基于岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统及其使用方法

摘要

本发明是岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统及其使用方法。由旋转触探车、测量数据记录仪、位移检测器和载荷压力检测器构成的检测器总成、螺旋承压板组成试验系统，本系统将位移检测器设置于空心传力杆的最底端，可以完全排除传力杆弯曲对试验准确性产生的影响，本系统利用现有的岩土工程原位旋转触探车进行螺旋板载荷试验，其反力装置、液压装置等可使试验深度达30m以上，并且不需要在钻孔的基础上进行试验，本系统将直线型容栅位移传感器的动、定栅极板分别设置在位移检测器的空心传力轴和传动接头，试验时位移检测器的包括传动接头的壳体随套管固定，空心传力轴随空心传力杆加荷移动，因此能够准确测量螺旋承压板的下沉位移量。

说明书

技术领域

本发明属于螺旋板载荷试验系统，尤其是涉及一种基于岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统及其使用方法。

背景技术

螺旋板载荷试验适用于测定深层地基土或水位以下地基土的承载力、变形模量等岩土参数，为桩基础、基坑等设计提供依据。

现有的螺旋板载荷试验设备是采用用人力或锚机将螺旋形承压板旋入地面以下的预定深度，通过传力杆向螺旋形承压板施加荷载，观测并记录板下地基土体受压后板的下沉位移，从而获得地基土的荷载-下沉位移-时间关系曲线，进而获得不同深度地基土的承载力、变形模量等设计参数。

目前深基坑最大深度已超过30m，而现有螺旋板载荷试验设备受人力、锚机或反力装置的限制，深度仅能达到12m左右，所以现有螺旋板载荷试验设备已经不能适应深基坑测试的要求。并且现有螺旋板载荷试验测试准确性也存在缺陷，即测试结果不能排除传力杆本身受压弯曲产生的误差。

授权公告号CN101126754公开的一种‘岩土工程原位旋转触探车’，由静力触探车车体、地锚及其油马达、对称分布于汽车底盘底面的四套液压支腿、汽车发动机、汽车发动机带动的油泵、固定于汽车底盘的承重底板、安装在承重底板上的液压装置、连接于液压装置的用于探杆提升的探杆拆装卡套、支撑于承重底板的探杆导向定位圈、装有分别控制各液压支腿升降控制阀、地锚油马达的正转、停止、反转控制阀、液压装置工进、工退控制阀的控制台所组成，其中安装在承重底板上的液压装置由两并列液压油缸及其活塞杆构成，活塞杆支撑并固定于承重底板，同步上下运动的两并列液压油缸之间设有与之同步升降并传递贯入压力的主轴箱，主轴箱设有轴承支撑的、其轴线平行于液压油缸轴线的主轴，主轴箱支撑有主轴油马达及其减速传动齿轮箱，齿轮箱的输出轴传动连接于主轴，主轴下端设有探杆拆装卡套，该拆装卡套设有对应探杆端部对称卡槽的两方孔，探杆拆装卡套的中间是固定于主轴下端的探杆螺纹接头，液压装置控制台还设有分别对应主轴油马达、探杆液压夹具、泥浆泵油马达、两并列液压油缸液压油路的减压阀，还分别设有主轴油马达和车载泥浆泵油马达的正转、停止、反转控制阀，两并列液压油缸的快速升、快速降和浮动降控制阀，探杆液压夹具夹紧松开控制阀和探杆气动夹具夹紧松开控制阀。

上述岩土工程原位旋转触探车对于探杆或套管而言分别具有旋转贯入和静力贯入两种工作方式。

以下对‘岩土工程原位旋转触探车’简称为‘旋转触探车’。

发明内容

本发明是为了解决现有螺旋板载荷试验设备在测试深度、测试结果准确性方面存在的上述技术问题，而公开一种基于岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统及其使用方法。

