一种水利工程地基承载力检测装置及方法

摘要

本发明属于水利工程检测技术领域，具体涉及一种水利工程地基承载力检测装置及方法，该检测装置包括移动载具、升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构以及重锤，移动载具上安装有控制器、操作手柄和可拆卸的蓄电池，控制器分别与操作手柄、蓄电池以及升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构中动力单元进行连接。本发明结构设计合理，利用升降机构带动多向旋转机构、重锤释放机构进行升降，利用多向旋转机构带动重锤释放机构进行两个竖直面内的旋转操作，实现重锤的自动释放和复位操作，大幅降低检测工人的工作强度，利于提高检测效率；同时设备的体积较小，对道路环境要求降低，适合在道路环境不理想区域进行贯入试验。

权利要求

1.一种水利工程地基承载力检测装置，其特征在于包括：

移动载具，所述移动载具上安装有控制器、操作手柄和可拆卸的蓄电池；

升降机构，所述升降机构包括固定板、电动液压推杆和活动板，所述电动液压推杆通过固定板安装在移动载具上，所述电动液压推杆的活动端固定有活动板；

多向旋转机构，所述多向旋转机构安装在活动板上；所述多向旋转机构包括支撑环、活动盘、第一驱动组件、支架板和第二电机，所述支撑环和第一驱动组件安装在活动板上，所述支撑环中转动支撑有活动盘，所述活动盘的一侧与能够带动其沿中心轴线旋转的第一驱动组件连接，另一侧对称固定有两个支架板，且其中一个支架板的外端安装有第二电机；

重锤释放机构，所述重锤释放机构由多向旋转机构带动进行第一竖直面和第二竖直面内的旋转操作，所述第一竖直面和第二竖直面相互垂直；所述重锤释放机构包括导轨框、释放座和承压座，所述导轨框共有两个且对称分布，两个所述导轨框的外侧对称固定有支撑转轴，所述支架板上开设有与支撑转轴配合的定位转孔，其中一个所述支撑转轴的外端通过联轴器与第二电机的输出轴进行固连；两个所述导轨框的一端之间固定安装有释放座，另一端之间安装有能够拆卸的承压座，所述释放座、承压座各自的座体中心处开设有避让孔，所述释放座位于避让孔的两侧嵌入安装有两个用于电磁吸附重锤的电磁铁；

以及重锤，所述控制器分别与操作手柄、蓄电池以及升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构中动力单元进行连接，实现重锤的自动释放和复位操作。

2.根据权利要求1所述的水利工程地基承载力检测装置，其特征在于：所述移动载具为手动推车，其包含车板、移动轮和推手。

3.根据权利要求1所述的水利工程地基承载力检测装置，其特征在于：所述第一驱动组件由第一电机、伞形转向齿轮组、转向轴和防护罩构成，所述第一电机通过防护罩固定在活动板上，所述第一电机的输出轴与转向轴通过伞形转向齿轮组进行传动连接，所述转向轴固定在活动盘的一侧中心处。

4.根据权利要求1所述的水利工程地基承载力检测装置，其特征在于：所述重锤包括圆形部、导向部和锤击部，所述圆形部的外周对称设有导向部，所述导向部与导轨框的内腔形状相互配合，所述导向部开设有用于避让导轨框内紧固螺钉、电磁铁引线的避让凹槽，所述圆形部的上下两端面对称设有能够从避让孔中穿过的锤击部。

5.根据权利要求4所述的水利工程地基承载力检测装置，其特征在于：所述重锤中圆形部、导向部和锤击部为一体结构，或者所述重锤中圆形部、导向部为一体结构，所述锤击部通过螺接方式与圆形部进行可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的水利工程地基承载力检测装置，其特征在于：所述移动载具上还安装有锚固机构，所述锚固机构包括固定在移动载具上的锚固座，所述锚固座上滑动连接有若干沿竖直方向贯穿移动载具的锚固杆，在所述锚固座的侧端设置若干贯穿孔，所述锚固座的侧端螺接有能够旋入贯穿孔中的紧固螺钉，通过紧固螺钉对锚固杆的位置进行锁定。

7.根据权利要求6所述的水利工程地基承载力检测装置，其特征在于：所述移动载具上还安装有加重机构，所述加重机构包括底盒，盖板以及设置在两者之间的若干相互套接的矩形框，所述底盒、盖板及矩形框共同构成储水箱，所述底盒的侧端设有带开度阀的排水管，所述盖板上安装有进水管；所述底盒的外侧设有第一凸座，所述盖板的外侧设有第二凸座，所述第一凸座和第二凸座之间连接有多节伸缩套管。

