車 科 鋒

(京沈鐵路客運(yùn)專線京冀有限公司，北京 100000)

隨著基建工程的迅猛發(fā)展，動(dòng)力觸探試驗(yàn)作為一種比較簡(jiǎn)便、快捷的原位測(cè)試方法，越來越多地用于地基承載力檢測(cè)工作中。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的人工試驗(yàn)設(shè)備操作難度大、作業(yè)效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大，傳統(tǒng)的機(jī)械試驗(yàn)設(shè)備工序銜接差、成本投入大。針對(duì)動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備的現(xiàn)狀，如何開發(fā)和設(shè)計(jì)新型設(shè)備是業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的關(guān)注重點(diǎn)及熱點(diǎn)。

1 動(dòng)力觸探試驗(yàn)介紹

1.1 一般規(guī)定

動(dòng)力觸探適用于黏性土、砂類土和碎石類土，是用一定質(zhì)量的穿心錘和一定的自由落距，將一定規(guī)格的圓錐形實(shí)心探頭貫入土中一定深度并測(cè)計(jì)貫入過程中錘計(jì)數(shù)的測(cè)試方法。

1.2 設(shè)備介紹

動(dòng)力觸探分為輕型、重型和特重型。其設(shè)備類型和規(guī)格應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 動(dòng)力觸探設(shè)備類型和規(guī)格

設(shè)備探頭外形尺寸應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。探桿每米質(zhì)量不宜大于7.5 kg，探桿接頭外徑應(yīng)與探桿外徑相同，探桿和接頭材料應(yīng)采用耐疲勞高強(qiáng)度的鋼材。錘座直徑應(yīng)小于錘徑1/2，并大于100 mm；導(dǎo)桿長(zhǎng)度應(yīng)滿足重錘落距的要求，錘座和導(dǎo)桿總質(zhì)量為20 kg～25 kg。重錘應(yīng)采用圓柱形，高徑比1～2。重錘中心的通孔直徑應(yīng)比導(dǎo)桿外徑大3 mm～4 mm。

1.3 試驗(yàn)要點(diǎn)

1)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和其他測(cè)試方法的成果綜合對(duì)比。每一地基土層的試驗(yàn)次數(shù)不宜少于6次。2)試驗(yàn)過程中應(yīng)控制探桿的偏斜和側(cè)向晃動(dòng)，觸探桿最大偏斜度不應(yīng)超過2%。3)根據(jù)設(shè)備類型嚴(yán)格控制落錘的落距，確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。4)動(dòng)力觸探時(shí)，應(yīng)確保擊入過程連續(xù)不間斷進(jìn)行，錘擊頻率控制在15 擊/min～30 擊/min。

2 傳統(tǒng)動(dòng)力觸探設(shè)備工藝及缺點(diǎn)

2.1 人工設(shè)備操作工藝及缺點(diǎn)

試驗(yàn)操作工藝：動(dòng)力觸探試驗(yàn)過程中，人工扶桿來確保觸探桿的垂直度，通過手握落錘扶手人力抬升落錘至落距高度松手使落錘自由下落，完成對(duì)錘座的擊打，見圖1。

試驗(yàn)操作缺點(diǎn)：1)施工便利性差。落錘較為笨重，以重型動(dòng)力觸探設(shè)備為例，落錘重量達(dá)63.5 kg，人工需提升76 cm高度來保證落距，一套設(shè)備操作需多人同時(shí)進(jìn)行，狹小空間作業(yè)極為不便。2)勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高。參與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的扶桿人員和落錘提升人員必須具備多人協(xié)作作業(yè)的技能和意識(shí)，尤其落錘提升人員必須思想高度集中，提升至落距高度如何保證同時(shí)放手難度較大。由于試驗(yàn)要求持續(xù)不間斷進(jìn)行擊打，作業(yè)人員極易疲勞和安全意識(shí)放松，發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)較大。3)作業(yè)效率低。因純勞力操作，一般完成一個(gè)測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)檢測(cè)后，工人需時(shí)間恢復(fù)體力，導(dǎo)致工作效率較低。4)試驗(yàn)精度差。人工扶桿對(duì)探桿的偏斜和側(cè)向晃動(dòng)控制有限，探桿垂直度控制較差；受體力等不確定因素影響錘擊頻率難以準(zhǔn)確控制在15 擊/min～30 擊/min，探桿垂直度和錘擊頻率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大。

2.2 機(jī)械設(shè)備操作工藝及缺點(diǎn)

試驗(yàn)操作工藝：采用柴油機(jī)提供動(dòng)力，人工操作卷揚(yáng)機(jī)提升重錘，輔以自動(dòng)脫鉤裝置控制落距，達(dá)到半自動(dòng)化提、落錘目的，試驗(yàn)過程中人工扶桿確保觸探桿的垂直度，見圖2。

試驗(yàn)操作缺點(diǎn)：與人工設(shè)備相比，機(jī)械設(shè)備操作便利，提供了較大作業(yè)空間，錘擊頻率和探桿垂直度可較好控制，試驗(yàn)結(jié)果可靠，試驗(yàn)過程中的工效顯著提升，但也存在以下幾個(gè)顯著的缺點(diǎn)。1)施工協(xié)調(diào)差。機(jī)械設(shè)備由動(dòng)力系統(tǒng)、觸探設(shè)備、輔助裝置等組成，設(shè)備重量較大，由于施工中試驗(yàn)工點(diǎn)一般較多，且單個(gè)工點(diǎn)要求試驗(yàn)次數(shù)不少于6次，工點(diǎn)的轉(zhuǎn)場(chǎng)、試驗(yàn)過程中的挪點(diǎn)均需配合吊車、裝載機(jī)等大型機(jī)械，不利現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械調(diào)配，間接影響整體施工進(jìn)度。2)專業(yè)程度高。機(jī)械設(shè)備需配置一名專業(yè)操作手，一般培養(yǎng)一名專職、熟練的操作手需6個(gè)月時(shí)間。3)成本投入大。各類機(jī)械設(shè)備的燃油消耗導(dǎo)致費(fèi)用偏高。4)環(huán)保效果差。消耗能源、排放CO2，不符合節(jié)能減排大趨勢(shì)。