本发明的基于岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统，包括旋转触探车，载荷压力检测器和螺旋承压板，所述载荷压力检测器底端设有与螺旋承压板方榫接合的接口，特征是，所述旋转触探车设有分别连接于主轴下端探杆螺纹接头的空心传力杆和套管，所述套管设有与探杆螺纹接头连接的转接接头，所述空心传力杆和套管是地质勘探探杆连接组合和套管连接组合，套管为旋转贯入,空心传力杆由套管带动旋转贯入，套管旋转一周的贯入量等于螺旋承压板的螺距，试验时的旋转触探车其支撑于承重底板的探杆导向定位圈与试验孔位上下对应，试验孔位设置支撑于地面并由地锚固定的基准梁，基准梁设置套管卡盘，试验时的套管卡盘与所对应的套管紧密接合；套管的底端连接有由位移检测器和载荷压力检测器构成的检测器总成，所述位移检测器设有由套管接头、传动接头和封头由上至下依次螺纹连接构成的壳体，套管接头设有与套管螺纹连接的外螺纹，壳体中设有贯通该壳体的空心传力轴，空心传力轴与套管接头和封头滑动接合，空心传力轴与传动接头之间花键连接，空心传力轴具有外花键构成的突出部，套管接头下端设有空心传力轴上限位凸台，该上限位凸台与上移空心传力轴突出部的上端面相接合，封头设有空心传力轴下限位凸台，该下限位凸台与下移空心传力轴突出部的下端面相接合，空心传力轴套接有压簧，压簧底端支撑于空心传力轴突出部的上端面，压簧上端与套管接头的凹台相接合，空心传力轴上端设有与空心传力杆连接的螺纹接头，空心传力轴下端设有与载荷压力检测器螺纹连接的螺纹接头，空心传力轴与传动接头之间花键连接部一对应位置的两侧分别设有相对于空心传力轴为轴向的平台，两侧平台之间设有间隔，直线型容栅位移传感器的动栅极板固定于空心传力轴突出部一侧平台，定栅极板固定于传动接头一侧平台，空心传力轴突出部一侧平台设有连通空心传力轴轴心孔的过孔，过孔中设有动栅极板信号线缆，该线缆连接于固定在空心传力轴轴心孔中的电路板，电路板的信号输出线缆和载荷压力检测器信号线缆连接于空心传力轴上端的线缆插座，所述依次螺纹连接的套管接头、传动接头、封头之间的各结合部分别设有密封圈，空心传力轴与所对应的套管接头和封头之间分别设有密封圈，空心传力轴上端设有接合于空心传力杆下端口的密封圈，所述旋转触探车设有测量数据记录仪，连接于空心传力轴上端线缆插座的插头其总信号线缆连接于测量数据记录仪。

所述套管接头上端和封头下端设有接合于空心传力轴的防尘圈。

所述空心传力轴上端连接空心传力杆的螺纹接头是螺柱，空心传力轴下端连接载荷压力检测器的螺纹接头是螺套。

本发明的基于岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统其使用方法包括以下步骤：

(1)旋转触探车到达试验场地，使其探杆导向定位圈对正试验孔位，拉出支腿，调平车体底盘平面，启动地锚油马达，旋入地锚；

(2)在试验孔位设置支撑于地面并由地锚固定的带有套管卡盘的基准梁；

(3)将总信号线缆的插头与载荷压力检测器和位移检测器构成的检测器总成上端的线缆插座连接，空心传力杆和套管分别连接于检测器总成并同时将总信号线缆从空心传力杆引出，将检测器总成通过旋转触探车探杆导向定位圈置于旋转触探车车底部，将螺旋承压板插接于检测器总成底端接口并由铁丝穿连，将套管上端通过转接接头连接于旋转触探车液压装置主轴下端的探杆螺纹接头；

(4)启动旋转触探车液压装置并通过套管、检测器总成使螺旋承压板在试验孔位旋转贯入，套管旋转一周的贯入量等于螺旋承压板的螺距，逐节增加套管和空心传力杆并同时将总信号线缆从增加的空心传力杆引出；

(5)当螺旋承压板到达予设地下深度后，停止套管旋转贯入，通过基准梁的套管卡盘将套管夹持固定，将转接接头从主轴下端的探杆螺纹接头移除，调整旋转触探车液压装置主轴高度并使探杆螺纹接头与空心传力杆连接；

(6)将总信号线缆连接于测量数据记录仪，旋转触探车液压装置的主轴对空心传力杆按沉降相对稳定法或等沉降速率法的规范要求分级加荷进行试验；

(7)试验完成后停止空心传力杆加荷，将空心传力杆上端与旋转触探车液压装置主轴的探杆螺纹接头分离并连接转接接头，调整旋转触探车主轴高度使转接接头与套管连接，解除套管卡盘对套管的夹持固定，通过旋转触探车液压装置的主轴起拔套管，空心传力杆和检测器总成随之同时起拔，螺旋承压板遗弃于试验孔中。

