專利名稱：雙管單動活門式取芯取土器的制作方法
技術領域：
雙管單動活門式取芯取土器是巖土工程勘察用來采取建筑場地地基土全斷面土芯和原狀土樣的一種工具與工藝方法。
背景技術：
目前我國巖土工程勘察采取原狀土樣，一般采用無芯間隔取樣和全斷面取芯間隔取樣兩種鉆探取樣工藝。這兩種鉆探取樣工藝的性能詳見表1。
常用的取芯取樣勘探工藝性能情況表表1

隨著國家經(jīng)濟建設的發(fā)展，工程建設項目，尤其是國家重大工程項目，巖土工程勘察的質量要求越來越高，對于第四紀松散覆蓋層既要求采取原土樣，進行土的物理力學性質試驗，又要求采取全斷面巖芯，準確了解土層的性質及其變化規(guī)律，有些行業(yè)的勘察規(guī)范已明確規(guī)定，粘性土巖芯采取率不宜小于80％，砂性土不宜小于65％。顯然，上述常用的取芯取樣鉆探工藝方法，已不能較好地滿足生產(chǎn)技術發(fā)展的需要。為了解決目前取芯取樣鉆探工藝所存在的問題，提高巖土工程勘察的質量與效率，并滿足生產(chǎn)技術發(fā)展的需要，研制了“雙管單動活門式取芯取土器”。這種取芯取土器適用粘性土、粉土和粉細砂，取芯取樣一個鉆進回次同時完成，具有防止土芯、土樣脫落的功能，不論是粘性土還是砂土巖芯采取率不低于規(guī)范的有關規(guī)定，而且采取的原狀土質量優(yōu)于常規(guī)(厚壁)取土器的質量，鉆進效率明顯高于目前常用的取芯取樣鉆探工藝。
雙管單動活門式取芯取土器就其工作原理屬于重管單動回轉壓入取土器。國外回轉壓入取土器具代表性的主要有丹尼森型取土器和皮切爾型取土器。丹尼森型取土器有內、外兩重巖芯管組成，外管接頭與鉆桿連接可旋轉，下端裝合金鉆頭，內管內裝有襯管，下端連接管靴，管靴前刃伸出鉆頭底面，取土時外管旋轉，內管由于有軸承連接不跟管，只承受鉆具的重力和鉆機施加的壓力，外管底端合金鉆頭切割土層的同時，與內管連接的管靴壓入土層，隨著取土器的鉆進，土樣被壓進襯管，沖洗液則通過鉆桿和外、內管間的環(huán)狀間隙到達孔底，起到冷卻鉆頭，清除被切割粉碎的土體的作用；皮切爾型取土器的結構與取土方法與丹尼森型取土器基本一致，只是皮切爾型取土器在內、外管連接處多了一個彈簧裝置，可使外管在鉆進回轉過程中，作上、下相對活動，調節(jié)內管管靴伸出鉆頭底面的長度，取土效果較丹尼森型取土器好。這兩種類型的取土器適用軟塑～硬塑的粘性土、粉土及粉細砂土?，F(xiàn)國內使用的回轉壓入取土器大多是丹尼森型或皮切爾型取土器的仿制品，由于此類取土器與同樣是先清孔后取樣的壓入或擊入的常規(guī)取土器相比，取土工藝相對較復雜，且軟粘性土及砂土易脫落，取土器價格也相對較高，尤其是進口產(chǎn)品。因此，此類取土器至今未能在國內得到普及使用。

發(fā)明內容
雖然雙管單動活門式取芯取土器的工作原理與國內、外現(xiàn)有的回轉壓入取土器基本一致，但雙管單動活門式取芯取土器具有獨到的結構性能，能一個鉆進回次同時完成取芯取樣工作，一個回次最大的鉆進深度為2m，較先取芯清孔后取樣的常規(guī)勘探工藝減少了一個鉆進回次，明顯提高鉆進取芯、取樣的效率；具有有效防止軟粘性土及砂土脫落的結構裝置，保證巖芯采取率不低于規(guī)范規(guī)定的要求(粘性土80％以上，砂性土65％以上)；外管接頭處的球閥具有雙向作用功能，鉆進時能排泄進入內管的泥漿及廢土，提鉆時起到密封作用，又能用來泵頂巖芯。
