РУЧНОЙ ЗОНД ГЛУБОКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА - РЗГ Российский патент 1999 года по МПК E02D1/00 G01N3/42 

Изобретение относится к устройствам для определения строительных свойств грунта зондированием и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях в строительстве, обследовании оснований фундаментов в стесненных условиях, например, в подвалах, а также для оценки устойчивости оползающих откосов.

Известен зонд [1] , включающий сборную наружную и внутреннюю штанги, объединенные на резьбе, конический наконечник диаметром 36 мм, вдавливающее, выдергивающее и измерительное устройства, анкерные сваи.

Недостатками этого устройства являются значительные силы трения на боковой поверхности штанг, большая площадь конического наконечника 10 см², что требует значительных усилий для вдавливания зонда в грунт и ограничивает область применения по грунтам и по глубине. Устройство является громоздким и не может быть использовано в подвалах и крутых откосах.

Известен зонд, включающий штанги, соединенные муфтами, диаметр которых равен диаметру конического наконечника [2], погружаемый в грунт забивкой штанг.

Недостатком этого зонда является значительное влияние сил трения на боковой поверхности муфт зонда на результаты зондирования, невозможность применения статического зондирования при вдавливании зонда в грунт весом человека и наклонно, так как размеры площади основания конического наконечника равны 10 см², отсутствует направляющее устройство и специальные приспособления для его транспортирования. Кроме того, этот зонд не позволяет определить силы трения грунта на боковой поверхности штанг зонда.

Целью предложенного изобретения является повышение надежности показаний зонда, уменьшение его веса, обеспечение транспортабельности, возможности вдавливания в грунт весом человека и расширение области применения. Для достижения этих целей предложенный зонд снабжен дополнительным коническим наконечником, причем конические наконечники выполнены сменными, первый конический наконечник имеет форму конуса, а дополнительный - форму конуса, основание которого объединено с основанием равного ему по диаметру d₁ цилиндра высотой l₁, определяемой из соотношения 1,5 < < 10, при этом диаметр d₁ основания конического наконечника определяется из соотношения среднего веса человека Р = 70 кгс (3) и усилия Р₃ вдавливания конического наконечника в глинистый грунт полутвердой констистенции (4) 0,5 < P/P₃ < 2,0, а отношения диаметра d₂ муфт к диаметру d₃ штанг составляет 1,3 < < 2,0, отношение диаметра d₁ основания конического наконечника к диаметру d₂ муфт составляет 1,05 < < 2,0, отношение длины l штанги к диаметру d₃ штанги составляет 40 < < 130.

При этом измерительное устройство включает гидроцилиндр, объединенный со штуцером с уширением на конце накидной гайкой и штуцером манометра для установки шкалы манометра при определении усилия вдавливания зонда в грунт в удобное для отсчета положение путем поворота манометра вокруг оси штуцера гидроцилиндра, а на гидроцилиндре в его крышке-дне со втулкой для установки на штангу зонда имеется насечка для обеспечения их развинчивания и сборки вручную в полевых условиях, причем устройство для измерения глубины погружения зонда в грунт, для облегчения веса зонда выполнено в виде рейки-пенала с делением на внешней стороне рейки-пенала, втулкой в торце со съемным стержнем для крепления рейки-пенала к грунту, накладкой на одном конце и съемной шпилькой на другом конце рейки-пенала для крепления штанг и направляющей трубы внутри рейки-пенала, в то время, как опорная плита направляющего устройства со втулкой с боковым отверстием для болта для облегчения веса зонда является крышкой коробки-футляра. При этом втулка опорной плиты объединена телескопически со втулкой на дне коробки футляра болтом, а в коробке футляра имеются отсеки, в которых размещены измерительное устройство для определения усилия вдавливания зонда в грунт, спецмуфта диаметром d₄, определяемым из соотношения 1,5 < < 4, молот с осевым отверстием для штанги зонда и наголовник-фиксатор с осевым отверстием диаметром d₅, определяемым из соотношения 1; 0 < < 1,5, применяемые при динамическом зондировании прочных (песчаных) слоев грунта, наголовник-фиксатор также предназначен для повышения устойчивости штанг зонда в направляющей трубе при вдавливании их в грунт. При этом в коробке-футляре также размещена рукоятка для приложения усилия Р вдавливания зонда с отверстием посередине и ее длины для установки на шток поршня гидродинамометра и крепления с ним болтом через боковое отверстие в средней части рукоятки и штоке поршня гидродинамометра или для соединения рукоятки болтов со штангой или муфтой зонда в месте расположения фасок на поверхности при выдергивании зонда из грунта.

