深孔、超深孔靜力觸探試驗方法及設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種深孔、超深孔靜力觸探試驗方法及設備。設備有2?5個直徑由大到小的套管，除最大直徑的套管以外，各套管有與之相匹配的套管接頭。每個套管接頭上有環(huán)形托盤，上、下口內有絲扣。進行試驗時，采用常規(guī)靜力觸探方法進行靜力觸探測試，探桿側壁摩阻力過大無法有效傳遞至觸探探頭，影響觸探深度時，用預鉆方式將上覆土層預鉆并加護本發(fā)明，根據觸探深度和套管變徑要求，選擇套管直徑配比和層數(shù)及埋置深度。最大直徑套管埋設土層中，依靠土層摩阻力作為固定套管，相繼下放各套管，由環(huán)形托盤懸掛于最外層套管上。清孔至預定深度，靜力觸探探頭和探桿通過最小直徑套管和合金鉆頭進行試驗。本發(fā)明能減小探頭偏角，增大試驗深度。
【專利說明】
深孔、超深孔靜力觸探試驗方法及設備
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種深孔、超深孔靜力觸探試驗方法及設備，具體是預鉆并加護多重套管，以解除土體對觸探探桿的摩阻力并提供側向約束，可應用于深孔、超深孔靜力觸探。
【背景技術】
[0002]靜力觸探作為一種理論、技術成熟的原位測試試驗，在獲取各項土工參數(shù)方面具有極大的優(yōu)越性，已得到了廣泛的應用。但由于靜力觸探探桿本身的剛度問題及反力系統(tǒng)的原因，在密實砂層中常規(guī)靜力觸探一次僅能完成25?35m的試驗深度，超10m孔深靜力觸探國內鮮見報道。在我國長江中下游地區(qū)上覆覆蓋層深厚，土層應力狀態(tài)、強度特性、變形特性、應力歷史、滲流與固結等與地表層巖土特性相去甚遠，常規(guī)靜力觸探遠不能滿足勘察要求，甚至在具有卵礫石層或厚硬層時，常規(guī)靜力觸探已無能為力。對于深孔、超深孔靜力觸探，需要克服以下困難:
[0003](I)深孔、超深孔靜力觸探探桿長細比過大，土層無法提供有效的側向約束，特別是在具有松軟地層或軟弱夾層土層中，探桿極易彎曲、折斷；
[0004](2)水域勘探時，探桿懸空段過長，擺動受壓，也容易導致其折斷；
[0005](3) 土層含有卵礫石夾層或者硬厚層時，錐頭無法穿透地層；
[0006](4)深孔、超深孔靜力觸探，無論地面錐頭安裝如何垂直，貫入地層后具有一定偏角，且隨深度增大而增大，據大量試驗表明，觸探超60m后，錐頭偏角已大于15° ;
[0007](5)深孔、超深孔靜力觸探，探桿與土體摩擦力過大，貫入設備極易達到貫入極限，需采取預鉆方式，減小土體的摩阻力；
[0008](6)采取單層套管時，不僅不能提供有效側向剛度，而且套管底部的“環(huán)箍”效應，使得套管底部的地層硬化，剛度極大，錐頭難于穿過套管，進入地層。
[0009]CN102261060公開了一種在土層淺部設置深孔靜力觸探試驗靜探護管的方法及設備，方法是在靜力觸探機的立軸下部設置卡瓦;將靜探護管穿過卡瓦;提升靜力觸探機的立軸;用卡瓦將靜探護管卡住;下壓靜力觸探機的立軸。設備包括靜力觸探機以及用于卡住靜探護管的卡瓦，靜力觸探機有一用于向土層貫入的動力機構，動力機構有傳動立軸，卡瓦設于立軸下部。它利用靜力觸探機自身動力下壓護管，將護管送入到土層中，這樣，在深孔靜力觸探試驗中，不再利用鉆機進行護管設置，可以少運輸一套設備到施工現(xiàn)場，也就不再需要兩套設備的交替使用，大大提高了施工效率，并節(jié)約了成本。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明目的是針對上述現(xiàn)狀，旨在提供一種能適應深孔、超深孔的靜力觸探試驗工藝，能大大減少探桿側壁摩阻力及提供有效的側向約束，進而提高觸探深度的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備。
[0011]本發(fā)明目的的實現(xiàn)方式為，深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，有2-5個直徑由大到小的套管，除最大直徑的套管以外，各套管有與之相匹配的套管接頭;每個套管接頭上有環(huán)形托盤，上、下口內有絲扣；各套管通過絲扣接在與之相配比的套管接頭上，合金鉆頭通過絲扣接在最小直徑的套管上。
