深孔、超深孔静力触探试验方法及设备

摘要

本发明涉及一种深孔、超深孔静力触探试验方法及设备。设备有2‑5个直径由大到小的套管，除最大直径的套管以外，各套管有与之相匹配的套管接头。每个套管接头上有环形托盘，上、下口内有丝扣。进行试验时，采用常规静力触探方法进行静力触探测试，探杆侧壁摩阻力过大无法有效传递至触探探头，影响触探深度时，用预钻方式将上覆土层预钻并加护本发明，根据触探深度和套管变径要求，选择套管直径配比和层数及埋置深度。最大直径套管埋设土层中，依靠土层摩阻力作为固定套管，相继下放各套管，由环形托盘悬挂于最外层套管上。清孔至预定深度，静力触探探头和探杆通过最小直径套管和合金钻头进行试验。本发明能减小探头偏角，增大试验深度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种深孔、超深孔静力触探试验方法及设备，具体是预钻并加护多重套管，以解除土体对触探探杆的摩阻力并提供侧向约束，可应用于深孔、超深孔静力触探。

背景技术

静力触探作为一种理论、技术成熟的原位测试试验，在获取各项土工参数方面具有极大的优越性，已得到了广泛的应用。但由于静力触探探杆本身的刚度问题及反力系统的原因，在密实砂层中常规静力触探一次仅能完成25～35m的试验深度，超100m孔深静力触探国内鲜见报道。在我国长江中下游地区上覆覆盖层深厚，土层应力状态、强度特性、变形特性、应力历史、渗流与固结等与地表层岩土特性相去甚远，常规静力触探远不能满足勘察要求，甚至在具有卵砾石层或厚硬层时，常规静力触探已无能为力。对于深孔、超深孔静力触探，需要克服以下困难：

(1)深孔、超深孔静力触探探杆长细比过大，土层无法提供有效的侧向约束，特别是在具有松软地层或软弱夹层土层中，探杆极易弯曲、折断；

(2)水域勘探时，探杆悬空段过长，摆动受压，也容易导致其折断；

(3)土层含有卵砾石夹层或者硬厚层时，锥头无法穿透地层；

(4)深孔、超深孔静力触探，无论地面锥头安装如何垂直，贯入地层后具有一定偏角，且随深度增大而增大，据大量试验表明，触探超60m后，锥头偏角已大于15°；

(5)深孔、超深孔静力触探，探杆与土体摩擦力过大，贯入设备极易达到贯入极限，需采取预钻方式，减小土体的摩阻力；

(6)采取单层套管时，不仅不能提供有效侧向刚度，而且套管底部的“环箍”效应，使得套管底部的地层硬化，刚度极大，锥头难于穿过套管，进入地层。

CN102261060公开了一种在土层浅部设置深孔静力触探试验静探护管的方法及设备，方法是在静力触探机的立轴下部设置卡瓦；将静探护管穿过卡瓦；提升静力触探机的立轴；用卡瓦将静探护管卡住；下压静力触探机的立轴。设备包括静力触探机以及用于卡住静探护管的卡瓦，静力触探机有一用于向土层贯入的动力机构，动力机构有传动立轴，卡瓦设于立轴下部。它利用静力触探机自身动力下压护管，将护管送入到土层中，这样，在深孔静力触探试验中，不再利用钻机进行护管设置,可以少运输一套设备到施工现场，也就不再需要两套设备的交替使用，大大提高了施工效率，并节约了成本。

发明内容

本发明目的是针对上述现状，旨在提供一种能适应深孔、超深孔的静力触探试验工艺，能大大减少探杆侧壁摩阻力及提供有效的侧向约束，进而提高触探深度的深孔、超深孔静力触探试验设备。

本发明目的的实现方式为，深孔、超深孔静力触探试验设备，有2-5个直径由大到小的套管，除最大直径的套管以外，各套管有与之相匹配的套管接头；每个套管接头上有环形托盘，上、下口内有丝扣；各套管通过丝扣接在与之相配比的套管接头上，合金钻头通过丝扣接在最小直径的套管上。