Предложенный зонд показан на фиг.1 - 10. На фиг.1 показан зонд в рабочем положении при вдавливании его в грунт. Он состоит из рукоятки 1, к которой приложена сила Р от веса человека. Рукоятка 1 имеет отверстие в средней части по диаметру штока 2 поршня гидродинамометра, на который она надевается и крепится с помощью болта 3.

Корпус 4 и крышка-дно 5 со втулкой 6 имеют насечки 7, а шток 2 поршня объединен на резьбе со штуцером 8 с уширением на конце и накидной гайкой 9, которые объединены со штуцером 10 манометра 11.

Втулка 6 крышки-дна 5 гидродинамометра установлена на торец штанги 12. При этом штанги 12 объединены муфтами 13. На нижний конец штанги 12 закреплен один из сменных конических наконечников 14, которые показаны на фиг.2 и 3, причем один из конических наконечников имеет форму конуса, а другой - форму конуса, основание которого объединено с основанием равного ему по диаметру d₁ цилиндра высотой l₁, определяемой из соотношения 1,5 < < 10, при этом диаметр d₁ основания конического наконечника определяется из соотношения среднего веса человека Р = 70 кгс и усилия Р₃ вдавливания конического наконечника в глинистый грунт полутвердой консистенции 0,5 < P/P₃ < 2.0. а отношение диаметра d₂ муфт к диаметру d₃ штанг составляет 1,3 < < 2,0, отношение диаметра d₁ основания конического наконечника к диаметру d₂ муфт составляет 1,05 < < 2,0, отношение длины l штанг к диаметру d₂ штанг составляет 40 < < 130. При этом основание конического наконечника (см. фиг. 2) и основание цилиндра конического наконечника (см.фиг.2,3) объединены с призмой квадратного поперечного сечения (см.разрез по Б-Б) для удобства их плотного соединения со штангой 12 зонда.

Усилие Р, прикладываемое весом человека к рукоятке 1, совместно с корпусом 4 гидродинамометра, крышкой-дном 5 со втулкой 6 является также устройством для вдавливания зонда в грунт. Штанги зонда 12, расположенные над поверхностью грунта 15, заключены в направляющую трубу 16 с наголовником-фиксатором 17, имеющим осевое отверстие диаметром d₅, определяемым из соотношения 1,0 < < 1,5. Направляющая труба 16 закреплена болтом 18 во втулке 19 опорной плиты 20, имеющей ребра 21 для крепления ее в грунте 15.

При этом опорная плита 20 является крышкой 20 коробки-футляра 22 зонда (см. фиг. 4,5,6) со втулкой 23 и болтом 3. В коробке-футляре 22 на фиг.2, 6 размещены в отсеках, разделенных перегородкой 34 гидродинамометр с манометром 11, молот 24 с осевым отверстием для штанг 12, рукоятка 1, муфты 13, конические наконечники 14, болт 18, спецмуфта 33 и стержень 26 для крепления рейки-пенала 27 (см.фиг.2,7,8,9), стержнем 26 к грунту 15.

Рейка-пенал 27 с делениями 28 на внешней стороне имеет втулку 29 для крепления в ней стержня 26, а также накладку 30 и съемную шпильку 31.

На фиг.4 футляр показан в транспортном положении (вид сверху), а на фиг. 5 дан его поперечный вертикальный разрез по оси, а на фиг.6 - вид сверху футляра-коробки 22 без крышки 20, на фиг. 7 показана рейка-пенал 27 со стержнями 12 и направляющей трубой 16 в транспортном положении. На фиг.8 дан поперечный разрез рейки-пенала 27, а на фиг.9 положение рейки-пенала 27 с делениями 28 на внешней ее стороне, укрепленной с помощью стержня 26 и втулки 29 в грунте 15. На фиг.10 показан зонд при погружении его в грунт 15 динамическим зондированием. При этом используется молот 32 с осевым отверстием, наголовник-фиксатор 17, спецмуфту 33, штанги 12 и сменный конический наконечникк 14.