3 新型設(shè)備的設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)人工設(shè)備和機(jī)械設(shè)備存在的缺點(diǎn)，擬對(duì)傳統(tǒng)人工設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到降低操作難度、提高工作效率、減少費(fèi)用投入、確保試驗(yàn)精度、滿足環(huán)保節(jié)能的要求，開發(fā)出三角支架配套定滑輪動(dòng)力觸探裝置。

3.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖3所示，三角支架配套定滑輪動(dòng)力觸探裝置由架立系統(tǒng)、承重系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、施力系統(tǒng)、固定系統(tǒng)等組成。其采用的主要材料為鋼管、鋼板、鋼筋、槽鋼、定滑輪、尼龍繩等。

3.2 工作原理

利用三角形穩(wěn)定、定滑輪變向原理，采用支架架立傳統(tǒng)人工設(shè)備，同時(shí)在架頂、架底輔以固定裝置控制探桿垂直度，在架頂設(shè)置定滑輪輔以拉繩實(shí)現(xiàn)人工省力提升落錘，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

3.3 設(shè)備組裝

1)設(shè)備組件。

架頂承重、導(dǎo)向圓盤以120°三等分設(shè)置10 cm短截鋼筋作為支架鋼管頂端承插卡扣；以180°軸線設(shè)置2處吊環(huán)，用以掛設(shè)滑輪；在三角支架系統(tǒng)每根鋼管底部上方15 cm位置設(shè)置2個(gè)螺帽卡扣，用以架底封閉桿的承插，共計(jì)6個(gè)；在1根底部定位支撐桿及另2根底部定位支撐桿交匯處分別設(shè)置2個(gè)螺帽卡扣，共計(jì)4個(gè)，輔以L型短截鋼筋承插鎖定架底固桿鋼梁，見圖4。

2)設(shè)備安裝。

設(shè)備各組件運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，將架頂承重、導(dǎo)向圓盤置于地面，把三根50鋼管分別穿入頂端圓盤上三等分的HRB400Φ20的鋼筋中，將定滑輪安裝在吊環(huán)上后，裝置反向直立于地面安裝三腳支架定位支撐桿，最后安裝探桿固定鋼板，用HPB300Φ20鋼筋做成的L形卡扣將固定探桿鋼板固定在三腳支架定位支撐桿上，保證三腳支架安裝大致水平，且每個(gè)三腳支架定位支撐桿均受鋼管反作用力使其牢固。支立系統(tǒng)安裝牢固后，進(jìn)行動(dòng)力觸探儀安裝，裝置平放于地面，先將探頭和底截探桿分離，將探桿穿過固定探桿鋼板上的探桿孔后安裝中截探桿，將重力觸探錘安裝在中截探桿上，再加裝上截探桿，使底截、中截、上截探桿連接成整體，最后通過絲扣連接底截探桿和探頭，安裝完成后將帶有重力觸探儀的動(dòng)力觸探重錘提升及探桿垂直裝置加裝拉繩立于地面上，并用小方木在鋼管底部找平，完成設(shè)備安裝，即可進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)。

4 新型設(shè)備應(yīng)用效益

在建京沈客運(yùn)專線京冀段十標(biāo)潮白河特大橋，共計(jì)155個(gè)明挖基礎(chǔ)、挖井基礎(chǔ)采用了新型三角支架配套定滑輪動(dòng)力觸探裝置進(jìn)行地基承載力檢測(cè)，平均檢測(cè)時(shí)間從傳統(tǒng)人工設(shè)備的240 min、傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的182 min縮短至120 min，工效大大提高；施工過程無需使用任何動(dòng)力機(jī)械，不消耗燃油，環(huán)保節(jié)能效果良好；經(jīng)測(cè)算，采用新型設(shè)備節(jié)約燃油、機(jī)械、人工等直接成本73萬元。該裝置的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益十分顯著，為以后類似工程施工提供了寶貴的可借鑒經(jīng)驗(yàn)，見圖5。

5 結(jié)語

新型三角支架配套定滑輪動(dòng)力觸探裝置，利用了三角形自穩(wěn)定性能，支架穩(wěn)定性好，設(shè)備操作更安全可靠；利用定滑輪將人工施力方式由抬升變?yōu)橄吕?，人力?jié)省明顯，操作方便簡(jiǎn)單，錘擊頻率易于控制；裝置結(jié)構(gòu)輕盈，轉(zhuǎn)場(chǎng)、挪點(diǎn)無需配置吊車、裝載機(jī)等大型機(jī)械配合，各組件采用手推車即可運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，裝拆過程方便；輔助的探桿固定裝置，解決了傳統(tǒng)設(shè)備需人工扶桿的弊端，有效保證了扶桿垂直度，試驗(yàn)結(jié)果更為真實(shí)可靠；試驗(yàn)全過程無能源消耗，符合環(huán)保節(jié)能大趨勢(shì)。總體來看，該裝置應(yīng)用是成功的，尤其是在重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)中有較好的適用價(jià)值和推廣前景。