单管钻具和取土器
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发布时间：2022-04-23 13:14
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时间：2023-09-19 02:46
(一)常用单管钻具
在岩心钻探和工程钻探施工中,将单层岩心管钻具简称为单管钻具。单管钻具是常用的一种钻进方法,广泛用于完整致密、不怕冲刷的3～7级岩层和岩心采取要求不高的岩层。
单管钻具结构很简单,如图4-1所示。单管钻具一般由岩心管、岩心管接头和钻头(钢粒钻头、合金钻头和金刚石钻头)组成。当钻孔内岩粉较多时或孔内有掉块时,可配接取粉管钻进。
图4-1 单管钻具结构示意图
装配单管钻具时,丝扣必须吻合,过松或过紧时都应及时予以更换。
常用单管钻具是以钻头所采用的切削具(研磨材料)名称来命名的。如切削具(研磨材料)为钢粒、硬质合金或金刚石时,则单管钻具分别称为钢粒单管钻具、硬质合金单管钻具或金刚石钻头单管钻具。
单管钻具钻进的钻孔直径较大,最小钻孔直径为75mm,最大则可达1m以上。
单管钻具的岩心管必须垂直,外观不得有明显变形现象,其长度一般在4m左右;易斜层应保持7～9m左右,过长会影响粗径钻具的刚性,过短则导向性能差。
(二)常用取土器
在工程地质钻探中,为获得准确的工程地质资料,施工中就必须采取样品。样品包括岩石样品、水样品等。
样品根据在采取过程中受扰动的程度可以分为原状样品和扰动样品。
所谓原状样品是指天然成分和结构未被破坏的样品。用原状样品可以测定土层在自然状态下的各种物理力学指标,对地基土做出正确的评价,从而为各类工程建筑提供可靠的设计依据。采取原状样品所使用的工具称为原状取土器,简称取土器。
采取原状土样的方法很多,因而取土器的种类也很多,在施工中应根据不同地层、不同设备条件等来选择。
采取原状土样的方法归纳起来有三种,即击入法、压入法(又称贯入法)和振动法。
取土器一般分为两种,一种是锤击取土器,另一种是静压法取土器。锤击法取土以重锤少击效果为好;静压法以快速压入为好。
取土器是影响土样质量的重要因素,所以勘察部门都注重取土器的设计、制造。对取土器的基本要求是:尽可能使土样不受或少受扰动;能顺利切入土层中,并取上土样;结构简单,且使用方便。
取土器的取土质量,首先取决于取样管的几何尺寸和形状。目前国内外钻孔取土器有贯入式和回转式两大类,其尺寸、规格不尽相同。以国内主要使用的贯入式取土器来说,有两种规格的取样管,如图4-2所示。其基本技术参数如表4-1所示。
图4-2 取样管规格
表4-1 国内生产的贯入式取土器技术参数
注:在特殊情况下,取土器直径可增大至150～250mm。
1.贯入式取土器
贯入式取土器取样时,采用击入或压入的方法将取土器贯入土中。这类取土器又可分为敞口取土器和活塞取土器两类。敞口取土器按取样管壁厚分敞口厚壁取土器(图4-3)、敞口薄壁取土器(图4-4)和束节式取土器(图45)三种;活塞取土器又有固定活塞薄壁取土器(图4-6)、水压固定活塞取土器(图4-7)、自由活塞薄壁取土器(图4-8)等几种。现将它们的结构特点、适用土类及优缺点列于表4-2。
图4-3 敞口厚壁取土器
1—球阀;2—废土管;3—半合取样管;4—衬管;5—加厚管靴
图4-4 敞口薄壁取土器
1—球阀;2—固定螺钉;3—薄壁取样管
图4-5 束节式取土器
1—球阀;2—废土管;3—半合取样管;4—衬管成环刀;5—束节取样管靴
图4-6 固定活塞薄壁取土器
1—固定活塞;2—薄壁取样管;3—活塞杆;4—消除真空杆;5—固定螺钉
图4-7 水压固定活塞取土器
1—可动活塞;2—固定活塞;3—活塞杆;4—压力缸;5—竖向导管;6—取样管;7—衬管(采用薄壁管时无衬管);8—取样管刃靴(采用薄壁管时无单独刃靴)
图4-8 自由活塞薄壁取土器
1—活塞;2—薄壁取样管;3—活塞杆;4—消除真空杆;5—弹簧推卡
表4-2 贯入式取土器种类表
由表4-2可知,贯入式取土器一般适用于采取相对较软的均匀细粒土。而对于坚硬、密实的细粒土以及砂类土、碎石土来说,要取得高质量的上样,则必须采用回转式取土器。
2.回转式取土器
回转式取土器的基本结构与岩心钻探的双层岩心管相同,分为单动和双动两类。下面分别介绍单动三重管取土器和双动三重管取土器。
单动三重管(外管、内管及衬管)取土器也叫丹尼森(Denison)取土器(图4-9)。它类似于岩心钻探用的双层单动岩心管。内管内若不设衬管(薄壁筒),则称双重管取土器。内管一般齐平或稍超前于外管。
取样时外管旋转而内管保持不动。外管上的钻头环状切削土层,而内管容纳和保护土样。回转式取土器取样时需要使用循环液,循环液沿取土器底部内外管之间的环状间隙将切削的土屑携至地面。由于内管稍超前于外管,能隔离循环液对土样的影响。
双动三重管取土器类似于岩心钻探用的双层双动岩心管。其主要结构是内管也配上切削刃与外管同样回转钻进(图4-10)。为了保护土样,内管必须有较大的内间隙比,以保证衬管内的土样不因内管的转动而转动。内管同样可起到隔离循环液、保护土样的作用。显然,双动型取土器可采取更为坚硬、密实的土样。内管回转虽会对土样产生扰动影响,但因所采取的是坚硬、密实的土类,不至于造成严重后果。
图4-9 单动双重管取土器
1—外管;2—内管(取样管及内管);3—外管钻头;4—内管管靴;5—轴承;6—内管头(内装逆止阀)
图4-10 双动三重管取土器
1—外管;2—内管;3—外管钻头;4—内管钻头;5—取土管头部;6—逆止阀
回转式取土器可采取较坚硬、密实的土类以至软岩的样品。单动型取土器适用于软塑-坚硬状态的黏性土和粉土、粉细砂土,土样质量Ⅰ～Ⅱ级。双动型取土器适用于硬塑-坚硬状态的黏性土、中砂、粗砂、砾砂、碎石土及软岩,土样质量亦为Ⅰ～Ⅱ级。回转式取土器目前在国内使用较少。