[0012]用深孔、超深孔靜力觸探試驗設備作靜力觸探試驗的方法，具體步驟如下:
[0013]I)將上覆土層采用常規(guī)靜力觸探測試方法并預鉆，再加護設備的多重套管；
[0014]2)根據實際工況、觸探深度和套管變徑要求，選擇設備套管直徑配比和層數(shù)，以及各層套管的埋置深度；
[0015]3)將最大直徑套管打入土層中，依靠土層摩阻力支撐，作為固定套管及套管系統(tǒng)承重管；
[0016]4)相繼下放各直徑套管，將各直徑套管接頭的環(huán)形托盤依次懸掛于最大直徑套管上；
[0017]5)在最小直徑套管下端接合金鉆頭，清孔至預定深度，靜力觸探探頭和探桿通過最小直徑套管進行靜力觸探試驗。
[0018]采用本發(fā)明能大大減少探桿側壁摩阻力及提供有效的側向約束，減小探頭偏角，從而增大試驗深度。本發(fā)明能適應深孔、超深孔的靜力觸探試驗。
【附圖說明】
[0019]圖1為設備采用四個套管接頭的結構示意圖，
[0020]圖2為五個套管套接方式圖，
[0021]圖3為套管接頭放大圖。
【具體實施方式】
[0022]下面參照附圖，以五重套管為例詳述本發(fā)明。
[0023]參照圖1、2、3，深孔、超深孔靜力觸探試驗設備有5個直徑由大到小的套管，最大直徑的套管以外，各套管有與之相匹配的套管接頭，5個套管直徑分別為180mm套管(最大直徑)、146_套管、127mm套管、I 1mm套管、63.5mm套管，與之相匹配的套管接頭分別為146_套管接頭1、127mm套管接頭2、I 1mm套管接頭3、63.5mm套管接頭4。Φ 63.5套管下部通過絲扣接合金鉆頭。
[0024]每個套管接頭上有環(huán)形托盤6，上、下口內有絲扣5。上、下口內的絲扣為方形絲扣，扣齒寬2mm。
[0025]146mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k分別為139mm、160mm、190mm、135mm、140.5mm、I46mm、60mm、60mm、40mm、12mm、I80mmo
[0026]127mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k分別為120mm、140mm、190mm、116mm、121.5mm、I27mm、60mm、60mm、40mm、12mm、I80mmo
[0027]I 1mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、」_、1<:分別為1011]1111、120mm、190mm、9 5mm、103mm、I1mm、60mm、60mm、40mm、I2mm、I80mmo
[0028]63.5mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k分別為55mm、100mm、1 50mm.47.5mm、56.5mm、80mm、60mm、60mm、40mm、12mm、180mm。
[0029]其中a-各套管接頭的內壁的內徑，b-環(huán)形托盤以上部分的直徑，c-環(huán)形托盤外端直徑，d-下絲扣以上部分的內徑，e下絲扣外徑，f-環(huán)形托盤以下部分的直徑，g-上絲扣長度、h-下絲扣長度，1-環(huán)形托盤以上部分高，j-環(huán)形托盤厚度，k-環(huán)形托盤以下部分高。
[0030]采用本發(fā)明進行靜力觸探試驗的具體步驟如下:
[0031]I)將上覆土層采用常規(guī)靜力觸探測試方法預鉆，再加護設備的多重套管；
[0032]當出現(xiàn)探桿側壁阻力過大、探頭遇硬層或偏角過大不宜繼續(xù)加載情況，將探桿和探頭取出地面。
[0033]假設測試至60m時，出現(xiàn)探桿側壁阻力過大、探頭遇硬層或偏角過大不宜繼續(xù)加載情況，將探桿和探頭取出地面;將Φ 180mm套管打入地層，具體打入深度根據地層條件決定.
[0034]2)根據實際工況、觸探深度和套管變徑要求，選擇設備套管直徑配比和層數(shù)，以及各層套管的埋置深度.
