ПРЕССИОМЕТР Российский патент 2005 года по МПК E02D1/00 E21B47/00 

Изобретение относится к инженерным изысканиям в строительстве, а именно к устройствам для определения деформируемости и прочности грунта в скважине.

Известен прессиометр [1], содержащий прессиометрический зонд, трубопровод, нагружающую и измерительную систему, причем зонд включает цилиндрический корпус для рабочей жидкости с перфорированной боковой поверхностью и эластичную оболочку, герметично закрепленную на боковой поверхности корпуса.

Недостаток известного решения заключается в сложности его изготовления и сборки, связанной с наличием составных обойм с жесткими подпружиненными пластинами.

Известно устройство для прессиометрических испытаний грунтов [2], содержащее приспособления для доставки рабочего органа на точку испытаний, а также нагрузочное оборудование и каналы связи, причем рабочий орган (прессиметрический зонд) включает цилиндрический корпус с проточками, с герметично закрепленной на нем эластичной оболочкой и размещенной между ними рабочей жидкостью, а также измерительные приспособления.

Недостаток известного решения заключается в низкой информативности в результате точечных, случайных измерений. Это особенно относится к испытаниям неоднородных, слоистых (слоеный пирог) и водонасыщенных грунтов.

Известен также прессиометр [3], являющийся по технической сути и по общему количеству существенных признаков прототипом предлагаемого изобретения. Прессиометр содержит прессиометрический зонд трубопровод, измерительную и нагружающую системы и канал связи. Зонд включает полый цилиндрический корпус, заполненный рабочей жидкостью, средства для измерения уровня жидкости, эластичную оболочку, герметично закрепленную на боковой поверхности корпуса, имеющего сквозные отверстия в верхней и нижней части.

Недостаток известного решения заключается в громоздкости зонда и в низкой информативности проводимых с его помощью испытаний, из-за сложной конструкции измерительного и нагрузочного оборудования.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции зонда и измерительных приспособлений, уменьшение габаритов и повышение информативности от получаемых данных испытаний за счет обеспечения однозначности интерпретации этих данных.

Поставленная задача решена тем, что прессиометр, содержащий прессиометрический зонд, трубопровод, нагружающую систему, канал связи, тягу и измерительное приспособление, причем зонд включает полый цилиндрический корпус с днищем и оголовком, заполненный рабочей жидкостью, эластичную оболочку, герметично закрепленную на боковой поверхности корпуса с возможностью образования между оболочкой и корпусом объема, сообщающегося через сквозные отверстия в стенке корпуса, а измерительное приспособление соединено посредством канала связи с измерительной станцией, согласно изобретения, в верхней части полости корпуса над рабочей жидкостью установлен поршень со штоком, соединенным верхним концом с тягой, с возможностью осевого перемещения поршня и вытеснения рабочей жидкости под эластичную оболочку, а над поршнем образована полость, соединенная с трубопроводом, причем в днище полого корпуса установлена герметичная пробка, а измерительное приспособление выполнено в виде датчика линейных перемещений поршня. Сквозные отверстия в боковой стенке полого корпуса образованы равномерно вблизи его днища, а снаружи, на боковой стенке корпуса под эластичной оболочкой образованы вертикальные либо наклонные канавки, нижняя часть каждой из которых сопряжена с соответствующим сквозным отверстием, а верхняя объединена кольцевой проточкой на полом корпусе, причем герметическая пробка снабжена со стороны камеры регулируемым упором, ограничивающим величину хода поршня.

Предложенное выполнение прессиометрического зонда позволяет существенно упростить изготовление, монтаж и демонтаж зонда, уменьшить его высоту и вес, а также существенно упростить измерения и интерпретацию получаемых при испытании результатов.

Действительно, зная площадь поршня и величину его перемещения от заданного над поршнем давления, легко определяется объем жидкости, вытесненный под эластичную оболочку. Зная площадь рабочей части эластичной оболочки (на краевые эффекты вводят известные поправочные коэффициенты) и объем рабочей жидкости под оболочкой однозначно определяется осредненное (интегральное) значение осадки грунта под эластичной оболочкой во всех направлениях независимо от вида и состояния разреза испытуемого грунта, что является решением поставленной технической задачи.

Поскольку точки испытаний грунта (глубина) и их количество определяется, исходя из вида и состояния разрезов грунта в скважине в процессе ее бурения, в зонде перед испытаниями предусмотрена возможность ограничения хода поршня за счет регулируемого упора в герметичной пробке и, следовательно, ограничение возможности расширения эластичной оболочки. Это обеспечивает как целостность оболочки, так и возможность не прерывать испытания грунта в широких пределах его прочностных и деформирующих свойств. При необходимости для слабых грунтов могут быть использованы зонды с увеличенным ходом поршня и повышенной эластичностью оболочки.

На чертеже схематично изображен общий вид предлагаемого прессиометрического зонда.

Зонд содержит полый цилиндрический корпус 1, заполненный рабочей жидкостью 2, эластичную оболочку 3, герметично закрепленную снизу и сверху корпуса 1, снабженного сквозными отверстиями 4 и вертикальными (наклонными) канавками 5 по его наружной поверхности. Зонд имеет также донную часть 6 и оголовник 7. В верхней части корпуса 1 над рабочей жидкостью 2 размещен поршень 8, снабженный штоком 9, пропущенным с уплотнением сквозь оголовник 7 и соединенным с тягой (условно не показана). Над поршнем 8 образована полость 10, соединенная с трубопроводом 11, а в донной части 6 корпуса герметично установлена пробка 12 с регулируемым упором 13. Измерительное приспособление 14 (взаимодействующее со штоком 9) соединено каналом связи 15 с измерительной станцией (не показана).