8.一种水利工程地基承载力检测方法，基于如权利要求5‑7任一项所述的水利工程地基承载力检测装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

1）在检测点处钻孔至预定深度后，将探杆和对开取样器连接后放入钻孔中；利用移动载具调整承压座的位置，使得承压座的避让孔位于探杆的正上方，且避让孔的中心轴线与探杆的中心轴线相互重合；

2）利用重锤释放机构来释放重锤，重锤对探杆进行锤击，而后通过升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构的配合来实现重锤的复位；

3）重复步骤2）直至将取样器从当前的孔底向下贯入预定深度，记录探杆贯入预定深度所需要的锤击数，然后记录后30cm中每10cm的锤击数及30cm的总计锤击数。

说明书

一种水利工程地基承载力检测装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于水利工程检测技术领域，具体涉及一种水利工程地基承载力检测装置及方法。

背景技术

[0002] 水利工程属于民生工程，是促进社会可持续发展的关键，只有保证水利工程质量，才能够充分发挥其预防洪涝灾害、开发水利资源的作用。地基基础是水利工程建设的关键部分，在基础施工中，必须加强地基试验检测，才能明确水利工程建设的地质条件。其中，标准贯入试验（standard penetration test，SPT）是动力触探的一种，是在现场测定地基承载力的一种方法。

[0003] 以水利工程的某独立桩基岩土工程检测为研究对象，基底持力层为强风化砂岩，地基承载力为350 kPa。根据实验检测规定要求，在地基基础的抽查过程中，抽检数量每200 2
m 不应少于1个孔，要求选择10个以上孔，基槽每20延米不得少于1个孔。在岩土试验检测前，选择63.5 kg的穿心锤作为检测工具，以76 cm的自由落距将标准规格的贯入器打入试验土层对岩土层的力学数据做好详细记录。同时还需要对深度在30 cm的锤击数做好记录。
具体的试验检测仪器如下:1）贯入器：对开管长度大于500 mm，外径51 mm，内径35 mm，管靴长度76 mm，刃角度20°，刃口单刃厚度2.5mm。2）触探杆:直径为50 mm的钻杆，相对弯曲小于
1‰。3）穿心锤:落锤质量63.5 kg，落距为76 cm。

[0004] 传统水利工程地基承载力检测装置主要有两种，一种是采用人工牵引方式进行落锤的锤击操作，工人的工作强度较大；另一种是采用触探车来进行贯入试验，但是触探车体积较大，对使用环境有要求，不适合在道路环境不理想区域进行贯入试验。因此，有必要提供一种能够替代人工且便于运输的水利工程地基承载力检测装置。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种替代人工且便于运输水利工程地基承载力检测装置及方法。

[0006] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

[0007] 本发明提供一种水利工程地基承载力检测装置，包括：

[0008] 移动载具，所述移动载具上安装有控制器、操作手柄和可拆卸的蓄电池；

[0009] 升降机构，所述升降机构包括固定板、电动液压推杆和活动板，所述电动液压推杆通过固定板安装在移动载具上，所述电动液压推杆的活动端固定有活动板；

[0010] 多向旋转机构，所述多向旋转机构安装在活动板上；

[0011] 重锤释放机构，所述重锤释放机构由多向旋转机构带动进行第一竖直面和第二竖直面内的旋转操作，所述第一竖直面和第二竖直面相互垂直；

[0012] 以及重锤，所述控制器分别与操作手柄、蓄电池以及升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构中动力单元进行连接，实现重锤的自动释放和复位操作。

[0013] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述移动载具为手动推车，其包含车板、移动轮和推手。

[0014] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述多向旋转机构包括支撑环、活动盘、第一驱动组件、支架板和第二电机，所述支撑环和第一驱动组件安装在活动板上，所述支撑环中转动支撑有活动盘，所述活动盘的一侧与能够带动其沿中心轴线旋转的第一驱动组件连接，另一侧对称固定有两个支架板，且其中一个支架板的外端安装有第二电机。

[0015] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述第一驱动组件由第一电机、伞形转向齿轮组、转向轴和防护罩构成，所述第一电机通过防护罩固定在活动板上，所述第一电机的输出轴与转向轴通过伞形转向齿轮组进行传动连接，所述转向轴固定在活动盘的一侧中心处。

