專利名稱：用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多點位移計錨頭，更具體涉及一種用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭。
背景技術：
處于軟土地區的建設工程，由于軟土層具有含水量高、高壓縮性、高觸變性、強度低等特點，因此，在軟土地區施工，將導致較大的土體變形，為確保工程安全，工程技術人員需經常了解施工過程中土體的沉降變形，分析土體變形的“時間效應”和“空間效應”，用以判斷工程施工的合理性，及時反饋分析并修正優化工程施工中存在的問題，用于指導后續工程施工。目前，有關軟土地區土體位移計錨頭大多采用水膨脹壓縮木錨固、爪鉤式錨頭點接觸錨固、撐開式傘形土錨錨頭、注漿或錨固劑粘結孔內測點錨固等，這些錨固方式受工程施工條件限制，存在許多不足。水膨脹壓縮木錨固在土體錨固中安裝困難，操作不便，注水·時間和膨脹時間難以控制，土體的錨固強度不夠，容易造成孔內測點移動，使監測數據不準確；爪鉤式錨頭點接觸錨固，爪鉤處使土體結構破壞，造成土體錨固強度不夠，可靠性差，使孔內測點偏離實際監測點，帶來較大誤差；撐開式傘形土錨錨頭，當傘形土錨撐開時，造成土體結構破壞，特別容易造成孔口土體塌陷，使土體錨固強度降低，抗滑能力下降，影響土體錨固效果；采用注漿或錨固劑粘結孔內測點錨固時，注漿時間長，施工不便，且在極軟弱土層中錨固效果不佳，造成錨固強度不可靠，帶來測量誤差，影響數據的精度。以上土體位移計錨頭均不適用于軟土地區土體的錨固，特別是在富水軟弱地層，土體自穩性較差，透水性、富水性好，錨頭錨固時造成土體結構的破壞，使錨固力大幅度降低，且缺少護孔裝置，容易造成塌孔，使測量不準確，而有關軟土地層多層刀片式多點位移計錨頭的相關研究鮮有報道。中國專利CN 207622U管縫錨固式多點位移計，該裝置包括管縫式錨頭，管縫式錨頭為彈簧鋼制成的帶縫的錐臺形錨頭，并配有開口尾圈和倒刺，但是該錨頭主要用于巖基、井巷、硐室及隧道燈巖土工程，而不能用于軟體地層的錨固。中國專利CN 1415805A船錨式注漿張開型士錨錨頭，主要包括薄壁銅管、錨抓頂座、活塞推進體、撐桿和錨抓，錨抓頂座與薄壁鋼管固定連接，撐桿兩頭由活動銷釘分別連接活塞推進體的撐桿底座和錨抓，錨抓的頭部通過活動銷釘與錨抓頂座連接，錨抓的中部通過活動銷釘與撐桿連接，錨頭后部設置連接孔與錨索相連。但是該專利比較適用于土質基坑、邊坡墻中的錨固，不適用與富水軟弱軟土地層的錨固，如果利用高壓灌漿使錨抓張開切入錨孔孔壁，會造成土體結構的破壞，影響測量數據的精度。中國專利CN 2078375U巖土鉆孔多點位移計，主要自錨頭、外伸型或凸起狀彈簧片和測尺組成，錨頭是由中間口徑較大，兩端口徑小的三段開縫的異徑管固定連接。該專利適用于松軟巖層、煤體及土層測量，但是不適用于富水軟弱的軟體地層，容易造成錨固位置土體結構的破壞，使土體錨固力不足，影響位移測量的精度。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，該方法具有量程大、結構簡單、錨固效果好、抗滑能力強、施工方便、性能可靠等優點。本發明的技術方案如下