[0035]3)打入土層中的Φ 180mm套管，依靠土層摩阻力支撐，作為固定套管，并起承重作用。
[0036]4)采用地質鉆孔方式將Φ 146mm套管范圍內的土層鉆掉，假設40m;打入Φ 146mm套管，通過方形絲扣接上Φ 146mm套管接頭I，Φ 146mm套管接頭I的環(huán)形托盤懸掛在Φ 180mm套管管口上。采用地質鉆孔方式將依次將Φ 127mm、Φ I 1mm范圍內的土層鉆掉，假設50m、59.50m;打入Φ 127mm套管、Φ 11 Omm套管，接Φ 127mm套管接頭2、Φ 11 Omm套管接頭3。
[0037]在套管取樣被土層抱死情況下，套管上接相應直徑的合金鉆頭，經合金鉆頭的擴孔作用，即可形成相應直徑的孔徑。
[0038]如在φ IlOmm套管取樣被土層抱死情況下，Φ IlOmm套管上接Φ 9Imm合金鉆頭7，經合金鉆頭的擴孔作用，即可形成IlOmm孔徑。
[0039]5)在Φ 63.5mm套管下端接合金鉆頭7，合金鉆頭與Φ 63.5mm套管下放至預鉆孔底，59.50m。連接鉆機設備，配合泥漿和合金鉆頭，對孔底沉渣、浮渣進行清洗。清洗完畢，將鉆探用套管接頭卸下，并換上Φ 63.5mm套管接頭4，通過環(huán)形托盤疊加在Φ 110套管接頭3的環(huán)形托盤上。將探桿和探頭穿過Φ 63.5mm套管和Φ 63.5mm套管合金鉆頭，繼續(xù)靜力觸探測試。
[0040]本發(fā)明已成功應用于孟加拉國帕德瑪多用途大橋施工階段勘察，靜力觸探孔深在80?120m之間，最大孔深126m，探頭偏角小于5°，探頭穿透間隔約20m，厚度分別約為25m、1m的兩層中、粗砂夾卵礫石層，試驗結果成功應用于試粧和主橋粧的施工，得到了業(yè)主和監(jiān)理的一致好評。通過大量試驗總結，多重套管方法也推廣至深圳至中山通道海域段初步勘察和詳細勘察，資料結果為設計和施工提供了充足的依據。
【主權項】
1.深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，其特征在于:有2-5個直徑由大到小的套管，除最大直徑的套管以外，各套管有與之相匹配的套管接頭;每個套管接頭上有環(huán)形托盤，上、下口內有絲扣；各套管通過絲扣接在與之相配比的套管接頭上，合金鉆頭通過絲扣接在最小直徑的套管上。2.根據權利要求1所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，其特征在于:有5個直徑由大到小的套管，除最大直徑的套管以外，各套管有與之相匹配的套管接頭;5個套管直徑分別為180mm、146mm、127mm、110mm、63.5mm, Φ 63.5套管下部通過絲扣接合金鉆頭。3.根據權利要求1所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，其特征在于:上、下口內的絲扣為方形絲扣，扣齒寬2mm。4.根據權利要求1所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，其特征在于:146mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k分別為139mm、160mm、190mm、135mm、140.5mm、146mm、60mm、60mm、40mm、I2mm、I80mm; 其中a-各套管接頭的內壁的內徑，b-環(huán)形托盤以上部分的直徑，c-環(huán)形托盤外端直徑，d-下絲扣以上部分的內徑，e下絲扣外徑，f-環(huán)形托盤以下部分的直徑，g-上絲扣長度、h-下絲扣長度，1-環(huán)形托盤以上部分高，j-環(huán)形托盤厚度，k-環(huán)形托盤以下部分高。5.根據權利要求1或4所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，其特征在于:127mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k分別為120mm、1 40mm、190mm、116mm、121.5mm.1 2 7 mm.6 0mm.60mm、40mm、I2mm、I80mmo6.根據權利要求1或4所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，其特征在于:110mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、」、1<:分別為1011]1111、120mm、190mm、9 5mm、103mm、1 1 0 mm.60mm.60mm、40mm、I2mm、I80mmo7.根據權利要求1或4所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備，其特征在于:63.5mm套管接頭的a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、讓分另丨」為55111111、100mm、150mm、47.5mm、56.5mm、80mm、60mm、60mm、40mm、I2mm、I80mmo8.用權利要求1所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗設備作靜力觸探試驗的方法，其特征在于:具體步驟如下: 1)將上覆土層采用常規(guī)靜力觸探測試方法并預鉆，再加護設備的多重套管； 2)根據實際工況、觸探深度和套管變徑要求，選擇設備套管直徑配比和層數(shù)，以及各層套管的埋置深度； 3)將最大直徑套管打入土層中，依靠土層摩阻力支撐，作為固定套管及套管系統(tǒng)承重管； 4)相繼下放各直徑套管，將各直徑套管接頭的環(huán)形托盤依次懸掛于最大直徑套管上； 5)在最小直徑套管下端接合金鉆頭，清孔至預定深度，靜力觸探探頭和探桿通過最小直徑套管進行靜力觸探試驗。9.根據權利要求8所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗方法，其特征在于:當出現(xiàn)探桿側壁阻力過大、探頭遇硬層或偏角過大不宜繼續(xù)加載情況，將探桿和探頭取出地面。10.根據權利要求8所述的深孔、超深孔靜力觸探試驗方法，其特征在于:在套管取樣被土層抱死情況下，套管上接相應直徑的合金鉆頭，經合金鉆頭的擴孔作用，即可形成相應直徑的孔徑。
【文檔編號】E02D1/00GK106049396SQ201610464325
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】任士房, 王僑, 郭建波, 曾洪賢, 李光輝, 楊永波, 劉世東, 冷勝強
【申請人】中鐵大橋勘測設計院集團有限公司