[0016] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述重锤释放机构包括导轨框、释放座和承压座，所述导轨框共有两个且对称分布，两个所述导轨框的外侧对称固定有支撑转轴，所述支架板上开设有与支撑转轴配合的定位转孔，其中一个所述支撑转轴的外端通过联轴器与第二电机的输出轴进行固连；两个所述导轨框的一端之间固定安装有释放座，另一端之间安装有能够拆卸的承压座，所述释放座、承压座各自的座体中心处开设有避让孔，所述释放座位于避让孔的两侧嵌入安装有两个用于电磁吸附重锤的电磁铁。

[0017] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述重锤包括圆形部、导向部和锤击部，所述圆形部的外周对称设有导向部，所述导向部与导轨框的内腔形状相互配合，所述导向部开设有用于避让导轨框内紧固螺钉、电磁铁引线的避让凹槽，所述圆形部的两面对称设有能够从避让孔中穿过的锤击部。

[0018] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述重锤中圆形部、导向部和锤击部为一体结构，或者所述重锤中圆形部、导向部为一体结构，所述锤击部通过螺接方式与圆形部进行可拆卸连接。

[0019] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述移动载具上还安装有锚固机构，所述锚固机构包括固定在移动载具上的锚固座，所述锚固座上滑动连接有若干沿竖直方向贯穿移动载具的锚固杆，所述锚固座的侧端螺接有能够旋入贯穿孔中的紧固螺杆。

[0020] 进一步地，上述水利工程地基承载力检测装置中，所述移动载具上还安装有加重机构，所述加重机构包括底盒，盖板以及设置在两者之间的若干相互套接的矩形框，所述底盒、盖板及矩形框共同构成储水箱，所述底盒的侧端设有带开度阀的排水管，所述盖板上安装有进水管；所述底盒的外侧设有第一凸座，所述盖板的外侧设有第二凸座，所述第一凸座和第二凸座之间连接有多节伸缩套管。

[0021] 本发明还提供一种水利工程地基承载力检测方法，基于上述的水利工程地基承载力检测装置实现，包括如下步骤：

[0022] 1）在检测点处钻孔至预定深度后，将探杆和对开取样器连接后放入钻孔中；利用移动载具调整承压座的位置，使得承压座的避让孔位于探杆的正上方，且避让孔的中心轴线与探杆的中心轴线相互重合；

[0023] 2）利用重锤释放机构来释放重锤，重锤对探杆进行锤击，而后通过升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构的配合来实现重锤的复位；

[0024] 3）重复步骤2）直至将取样器从当前的孔底向下贯入预定深度，记录探杆贯入预定深度所需要的锤击数，然后记录后30cm中每10cm的锤击数及30cm的总计锤击数。

[0025] 本发明的有益效果是：

[0026] 1、本发明提供的水利工程地基承载力检测装置结构设计合理，其主要由移动载具、升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构以及重锤构成，利用升降机构带动多向旋转机构、重锤释放机构进行升降，利用多向旋转机构带动重锤释放机构进行两个竖直面内的旋转操作，实现重锤的自动释放和复位操作，大幅降低检测工人的工作强度，利于提高检测效率；同时设备的体积较小，对道路环境要求降低，适合在道路环境不理想区域进行贯入试验。

[0027] 2、本发明中多向旋转机构可带动重锤释放机构进行带动进行第一竖直面和第二竖直面内的旋转操作，第一竖直面和第二竖直面相互垂直，通过这种方式可控制重锤复位过程中对释放座的冲击力，避免冲击过大导致释放座中电磁铁损坏情况的出现。

[0028] 当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0030] 图1为本发明中检测装置一种角度的结构示意图；