本發明多層刀片式多點位移計錨頭，該錨頭包括安置于待測土體的鉆孔內的若干測點錨固頭單元，各測點錨固頭單元依次垂直放置且相互之間首末皆通過套管連接，每個測點錨固頭單元固定鉆孔縱向的一個測點。所述套管為中空的構件，各段套管的長度可根據位移測點的間隔長度選用鋼管進行定制； 所述鉆孔內測點錨固頭單元設計為面接觸式，每個測點錨固頭單元均包括主錨固頭10和錨頭保護罩11，主錨固頭10和錨頭保護罩11之間是螺紋連接，測點錨固頭上端是由主錨固頭10通過鎖定螺釘與上套管連接，其下端是由錨頭保護罩11通過鎖定螺釘與下套管連接。所述主錨固頭10包括壓簧裝置、若干扭簧、若干刀片式錨抓、若干銦鋼絲及定滑輪、垂直套筒和水平固定板，扭簧數量和刀片式錨抓數量一致，且各扭簧輸出端分別與刀片式錨抓基部鉸接。所述壓簧裝置置于主錨固頭中央，所述若干扭簧均勻分布于主錨固頭外圍區域，在水平方向，所述垂直套筒置于壓簧裝置和扭簧之間用于限位。在垂直方向，所述水平固定板置于壓簧裝置和扭簧之間用于限位，保證所述壓簧裝置底部位于扭簧頂部之上。所述壓簧裝置置于所述主錨固頭中央，包括壓簧、固定軸、壓簧底座和頂蓋，所述壓簧套入固定軸上，固定軸固著于壓簧底座上，所述頂蓋置于固定軸頂端，且頂蓋自身重力足以靜止壓緊壓簧。所述壓簧裝置上方設置一對銦鋼絲及定滑輪，銦鋼絲連接于壓簧裝置的頂蓋上頂部中央，通過定滑輪使得頂蓋起升或下降始終處于垂直方向，
所述若干扭簧與壓簧裝置之間分別通過若干對銦鋼絲及定滑輪連接，定滑輪分別固定于水平固定板上，位置相對于扭簧輸入端，而各銦鋼絲一端連接于壓簧裝置的頂蓋下部邊沿，另一端分別連接于對應各扭簧的輸入端，通過定滑輪使得頂蓋起升或下降垂直方向運動同步轉化成若干水平方向對扭簧輸入端的牽拉動作，扭簧的輸出端旋轉使刀片式錨抓迅速伸開插入本錨固頭單元所在測點的鉆孔土體內。進一步優化技術方案，所述壓簧座底部設有垂直固定架，垂直固定架高度可調節整個壓簧裝置的高度，適應整個主錨固頭10尺寸高度，且保證壓簧裝置位于扭簧之上。進一步細化技術方案，所述主錨固頭10和錨頭保護罩11之間是螺紋連接，具體為主錨固頭10為內螺紋，保護罩為外螺紋，在主錨固頭內螺紋頂部設置第二水平固定板，所述垂直固定架可焊接固定于該第二水平固定板上，且在保護罩安裝于主錨固頭時起限位作用。進一步優化技術方案，所述若干扭簧、若干刀片式錨抓分別都為三個，且扭簧與壓簧之間的銦鋼絲及定滑輪也為三對，它們位置相對，圓周內120°夾角分布。進一步優化技術方案，所述刀片式錨抓外沿為刀刃狀，切入土體內為面接觸，有利于切入軟土地層而不破壞土體的結構，避免鉆孔塌孔現象的發生，增強錨抓與孔壁的接觸效果，提高刀片式多點位移計錨頭的抗滑能力。本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果
I、本發明多點位移計錨頭可以由三只彈簧同步帶動三片 刀片式錨抓，利用其瞬間釋放的彈性能量切入軟土而完成錨固，不受現場條件限制，安裝方便，結構簡單、可靠性和穩定性強、錨固效果好、抗滑能力強、性能可靠。2、本發明刀片式錨抓外沿為刀刃狀的特點，有利于切入軟土地層而不破壞土體的結構，使得錨抓與孔壁的接觸更加緊密，提高刀片式多點位移計錨頭的抗滑能力，錨固效果更可靠，可適用于軟土地層不同孔徑內的錨固。3、本發明具有量程大、精度高、測量過程不受施工干擾、無人為測量誤差、施工安全、安裝簡單、測量方便、工作效率高等優點。