若在同一试验孔中进行下一深度试验，先将总信号线缆与测量数据记录仪分离，将空心传力杆上端与旋转触探车液压装置主轴的探杆螺纹接头分离并连接转接接头，调整旋转触探车主轴高度使转接接头与套管连接，启动旋转触探车液压装置并通过套管、检测器总成使螺旋承压板在试验孔位旋转贯入，逐节增加套管和空心传力杆并同时将总信号线缆从增加的空心传力杆引出，当螺旋承压板到达下一予设地下深度后，停止套管旋转贯入，将总信号线缆连接于测量数据记录仪后重复前述步骤(5)、(6)进行试验即可。

本发明的有益效果和优点在于：

1)本发明将检测螺旋承压板下沉位移量的位移检测器设置于地下即空心传力杆的最底端，因此可以完全排除传力杆弯曲影响螺旋板载荷试验准确性的问题。

2)本发明利用现有的岩土工程原位旋转触探车进行螺旋板载荷试验，旋转触探车的反力装置、液压装置和基准梁等可使螺旋板载荷试验深度达30m以上，并且不需要在钻孔的基础上进行试验。

3)本发明将直线型容栅位移传感器的动、定栅极板分别设置在位移检测器的空心传力轴和传动接头，试验时位移检测器的包括传动接头的壳体随套管固定，空心传力轴随空心传力杆加荷移动，因此能够准确测量螺旋承压板的下沉位移量。

附图说明

附图1是螺旋板深层载荷试验系统结构示意图。

附图2是试验状态时螺旋板深层载荷试验系统结构示意图。

附图3是检测器总成与螺旋承压板连接结构示意图。

附图4是图3中位移检测器结构剖面示意图。

附图5是图4A-A放大视图。

图中标记：1螺旋承压板，2载荷压力检测器，3位移检测器，3-1套管接头，3-2传动接头，3-2-1上限位凸台，3-3封头，3-4空心传力轴，3-4-1螺柱，3-4-2螺套，3-5防尘圈，3-6密封圈，3-7压簧，3-8定栅极板，3-8-1垫板，3-9动栅极板，3-10过孔，4空心传力杆，5套管，6基准梁，7套管卡盘，8转接接头，9主轴箱，10并列液压油缸，11压力板，12测量数据记录仪，13车载控制台，14旋转触探车，15液压支腿，16地锚，17探杆导向定位圈，18探杆螺纹接头，19线缆插座，20电路板。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图1、2所示的基于岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统，包括旋转触探车14、对称分布于车体底盘的液压支腿15、地锚16及其地锚油马达。液压系统包括旋转触探车发动机驱动的车载油泵、固定于车体底盘的由同步上下运动的两并列液压油缸10、固定于两并列液压油缸而与之同步升降运动并传递贯入压力的压力板11、支撑于压力板的主轴箱9及其减速传动齿轮箱、连接于减速传动齿轮箱输出轴的主轴、连接于主轴下端的探杆螺纹接头17和车载控制台13，探杆螺纹接头18所对应的旋转触探车底盘设有探杆导向定位圈17，旋转触探车14设有分别连接于主轴下端探杆螺纹接头18的空心传力杆4和套管5，其中套管5设有与探杆螺纹接头连接的转接接头，空心传力杆4和套管5是地质勘探探杆连接组合和套管连接组合，套管为旋转贯入，空心传力杆由套管带动旋转贯入，套管旋转一周的贯入量等于螺旋承压板1的螺距。

试验时的旋转触探车14其支撑于承重底板的探杆导向定位圈17与试验孔位上下对应，试验孔位设置支撑于地面并由地锚固定的基准梁6，基准梁设置套管卡盘7。如图2所示，试验时的套管卡盘7与所对应的套管紧密接合即将套管固定。

如图1、2、3所示，套管5的底端连接有由位移检测器3和载荷压力检测器2构成的检测器总成，载荷压力检测器2底端设有与螺旋承压板1方榫接合的接口，方榫与接口由铁丝穿连。

如图3、4、5所示，位移检测器3设有由套管接头3-1、传动接头3-2和封头3-3由上至下依次螺纹连接构成的壳体，套管接头3-1设有与套管5螺纹连接的外螺纹。壳体中设有贯通该壳体的空心传力轴3-4，空心传力轴与套管接头3-1和封头3-3滑动接合，空心传力轴3-4与传动接头3-1之间花键连接，空心传力轴具有外花键构成的突出部，套管接头下端设有空心传力轴上限位凸台3-1-1，该上限位凸台与上移的空心传力轴突出部的上端面相接合，封头3-3设有空心传力轴3-4的下限位凸台，该下限位凸台与下移空心传力轴突出部的下端面相接合。空心传力轴套接有压簧3-7，压簧底端支撑于空心传力轴突出部的上端面，压簧上端与套管接头3-1的凹台相接合。空心传力轴上端设有与空心传力杆4连接的螺纹接头即螺柱3-4-1，空心传力轴下端设有与载荷压力检测器2螺纹连接的螺纹接头即螺套3-4-2。

