连续曲线能直观而形象地给出一个连续的土层工程性质沿深度变化的剖面，可以用来选择地基持力层。水平向的旋转扭矩N相当于静力触探侧摩阻力fs或十字板剪切强度Cu，其大小数值变化、或连续曲线变化所反映的是沿深度变化的土层不同工程性质、不同土性的土体可塑程度，可用来进行力学、物理性质分层和确定该层土的抗剪强度等主要设计参数。给水压力W是钻头出水口处冲洗液排土压力，可直接反映冲洗液对不同土体的消散压力，即反映土体的可塑程度，其大小数值变化、或连续曲线变化所反映沿深度变化的不同土性的土体可塑程度，可用来进行物理性质分层。该指标同时也是依据旋转扭矩N进行物理分层的补充参数。再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，本方法根据压力F、旋转扭矩N、水压力W参数连续曲线与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系得出的测试结果与静力触探大量探例的测试结果对比充分证明，在同一地层条件下，两种触探方法的同性质测试数据具有明显一致性的同步对应关系，所反映的地层物理性质、力学强度变化的效果相同，说明本专利技术的旋转触探方法具有相同于静力触探的测试精度而准确可靠。本方法的测试结果经与钻探、取样、室内试验与大量探例数据的对比分析，充本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩土工程原位旋转触探的测试方法，其特征在于由以下步骤组成：（１）旋转触探车就位，进行支腿、调平；（２）设置泥浆坑，注入水或泥浆，旋转触探车泥浆泵和旋转水龙头由管路连通泥浆坑；（３）在地面将地下测试杆件经其通讯接口连接 于地上读数仪，地上读数仪完成程序规定内容，包括传感器检查、初始值设置和确认、时钟设定，使地下测试杆件与地上读数仪时钟同步；（４）地上地上读数仪显示地下测试杆件初始值正常稳定后，断开地下测试杆件与地上读数仪的连接，地上读数仪与探头深度 记录仪相接，并进入现场测试选项程序；（５）将地下测试杆件的下接头安装钻头，上接头连接于过水钻杆；（６）启动泥浆泵将水或泥浆作为冲洗液，通过旋转水龙头、过水钻杆、地下测试杆件和钻头出水口实现水循环；（７）启动旋转触探车 的液压操作系统，由具有旋转和向下压力作用的动力头带动过水钻杆、地下测试杆件和钻头向下旋转贯入，地下测试杆件的压力传感器、扭矩传感器和水压传感器连续输出表示随深度变化的连续贯入的压力、旋转扭矩、给水压力的电量信号，地下测试杆件的数据采集存储器周期性同时对各传感器信号分别进行采集放大、Ａ／Ｄ转换和储存处理；（８）到预定深度，停止贯入，起拔过水钻杆、地下测试杆件和钻头；（９）卸下地下测试杆件，由其通讯接口连接于地上读数仪，将地下测试杆件采集存储的测试数据传输到地上读 数仪或转存至数据卡；（１０）地上读数仪根据测试数据分别建立与时间ｈ相对应的连续贯入的压力Ｆ、旋转扭矩Ｎ和给水压力Ｗ的关系曲线，即Ｆ－ｈ、Ｎ－ｈ和Ｗ－ｈ关系曲线，浏览、编辑并打印Ａ４幅面的输出关系曲线图和对应的数据、柱面图形表格文件。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凤林，陈新军，叶启民，
申请(专利权)人：铁道第三勘察设计院，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]