圖I為本發明多層刀片式多點位移計錨頭結構示意圖。圖2為本發明孔內測點錨固頭IA結構示意圖。圖3為對應于圖2的結構裝配示意圖。圖4為刀片式錨抓收攏時結構示意圖。圖5為刀片式錨抓張開時結構示意圖。其中1為孔內測點錨固頭單元,2連接套管,4為鉆孔,5為銦鋼絲，10為主錨固頭，11為錨頭保護罩，12為鎖定螺釘,13為壓簧底座，14為壓簧，15為頂蓋,16為固定軸，17為垂直固定架，18為水平固定板，19為第二水平固定板，20為扭簧，21為垂直套筒，22為刀片式錨抓，23為定滑輪，24為內螺紋，25為保護罩連接螺紋。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。如圖I所示，本實施例用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，縱向相繼共有三個孔內測點錨固頭單元1，實際情況根據測點數量來定串接的錨固頭單元數量。如圖4、圖5所示,本實施例每個孔內測點錨固頭單元I內設置三個錨抓22、三個扭簧20，扭簧與壓簧之間的銦鋼絲及定滑輪也為三對，它們位置相對，圓周內120°夾角分布。這僅是優選的實施例，本發明技術方案保護范圍不局限于本實施例。以下詳細介紹本發明的優選實施例。如圖I所示，三個測點錨固頭單元依次垂直放置且相互之間首末皆通過套管2連接，每個測點錨固頭單元固定鉆孔縱向的一個測點。在鉆孔4內，各段連接套管2的長度，可根據位移測點的間隔長度選用鋼管進行定制。如圖2、圖3所示，所述鉆孔內測點錨固頭單元設計為面接觸式，每個測點錨固頭單元均包括主錨固頭10和錨頭保護罩11，主錨固頭和錨頭保護罩之間是螺紋連接，具體為主錨固頭為內螺紋，保護罩為外螺紋。測點錨固頭上端是由主錨固頭通過鎖定螺釘12與上套管連接，其下端是由錨頭保護罩11通過鎖定螺釘12與下套管連接。所述主錨固頭10包括壓簧裝置、三個扭簧、三個刀片式錨抓、四個銦鋼絲及定滑輪、垂直套筒21、水平固定板18和第二水平固定板19，各扭簧輸出端分別與刀片式錨抓基部鉸接。所述壓簧裝置置于主錨固頭中央，所述若干扭簧均勻分布于主錨固頭外圍區域，在水平方向，所述垂直套筒置于壓簧裝置和扭簧之間用于限位。在垂直方向，所述水平固定板置于壓簧裝置和扭簧之間用于限位，保證所述壓簧裝置底部位于扭簧頂部之上。所述壓簧裝置置于所述主錨固頭中央，包括壓簧14、固定軸16、壓簧底座13、頂蓋15和垂直固定架17，所述壓簧套入固定軸上，固定軸固著于壓簧底座13上，壓簧底座13焊接于垂直固定架17上，垂直固定架17焊接在第二水平板19上，所述頂蓋15置于固定軸16頂端，且頂蓋15自身重力足以靜止壓緊壓簧14。所述壓簧裝置上方設置一對銦鋼絲及定滑輪，銦鋼絲5連接于壓簧裝置的頂蓋15上頂部中心，通過定滑輪23使得頂蓋15起升或下降始終處于垂直方向，
所述三個扭簧與壓簧裝置之間分別通過另外三對銦鋼絲及定滑輪連接，三定滑輪23分別固定于水平固定板18上，位置相對于扭簧20輸入端，而各銦鋼絲一端連接于壓簧裝置 的頂蓋下部邊沿，另一端分別連接于對應各扭簧20的輸入端，通過定滑輪23使得頂蓋15起升或下降垂直方向運動同步轉化成若干水平方向對扭簧輸入端的牽拉動作，扭簧20的輸出端旋轉使刀片式錨抓22迅速伸開插入本錨固頭單元所在測點的鉆孔土體內。三個刀片式錨抓22處于同一水平面，相互之間呈120度夾角，且置于主錨固頭10和錨頭保護罩11之間夾層內。如圖4、圖5所示，三個刀片式錨抓包括錨抓22，各錨抓互為120°夾角，所述刀片式錨抓22外沿為刀刃狀，切入土體內為面接觸，有利于切入軟土地層而不破壞土體的結構，避免鉆孔塌孔現象的發生，增強錨抓與孔壁的接觸效果，提高刀片式多點位移計錨頭的抗滑能力。工作流程如下