Предложенный зонд работает следующим образом.

Перед началом работ зонд находится в транспортном положении (фиг.4,5,7). Затем в футляре на фиг.4,5 отвинчивают болт 1 и снимают крышку 20. Затем отвинчивают шпильку 31 и извлекают из рейки-футляра 27 штаги 12 и направляющую трубу 16, после чего шпильку 31 устанавливают на прежнее место.

Затем опорную плиту 20, как это показано на фиг.1, устанавливают на грунт 15 горизонтально или при необходимости, наклонно, вдавливая ребро 21. Затем на одну из штанг 12 навинчивают сменный конический наконечник 14.

Во втулку 19 устанавливают направляющую трубу 16 и закрепляют ее болтом 18. В направляющую трубу 16 устанавливают штангу 12 с коническим наконечником 14, а на торец штанги 12 устанавливают втулку 6 вдавливающего и измерительного устройства в виде гидродинамометра с рукояткой 1 и манометром 11. Рядом с зондом (фиг.9) устанавливают на грунт 15 параллельно штангом 12 зонда рейку-пенала 27 с делениями 28 на ее внешней стороне и закрепляют ее в грунте 15 с помощью стержня 26 и втулки 29. Затем к рукоятке 1 прикладывают усилие Р, равное весу человека, которое через штанги 12 и сменный конический наконечник 14 передается на грунт 15 и вдавливает сменный конический наконгечник 14 в грунт 15. При этом с помощью гидродинамометра по манометру 11 фиксируют усилие вдавливания сменного конического наконечника 14 в грунт 15, а по делениям 28 рейки-пенала 27, мимо которого перемещается манометр 11, отмечают глубину погружения зонда в грунт. При этом нагловник-фиксатор 17 препятствует потере устойчивости штанги 12. После того, как втулка 6 упрется в наголовник-фиксатор 17, направляющую трубу 16 размонтируют, сняв предварительно гидродинамометр с манометром 11 с торца штанги 12. Затем на торец штанги 12 вновь устанавливают втулку 6, гидродинамометр с манометром 11 и продолжает вдавливание конического наконечника 14 в грунт 15.

После вдавливания торца штанги 12 до торца втулки 19 на штангу 12 навинчивают муфту 13 и на нее следующую штангу 12. Затем процесс вдавливания продолжают.

При необходимости пробивания прочных (песчаных) слоев грунта на торец штанги 12 навинчивают спецмуфту 33 (см.фиг.10), на которую устанавливают наголовник-фиксатор 17, а затем сквозь отверстие в наголовнике-фиксаторе навиначивают следующую штангу 12 в спецмуфту 33, а на штангу 12 устанавливают молот 32 с осевым отверстием и сбрасывают его вручную с высоты штанги 12 и измеряют погружение штанги в грунт, используя рейку-пенал (см.фиг.9).

Для выдергивания штанг 12 зонда из грунта рукоятку 1 одевают на штангу 12 и крепят ее болтом 3 к штанге 12 в том месте, где расположена фаска, а затем за рукоятку 1 выдергивают штангу 12 из грунта или выбивают ударами молота 32, по спецмуфте 33, разместив его на штанге 12 ниже спецмуфты 33. По окончании производства работ зонд размещают в рейке-пенале 27 и футляре (см. фиг. 4,5,6). При необходимости определения сил трения выполняют поочередное зондирование двумя сменными наконечниками сравнивают их показания.

Литература
1. Ю. Г. Трофименков, Л.Н.Воробков. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. М.: Стройиздат, 1981 г., с.78.

2. Г. Санглера. Исследование грунтов методом зондирования, М.: Стройиздат, 1971, с. 26, 27.

3. В.И.Белов. Энциклопедия здоровья. М., 1993 г., с.159, табл.27.

4. Ю. Г. Трофименков, Л. Н.Воробков. Полевые исследования строительных свойств грунтов. М.: Стройиздат, 1981, с.109, табл.17.