[0031] 图2为本发明中检测装置另一种角度的结构示意图；

[0032] 图3为本发明中升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构的装配示意图；

[0033] 图4为本发明中导轨框在第二竖直面内旋转的示意图；

[0034] 图5为本发明中导轨框在第一竖直面内旋转的示意图；

[0035] 图6为本发明中重锤复位后的结构示意图；

[0036] 图7为本发明实施例一中重锤的结构示意图；

[0037] 图8为本发明实施例四中重锤的结构示意图；

[0038] 图9为本发明中锚固机构的结构示意图；

[0039] 图10为本发明中加重机构的使用状态图；

[0040] 图11为本发明中加重机构的折叠状态图；

[0041] 图12为本发明的控制原理框图；

[0042] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0043] 1‑移动载具，2‑固定板，3‑电动液压推杆，4‑活动板，5‑支撑环，6‑活动盘，7‑第一驱动组件，701‑第一电机，702‑伞形转向齿轮组，703‑转向轴，8‑支架板，9‑导轨框，10‑第二电机，11‑释放座，12‑电磁铁，13‑承压座，14‑避让孔，15‑重锤，151‑圆形部，152‑导向部，153‑避让凹槽，154‑锤击部，16‑蓄电池，17‑伸缩导向杆，18‑锚固机构，181‑锚固座，182‑锚固杆，183‑紧固螺钉，19‑加重机构，191‑底盒，192‑盖板，193‑矩形框，194‑进水管，195‑排水管，196‑第一凸座，197‑第二凸座，198‑伸缩套管。

具体实施方式

[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045] 实施例一

[0046] 如图1 图6所示，本实施例为一种水利工程地基承载力检测装置，包括移动载具1、~升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构以及重锤15。移动载具1上安装有控制器20、操作手柄21（图中未示出）和可拆卸的蓄电池16。升降机构包括固定板2、电动液压推杆3和活动板
4，电动液压推杆3通过固定板2安装在移动载具1上，电动液压推杆3的活动端固定有活动板
4，为了保障运行的稳定性，在固定板2和活动板4之间设有若干伸缩导向杆17，伸缩导向杆
17由套设的杆体和套体构成。多向旋转机构安装在活动板4上。重锤释放机构由多向旋转机构带动进行第一竖直面和第二竖直面内的旋转操作，第一竖直面和第二竖直面相互垂直；
控制器20分别与操作手柄21、蓄电池16以及升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构中动力单元进行连接，实现重锤的自动释放和复位操作。

[0047] 本实施例中，移动载具1为手动推车，其包含车板、移动轮和推手。

[0048] 本实施例中，多向旋转机构包括支撑环5、活动盘6、第一驱动组件7、支架板8和第二电机10，支撑环5和第一驱动组件7安装在活动板4上，支撑环5中转动支撑有活动盘6。活动盘6的一侧与能够带动其沿中心轴线旋转的第一驱动组件7连接，另一侧对称固定有两个支架板8，且其中一个支架板8的外端安装有第二电机10。第一驱动组件7由第一电机701、伞形转向齿轮组702、转向轴703和防护罩构成，第一电机701通过防护罩固定在活动板4上，第一电机701的输出轴与转向轴703通过伞形转向齿轮组702进行传动连接，转向轴703固定在活动盘6的一侧中心处。

[0049] 本实施例中，重锤释放机构包括导轨框9、释放座11和承压座13，导轨框9共有两个且对称分布，两个导轨框9的外侧对称固定有支撑转轴，支架板8上开设有与支撑转轴配合的定位转孔，其中一个支撑转轴的外端通过联轴器与第二电机10的输出轴进行固连。两个导轨框9的一端之间固定安装有释放座11，另一端之间安装有能够拆卸的承压座13。释放座11、承压座13各自的座体中心处开设有避让孔14，释放座11位于避让孔14的两侧嵌入安装有两个用于电磁吸附重锤15的电磁铁12。

[0050] 本实施例中，如图7所示，重锤15包括圆形部151、导向部152和锤击部154，圆形部151的外周对称设有导向部152，导向部152与导轨框9的内腔形状相互配合，导向部152开设有用于避让导轨框9内紧固螺钉、电磁铁引线的避让凹槽153，圆形部的151两面对称设有能够从避让孔14中穿过的锤击部154，锤击部154的轴向长度大于单次锤击后探杆的最大位移位移值。重锤15中圆形部151、导向部152和锤击部154为一体结构。

[0051] 本实施例还提供一种水利工程地基承载力检测方法，包括如下步骤：

[0052] 1）在检测点处钻孔至预定深度后，将探杆和对开取样器连接后放入钻孔中；利用移动载具1调整承压座13的位置，使得承压座13的避让孔14位于探杆的正上方，且避让孔14的中心轴线与探杆的中心轴线相互重合。