Зонд имеет также технологические разъемы, уплотнения, окна в оголовнике 7, а также крепежные элементы, на чертеже не обозначенные.

Прессиометр работает следующим образом: перед началом работы поршень 8 устанавливают в крайнее верхнее положение, а затем прессиметрический зонд переворачивают так, чтобы пробка 12 смотрела вверх. После отвинчивания пробки 12 из донной части 6 в отверстие заливают рабочую жидкость 2 и, заполняя корпус 1 рабочей жидкостью, одновременно стравливают из полости воздух (чему способствуют также канавки 5 и отверстия 4). После заполнения корпуса жидкостью, устанавливают в нужное положение упор 13 и завинчивают герметирующую пробку 12 в днище. После этого зонд переворачивают в рабочее положение, с помощью трубопровода 11 подсоединяют его к нагрузочному приспособлению (к баллону либо компрессору), а измерительное приспособление 14 посредством линии связи 15 подсоединяют к измерительной станции.

Зонд с помощью тяги (либо колонны труб или троса) опускают в скважину на точку испытаний, создают сначала обжатие грунта с помощью эластичной оболочки и подачей небольшого предварительного давления в полости 10 над поршнем 8 с помощью компрессора или баллона с газом. Затем после прижатия эластичной оболочки 3 к грунту дают первую ступень давления на грунт и после стабилизации обжатия стенок грунта в скважине под действием давления первой ступени определяют величину радиальной деформации грунта под эластичной оболочкой 3 по измененной величине осевого перемещения поршня 8 и известному соотношению площадей поршня и оболочки и далее обрабатывают результаты по известной методике. По окончании первой ступени нагрузки переходят к последующим ступеням по заданной программе (вплоть до разрушения грунта, если это входит в программу).

По окончании испытаний грунта на заданной глубине воздух из трубопровода 11 стравливают, с помощью тяги возвращают поршень 8 в исходное верхнее положение, при этом рабочая жидкость перетекает из эластичной оболочки в полый корпус зонда, а эластичная оболочка плотно прижимается к боковой поверхности корпуса 1. После этого зонд перемещают на новую заданную глубину и производят испытания в том же порядке.

По чертежам заявителя был изготовлен предлагаемый зонд и опробован по описанной методике на стройплощадках Московской области.

При необходимости в экспертизу могут быть высланы акты испытаний устройства.

Таким образом, изобретение отвечает критерию решения поставленной технической задачи и возможности его промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР, №1094898, М.кл. Е 02 D 1/00, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР, №567993, М.кл. Е 02 D 1/00, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР, №221364, М.кл. G 01 D 3/10, 1966 г. (Прототип).

Изобретение относится к инженерным изысканиям в строительстве, преимущественно к устройствам для определения деформационных и прочностных свойств грунтов в скважине. Технической задачей изобретения является упрощение конструкции зонда и измерительных приспособлений, повышение надежности его работы, а также повышение надежности и достоверности получаемой информации. Прессиометр содержит прессиометрический зонд (рабочий наконечник), тягу, трубопровод, линию связи, а также нагрузочное приспособление и измерительную станцию. Зонд включает полый цилиндрический корпус с днищем и оголовком, заполненный рабочей жидкостью, эластичную оболочку, герметично закрытую снизу и сверху полого корпуса, имеющего перфорацию в незакрепленную зону оболочки. Согласно изобретению в верхней части полого корпуса над рабочей жидкостью установлен поршень со штоком, пропущенным с уплотнением через оголовник и соединенный с тягой с возможностью осевого перемещения поршня, а над поршнем образована полость, соединенная с трубопроводом, причем в днище полого корпуса установлена герметичная заглушка, измерительное приспособление выполнено в виде датчика линейных перемещений поршня. Сквозные отверстия в стенке полого корпуса образованы вблизи его днища, снаружи корпуса образованы вертикальные либо наклонные канавки, совмещенные нижними концами со сквозными отверстиями, а герметичная пробка снабжена регулируемым упором для ограничения хода поршня. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Прессиометр, содержащий прессиометрический зонд, трубопровод, нагружающую систему, тягу и измерительное приспособление, причем прессиометрический зонд включает полый цилиндрический корпус, заполненный жидкостью, эластичную оболочку, герметично закрепленную снизу и сверху полого корпуса, имеющего сквозные отверстия в зоне незакрепленного участка оболочки, отличающийся тем, что в верхней части полости корпуса установлен поршень со штоком, соединенный с тягой, с возможностью осевого перемещения поршня и вытеснения жидкости под эластичную оболочку, причем над поршнем образована полость, соединенная с трубопроводом, а в днище полого корпуса установлена герметичная пробка, при этом измерительное приспособление выполнено в виде датчика линейных перемещений поршня.2. Прессиометр по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия на боковой стенке корпуса образованы вблизи его донной части, а снаружи на боковой стенке корпуса под эластичной оболочкой образованы вертикальные либо наклонные канавки, нижняя часть каждой из которых сопряжена с соответствующим сквозным отверстием, причем герметичная пробка снабжена со стороны камеры сменным упором, ограничивающим величину хода поршня.