Ручной зонд для глубокого зондирования грунта - РЗГ содержит штанги, соединенные муфтами и конический наконечник, приспособление для вдавливания и выдергивания зонда, направляющее и измерительное приспособления для транспортирования зонда. Кроме того, оно снабжено дополнительным коническим наконечником, причем наконечники выполнены сменными, первый конический наконечник имеет форму конуса, а дополнительный - форму конуса, основание которого объединено с основанием равного ему по диаметру d₁ цилиндра высотой l₁, определяемой из соотношения 1,5 ≤ l₁ / d₁ ≤ 10, при этом диаметру d₁ основания конического наконечника определяется из соотношения среднего веса P человека и усилия P₃ вдавливания конического наконечника в глинистый грунт полутвердой консистенции 0,5 ≤ P / P₃ ≤ 2,0; а отношение диаметра d₂ муфт к диаметру d₃ штанг составляет 1,3 ≤ d₂ / d₃ ≤ 2,0; а отношение диаметра d₁ основания конического наконечника к диаметру d₂ муфт составляет 1,05 ≤ d₁ / d₂ ≤ 2,0; а отношение длины l штанги к диаметру d₃ штанги составляет 40 ≤ l / d₃ ≤ 130. При этом в транспортном положении штанги и направляющая труба могут быть заключены в рейку-пенал с делениями на внешней стороне, которая одновременно служит для измерения глубины погружения зонда в грунт. Изобретение обеспечивает повышение надежности, транспортабельности, расширение области применения и возможность вдавливания весом человека. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Ручной зонд для глубокого зондирования грунта - РЗГ, содержащий штанги, соединенные муфтами и конический наконечник, приспособление для вдавливания и выдергивания зонда, направляющее и измерительное приспособления и приспособления для транспортирования зонда, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным коническим наконечником, причем наконечники выполнены сменными, первый конический наконечник имеет форму конуса, а дополнительный - форму конуса, основание которого объединено с основанием равного ему по диаметру d₁ цилиндра высотой l₁, определяемой из соотношения 1,5 ≤ ≤ 10, при этом диаметр d₁ основания конического наконечника зонда определяется из соотношения среднего веса P человека и усилия P₃ вдавливания конического наконечника в глинистый грунт полутвердой консистенции 0,5 ≤ P/P₃ ≤ 2,0, а отношение диаметра d₂ муфт к диаметру d₃ штанг составляет 1,3 ≤ ≤ 2,0, отношение диаметра d₁ основания конического наконечника к диаметру d₂ муфт составляет 1,05 ≤ ≤ 2, отношение длины l штанг к диаметру d₃ штанги составляет 40 ≤ ≤ 130. 2. Зонд по п.1, отличающийся тем, что на поверхности корпуса гидродинамометра и крышке-дне имеется насечка. 3. Зонд по п.1, отличающийся тем, что для соединения с манометром гидродинамометр имеет штуцер с уширением на конце и с накидной гайкой. 4. Зонд по п.1, отличающийся тем, что при вдавливании в грунт на торце направляющей трубы установлен наголовник-фиксатор с осевым отверстием диаметром d₅, определяемым из соотношения 1,0 ≤ ≤ 1,5. 5. Зонд по п.1, отличающийся тем, что в транспортном положении штанги зонда и направляющая труба размещены в рейке-пенале с делениями на внешней стороне рейки-пенала, втулкой для крепления стержня на одном торце, причем для фиксации положения штанг и направляющей трубы рейка-пенал имеет накладку на одном конце и шпильку на другом. 6. Зонд по п.1, отличающийся тем, что рейка-пенал в рабочем положении зонда является устройством для измерения глубины его погружения. 7. Зонд по п.1, отличающийся тем, что диаметр d₄ спецмуфты для динамического зондирования грунта определяется из соотношения 1,5 ≤ ≤ 4. 8. Зонд по п.1, отличающийся тем, что гидродинамометр с манометром, молот с осевым отверстием, рукоятка, сменные наконечники, муфты, спецмуфта, болт размещены в футляре-коробке с отсеками, имеющей в центре дна втулку соосно скрепленную с втулкой крышки болтом, которая является опорной плитой направляющего устройства. 9. Зонд по п.1, отличающийся тем, что основание конического наконечника объединено с призмой.