[0053] 2）利用重锤释放机构来释放重锤15（电磁铁12断电实现释放），重锤15对探杆进行锤击，而后通过升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构的配合来实现重锤15的复位。如图4图6和图12所示，控制器20分别与操作手柄21、蓄电池16、电动液压推杆3、第一电机701、第~二电机10和电磁铁12进行连接，通过操作手柄21经控制器20进行各动力部件的控制操作，利用升降机构将驱动导轨框9抬起一定高度，然后利用第二电机10驱动导轨框9进行第二竖直面内的翻转，翻转角度为45 60度，再利用第一电机701带动导轨框9进行第一竖直面内的~
翻转，翻转角度为100 120度，使得重锤在自身重力作用下缓慢沿导轨框9传动方向滑至与~
释放座11内的电磁铁12接触，电磁铁12通电实现对重锤15的吸附固定，而后再利用电机
701、第二电机10使得重锤15复位至顶端待释放处，最后利用升降机构进一步调节导轨框9底端承压座13与探杆的位置，使两者距离与初次距离相等即可。

[0054] 3）重复步骤2）直至将取样器从当前的孔底向下贯入预定深度，记录探杆贯入预定深度所需要的锤击数，然后记录后30cm中每10cm的锤击数及30cm的总计锤击数。

[0055] 上述检测过程中，操作人员可站立在移动载具1上进行加重。重锤15的重量控制在63.5kg，重锤15在导轨框9中滑动行程设置在76cm。

[0056] 实施例二

[0057] 本实施例在实施例一的基础上进行改进，移动载具1上还安装有锚固机构18，锚固机构18如图9所示，包括固定在移动载具1上的锚固座181，锚固座181上滑动连接有若干沿竖直方向贯穿移动载具1的锚固杆182，锚固座181的侧端螺接有能够旋入贯穿孔中的紧固螺杆183，紧固螺钉183的设置上为了对锚固杆182的位置进行锁定。

[0058] 本实施例提供一种水利工程地基承载力检测方法，包括如下步骤：

[0059] 1）在检测点处钻孔至预定深度后，将探杆和对开取样器连接后放入钻孔中；利用移动载具1调整承压座13的位置，使得承压座13的避让孔14位于探杆的正上方，且避让孔14的中心轴线与探杆的中心轴线相互重合；利用锚固机构将移动载具1的位置锁定。

[0060] 2）利用重锤释放机构来释放重锤15，重锤15对探杆进行锤击，而后通过升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构的配合来实现重锤15的复位。

[0061] 3）重复步骤2）直至将取样器从当前的孔底向下贯入预定深度，记录探杆贯入预定深度所需要的锤击数，然后记录后30cm中每10cm的锤击数及30cm的总计锤击数。

[0062] 实施例三

[0063] 本实施例在实施例二的基础上进行改进，移动载具1上还安装有加重机构19，加重机构19如图10 图11所示，包括底盒191，盖板192以及设置在两者之间的若干相互套接的矩~形框193，相邻两个矩形框193之间设有柔性连接部，底盒191、盖板192及矩形框193共同构成能够折叠收纳的储水箱。底盒191的侧端设有带开度阀的排水管195，盖板192上安装有进水管194，为了便于加水，进水管194可设计为多个，包含与抽水泵输水管配合的接管（管径
3‑6cm）以及便于人工加水的大开口管（管径20‑30cm）。底盒191的外侧设有第一凸座196，盖板192的外侧设有第二凸座197，第一凸座196和第二凸座197之间连接有多节伸缩套管198。

[0064] 本实施例提供一种水利工程地基承载力检测方法，包括如下步骤：

[0065] 1）将移动载具1推至检测点处，将加重机构19和蓄电池16安装在移动载具1上，加重机构19注水实现加重，而后将重锤15、承压座13依次安装，完成装置的组装；通过升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构的配合来实现重锤15的吸附固定。

[0066] 2）在检测点处钻孔至预定深度后，将探杆和对开取样器连接后放入钻孔中；利用移动载具1调整承压座13的位置，使得承压座13的避让孔14位于探杆的正上方，且避让孔14的中心轴线与探杆的中心轴线相互重合；利用锚固机构18将移动载具1的位置锁定。

[0067] 3）利用重锤释放机构来释放重锤15，重锤15对探杆进行锤击，而后通过升降机构、多向旋转机构、重锤释放机构的配合来实现重锤15的复位。

[0068] 4）重复步骤3）直至将取样器从当前的孔底向下贯入预定深度，记录探杆贯入预定深度所需要的锤击数，然后记录后30cm中每10cm的锤击数及30cm的总计锤击数。

[0069] 实施例四

[0070] 本实施例的结构及应用与实施例一基本相同，其不同之处如图8所示，重锤15中圆形部151、导向部152为一体结构，锤击部154通过螺接方式与圆形部151进行可拆卸连接。

[0071] 以上公开的本发明优选实施例只是利于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。