雙管單動活門式取芯取土器除了具有現(xiàn)國內、外回轉壓入取土器的一些基本結構外，其內、外管都由上、下兩段組成，內管的上段主要為可容納巖芯的巖芯管，下段為連接活門裝置裝有襯筒的半開襯管，彈簧活門裝置由活門座、彈簧翻板及活絡管靴組成；外管也基本在內管分段處分為兩段，外管上段由外管接頭、回轉軸承連軸和彈簧裝置及巖芯管組成，外管接頭設計有與鉆桿接通的沖洗液通道和控制連軸通道的逆止球閥及與接頭垂直的排泄孔，外管下段由巖芯管短接與合金鉆頭組成。雙管單動活門式取芯取土器的基本結構和主要技術數(shù)據(jù)見附圖1(雙管單動活門式取芯取土器結構示意圖)和表2(雙管單動活門式取芯取土器主要技術數(shù)據(jù)表)；外管接頭結構見附圖2(外管接頭結構剖視圖)；彈簧活門裝置結構見附圖3-①(彈簧活門裝置結構剖視圖①)與附圖3-②(彈簧活門裝置結構剖視圖②)。
雙管單動活門式取芯取土器主要技術數(shù)據(jù)表表2

四

1、附圖1雙管單動活門式取芯取土器基本結構的示意圖；2、附圖2雙管單動活門式取芯取土器外管接頭結構的剖視圖；3、附圖3雙管單動活門式取芯取土器彈簧活門裝置結構的剖視圖。附圖3-①為活絡管靴進入活門座時的結構狀態(tài)，此時彈簧翻板被活絡管靴頂開緊靠座壁。附圖3-②為活絡管靴落出活門座時的結構狀態(tài)，此時活絡管靴落出活門座彈簧翻板翻下活門關合；4、附圖4雙管單動活門式取芯取土器取芯取樣過程的示意圖，過程的具體情況可見五、具體實施方案。
五、具體實施方案雙管單動活門式取芯取土器下入孔內時，彈簧活門裝置的彈簧翻板翻下，活絡管靴落出活門座活門關合，隨著取芯取土器在孔內下降，孔內泥漿進入內、外管間的間隙及內管，進入內管的泥漿通過連軸通道，頂開球閥，從排泄孔回流孔內(附圖4-a)；當取芯取土器到達孔底，由于鉆具自重、活絡管靴的刃口在被壓入孔底土層的同時，活絡管靴的上部推開彈簧翻板進入活門座，球閥中的鋼球回落閥座(附圖4-b)；鉆進取土時，外管隨鉆桿旋轉，合金鉆頭切割土層，隨著外管鉆進深入，內管在鉆具自重和鉆機施加的壓力作用下，土樣漸漸被壓進活絡管靴，繼后進入襯管與巖芯管，與此同時原先進入內管的孔內泥漿，被土芯頂托出逆止球閥，通過排泄孔回流孔內。泥漿沖洗液則經(jīng)過鉆桿與內、外管間的環(huán)狀間隙泵入孔底，起到冷卻鉆頭，保護孔壁，把被切割粉碎的砂、土帶出孔內的作用。在鉆進過程中，還可根據(jù)鉆進的具體情況，通過鉆機液壓和彈簧裝置，使外管上、下活動，調節(jié)內管的受壓狀態(tài)和活絡管靴伸出鉆頭底部的長度。每個回次的鉆進進尺不大于2m，進入內管上段巖芯管的土作為土芯，進入內管下段襯管段的土作為原狀不擾動土樣(附圖4-c)；當取土器達到取土深度停止鉆進時，逆止球閥落回球閥座，使內管封閉(附圖4-d)；提鉆時活絡管靴落出活門座，在此瞬間，彈簧翻板自動翻下活門關合，擋住活絡管靴以上內管中可能下滑的土樣(附圖4-e)；取芯取土器從孔內提出后，只要卸下外、內管的下段，打開內管下段的半開管，就可取出土樣，進入內管上段巖芯管的土芯，可通過外管接頭的排泄孔和連軸通道用泵把土芯頂出，同時清洗球閥室和內管。如砂土芯不宜用泵頂，可吊起取芯取土器倒出進入巖芯管的砂土芯。