空心传力轴3-4与传动接头3-2之间花键连接部一对应位置的两侧分别设有相对于空心传力轴为轴向的平台，两侧平台之间设有间隔，直线型容栅位移传感器的动栅极板3-9固定于空心传力轴突出部一侧平台，定栅极板3-8固定于传动接头一侧平台，该平台由垫板3-8-1构成。

空心传力轴突出部一侧平台设有连通空心传力轴轴心孔的过孔3-10，过孔中设有动栅极板信号线缆，该线缆连接于固定在空心传力轴轴心孔中的电路板20，电路板的信号输出线缆和载荷压力检测器2信号线缆连接于空心传力轴上端的线缆插座19，连接该插座的插头其总信号线缆连接于旋转触探车14的测量数据记录仪12。由于载荷压力检测器2信号线缆连接于空心传力轴上端的线缆插座19，因此载荷压力检测器2和位移检测器3构成连接为一体的检测器总成。

依次螺纹连接的套管接头3-1、传动接头3-2、封头3-3之间的各结合部分别设有密封圈3-6，空心传力轴3-4与所对应的套管接头和封头之间也分别设有密封圈3-6，空心传力轴上端设有接合于空心传力杆4下端口的密封圈3-6，套管接头3-1上端和封头3-3下端设有接合于空心传力轴3-4的防尘圈3-5。

以下结合图1、2、3说明本系统的使用方法，该方法按以下步骤进行：

(1)旋转触探车14到达试验场地，使其探杆导向定位圈17对正试验孔位，拉出液压支腿15，调平车体底盘平面，启动地锚油马达，旋入地锚16；

(2)在试验孔位设置支撑于地面并由地锚固定的带有套管卡盘7的基准梁6；

(3)将总信号线缆的插头与载荷压力检测器2和位移检测器3构成的检测器总成上端的线缆插座19连接，空心传力杆4和套管5分别连接于检测器总成并同时将总信号线缆从空心传力杆4引出，将检测器总成通过旋转触探车探杆导向定位圈17置于旋转触探车车底部，将螺旋承压板1插接于检测器总成底端接口并由铁丝穿连，将套管5上端通过转接接头8连接于旋转触探车液压装置主轴下端的探杆螺纹接头18；

(4)启动旋转触探车液压装置并通过套管5、检测器总成使螺旋承压板1在试验孔位旋转贯入，套管旋转一周的贯入量等于螺旋承压板的螺距，逐节增加套管和空心传力杆并同时将总信号线缆从增加的空心传力杆引出；

(5)当螺旋承压板1到达予设地下深度后，停止套管旋转贯入，通过基准梁6的套管卡盘7将套管夹持固定即位移检测器3中定栅极板3-8被固定，将转接接头8从主轴下端的探杆螺纹接头18移除，调整旋转触探车液压装置主轴高度并使探杆螺纹接头18与空心传力杆4连接；

(6)将总信号线缆连接于测量数据记录仪12，旋转触探车液压装置的主轴对空心传力杆4按沉降相对稳定法或等沉降速率法的规范要求分级加荷进行试验；

(7)试验完成后停止空心传力杆加荷，将空心传力杆4上端与旋转触探车液压装置主轴的探杆螺纹接头18分离并连接转接接头8，调整旋转触探车主轴高度使转接接头8与套管5连接，解除套管卡盘7对套管5的夹持固定，通过旋转触探车液压装置的主轴起拔套管5，空心传力杆4和检测器总成随之同时起拔，螺旋承压板1遗弃于试验孔中。

如果在同一试验孔中进行下一深度试验，先将总信号线缆与测量数据记录仪12分离，将空心传力杆上端与旋转触探车液压装置主轴的探杆螺纹接头18分离并连接转接接头8，调整旋转触探车主轴高度使转接接头8与套管5连接，启动旋转触探车液压装置并通过套管、检测器总成使螺旋承压板在试验孔位旋转贯入，逐节增加套管和空心传力杆并同时将总信号线缆从增加的空心传力杆引出，当螺旋承压板1到达下一予设地下深度后，停止套管旋转贯入，将总信号线缆连接于测量数据记录仪12后重复前述步骤(5)、(6)进行试验即可。