用深孔、超深孔静力触探试验设备作静力触探试验的方法，具体步骤如下：

1)将上覆土层采用常规静力触探测试方法并预钻，再加护设备的多重套管；

2)根据实际工况、触探深度和套管变径要求，选择设备套管直径配比和层数，以及各层套管的埋置深度；

3)将最大直径套管打入土层中，依靠土层摩阻力支撑，作为固定套管及套管系统承重管；

4)相继下放各直径套管，将各直径套管接头的环形托盘依次悬挂于最大直径套管上；

5)在最小直径套管下端接合金钻头，清孔至预定深度，静力触探探头和探杆通过最小直径套管进行静力触探试验。

采用本发明能大大减少探杆侧壁摩阻力及提供有效的侧向约束，减小探头偏角，从而增大试验深度。本发明能适应深孔、超深孔的静力触探试验。

附图说明

图1为设备采用四个套管接头的结构示意图，

图2为五个套管套接方式图，

图3为套管接头放大图。

具体实施方式

下面参照附图，以五重套管为例详述本发明。

参照图1、2、3，深孔、超深孔静力触探试验设备有5个直径由大到小的套管，最大直径的套管以外，各套管有与之相匹配的套管接头，5个套管直径分别为180mm套管(最大直径)、146mm套管、127mm套管、110mm套管、63.5mm套管，与之相匹配的套管接头分别为146mm套管接头1、127mm套管接头2、110mm套管接头3、63.5mm套管接头4。φ63.5套管下部通过丝扣接合金钻头。

每个套管接头上有环形托盘6，上、下口内有丝扣5。上、下口内的丝扣为方形丝扣，扣齿宽2mm。

146mm套管接头的a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k分别为139mm、160mm、190mm、135mm、140.5mm、146mm、60mm、60mm、40mm、12mm、180mm。

127mm套管接头的a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k分别为120mm、140mm、190mm、116mm、121.5mm、127mm、60mm、60mm、40mm、12mm、180mm。

110mm套管接头的a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k分别为101mm、120mm、190mm、95mm、103mm、110mm、60mm、60mm、40mm、12mm、180mm。

63.5mm套管接头的a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k分别为55mm、100mm、150mm、47.5mm、56.5mm、80mm、60mm、60mm、40mm、12mm、180mm。

其中a-各套管接头的内壁的内径,b-环形托盘以上部分的直径，c-环形托盘外端直径，d-下丝扣以上部分的内径，e下丝扣外径，f-环形托盘以下部分的直径，g-上丝扣长度、h-下丝扣长度，i-环形托盘以上部分高，j-环形托盘厚度，k-环形托盘以下部分高。

采用本发明进行静力触探试验的具体步骤如下：

1)将上覆土层采用常规静力触探测试方法预钻，再加护设备的多重套管；

当出现探杆侧壁阻力过大、探头遇硬层或偏角过大不宜继续加载情况，将探杆和探头取出地面。

假设测试至60m时，出现探杆侧壁阻力过大、探头遇硬层或偏角过大不宜继续加载情况，将探杆和探头取出地面；将φ180mm套管打入地层，具体打入深度根据地层条件决定.

2)根据实际工况、触探深度和套管变径要求，选择设备套管直径配比和层数，以及各层套管的埋置深度.

3)打入土层中的φ180mm套管，依靠土层摩阻力支撑，作为固定套管，并起承重作用。

4)采用地质钻孔方式将φ146mm套管范围内的土层钻掉，假设40m；打入φ146mm套管，通过方形丝扣接上φ146mm套管接头1，φ146mm套管接头1的环形托盘悬挂在φ180mm套管管口上。采用地质钻孔方式将依次将φ127mm、φ110mm范围内的土层钻掉，假设50m、59.50m；打入φ127mm套管、φ110mm套管，接φ127mm套管接头2、φ110mm套管接头3。

在套管取样被土层抱死情况下，套管上接相应直径的合金钻头，经合金钻头的扩孔作用，即可形成相应直径的孔径。

如在φ110mm套管取样被土层抱死情况下，φ110mm套管上接φ91mm合金钻头7，经合金钻头的扩孔作用，即可形成110mm孔径。

5)在φ63.5mm套管下端接合金钻头7，合金钻头与φ63.5mm套管下放至预钻孔底，59.50m。连接钻机设备，配合泥浆和合金钻头，对孔底沉渣、浮渣进行清洗。清洗完毕，将钻探用套管接头卸下，并换上φ63.5mm套管接头4，通过环形托盘叠加在φ110套管接头3的环形托盘上。将探杆和探头穿过φ63.5mm套管和φ63.5mm套管合金钻头，继续静力触探测试。

本发明已成功应用于孟加拉国帕德玛多用途大桥施工阶段勘察，静力触探孔深在80～120m之间，最大孔深126m，探头偏角小于5°，探头穿透间隔约20m，厚度分别约为25m、10m的两层中、粗砂夹卵砾石层，试验结果成功应用于试桩和主桥桩的施工，得到了业主和监理的一致好评。通过大量试验总结，多重套管方法也推广至深圳至中山通道海域段初步勘察和详细勘察，资料结果为设计和施工提供了充足的依据。