由于雙管單動活門式取芯取土器取芯取樣時，外管旋轉，內管不跟轉，其下端的活絡管靴壓入土層采取土芯和土樣，且管靴的管壁較薄(小于1.5mm)，進入巖芯管和襯管的土芯與土樣受到的擾動影響較小。又具有彈簧翻板活門裝置和巖芯管+襯管結構，能有效地防止土樣脫落，一個鉆進回次完成全端面取芯和取樣。因此，雙管單動活門式取芯取土器可準確控制鉆進進尺，克服常規(guī)取芯取樣勘探工藝存在的一些問題，巖芯的采取率達到規(guī)范的有關規(guī)定，原狀土樣的質量優(yōu)于常規(guī)(厚壁)取土器采取的土樣，鉆進取芯、取樣的效率較常規(guī)的取芯取樣工藝有顯著的提高。
權利要求
1.一種雙管單動活門式取芯取土器，其外部由取芯取土器接頭、外管上段(巖芯管)、外管下段(巖芯管短接+合金鉆頭)順序連接，其特征是取芯取土器接頭與外管上段的一端連接，外管上段的另一端與外管下段非合金鉆頭的一端連接；在取芯取土器接頭連接外管內，由取芯取土器接頭、軸承連軸彈簧裝置、內管上段(巖芯管)、內管下段(裝襯筒的半開襯管+彈簧活門裝置)順序連接，其特征是取芯取土器接頭與軸承連軸和彈簧裝置的軸承端套接，軸承連軸和彈簧裝置的另一彈簧端與內管上段的一端連接，內管上段的另一端與內管下段的非彈簧活門裝置端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙管單動活門式取芯取土器，其特征是取芯取土器外管接頭內有與鉆桿和內、外管間環(huán)狀間隙連通的通道，及控制連軸通道的逆止球閥，逆止球閥有排泄孔通向取芯取土器外，排泄孔與取芯取土器接頭垂直。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙管單動活門式取芯取土器，其特征是彈簧活門裝置由活門座、彈簧翻板、活絡管靴組成，活絡管靴上節(jié)進入活門座，彈簧翻板翻起靠座壁，活門打開，活絡管靴落出活門座，彈簧翻板隨之翻下活門關合。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙管單動活門式取芯取土器，其特征是取芯取土器的外型的直徑呈階梯型變化，取芯取土器接頭與外管上段的直徑＜外管短接直徑＜合金鉆頭直徑。
全文摘要
雙管單動活門式取芯取土器是巖土工程勘察用來采取建筑場地地基土全斷面土芯和原狀土樣的一種工具與工藝方法。這種取芯取土器適用粘性土、粉土和粉細砂，取芯取樣一個鉆進回次同時完成，并具有防止土芯、土樣脫落的功能，能準確控制鉆進進尺，巖芯采取率達到規(guī)范規(guī)定的有關要求(粘性土不小于80％，砂性土不小于65％)，而且取土質量優(yōu)于常規(guī)(厚壁)取土器，鉆進效率明顯高于目前常用的取芯取樣鉆探工藝。就其工作原理屬于重管單動回轉壓入取土器，除了具有現(xiàn)國內、外回轉壓入取土器的一些基本結構外，其內管由容納土芯的巖芯管和半開襯管襯筒及彈簧活門裝置組成，彈簧活門裝置由活門座、彈簧翻板和活絡管靴組成，外管接頭設計有與鉆桿接通的沖洗液通道和與控制連軸通道的逆止球閥及與接頭垂直的排泄孔。具體的基本結構見附圖。
文檔編號E02D1/00GK101037859SQ200610024628
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月13日 優(yōu)先權日2006年3月13日
發(fā)明者烏孟莊, 張 成, 董教社, 鄭建朝 申請人:中交第三航務工程勘察設計院有限公司