孔內測點錨固頭單元I內
當壓簧14、三個扭簧20處于靜壓狀態，三個刀片式錨抓2閉合，此時錨抓收攏，可方便放入鉆孔內；
當外力拉動銦鋼絲5時，頂蓋15隨著外力的增大由下往上滑動，壓簧14瞬間釋放彈出，依次在三對銦鋼絲5及定滑輪23、三個扭簧20傳動下迅速同步帶動三個刀片式錨抓22張開并切入軟土地層，使三片刀片式錨抓22與孔壁緊密接觸，提高測點的錨固力。根據設計深度，可組成多層刀片式多點位移計錨頭，只需將多個孔內測點錨固頭單元通過其各自的銦鋼絲5，分別與上下的連接套管2連接，上連接套管與下連接套管之間的間距，可根據位移測點的間隔長度選用鋼管進行連接。當測點數量超過3個時，也可依據上述組合方法，將多個孔內測點錨固頭依次連接。
權利要求
1.一種用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，其特征在于，該錨頭包括安置于待測土體的鉆孔內的若干測點錨固頭單元，各測點錨固頭單元依次垂直放置且相互之間首末皆通過套管連接，每個測點錨固頭單元固定鉆孔縱向的一個測點， 所述套管為中空的構件， 每個測點錨固頭單元均包括主錨固頭和錨頭保護罩，主錨固頭和錨頭保護罩之間是螺紋連接，測點錨固頭上端是由主錨固頭通過鎖定螺釘與上套管連接，其下端是由錨頭保護罩通過鎖定螺釘與下套管連接， 所述主錨固頭包括壓簧裝置、若干扭簧、若干刀片式錨抓、若干銦鋼絲及定滑輪、垂直套筒和水平固定板，扭簧數量和刀片式錨抓數量一致，且各扭簧輸出端分別與刀片式錨抓基部鉸接， 所述壓簧裝置置于主錨固頭中央，所述若干扭簧均勻分布于主錨固頭外圍區域，在水平方向，所述垂直套筒置于壓簧裝置和扭簧之間用于限位，在垂直方向，所述水平固定板置于壓簧裝置和扭簧之間用于限位， 所述壓簧裝置包括壓簧、固定軸、壓簧底座和頂蓋，所述壓簧套入固定軸上，固定軸固著于壓簧底座上，所述頂蓋置于固定軸頂端，且頂蓋自身重力足以靜止壓緊壓簧， 所述壓簧裝置上方設置一對銦鋼絲及定滑輪，銦鋼絲連接于壓簧裝置的頂蓋上頂部中心，通過定滑輪使得頂蓋起升或下降始終處于垂直方向， 所述若干扭簧與壓簧裝置之間分別通過若干對銦鋼絲及定滑輪連接，定滑輪分別固定于水平固定板上，位置相對于扭簧輸入端，而各銦鋼絲一端連接于壓簧裝置的頂蓋下部邊沿，另一端分別連接于對應各扭簧的輸入端，通過定滑輪使得頂蓋起升或下降垂直方向運動同步轉化成水平方向對扭簧輸入端的牽拉動作，扭簧的輸出端旋轉使刀片式錨抓迅速伸開插入本錨固頭單元所在測點的鉆孔土體內。
2.如權利要求I所述的用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，其特征在于，所述壓簧座底部設有垂直固定架，壓簧座底部固定于垂直固定架之上。
3.如權利要求I所述的用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，其特征在于，所述主錨固頭和錨頭保護罩之間是螺紋連接關系，具體為主錨固頭為內螺紋，保護罩為外螺紋。
4.如權利要求3所述的用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，其特征在于，在主錨固頭內螺紋頂部設置第二水平固定板，所述垂直固定架焊接固定于該第二水平固定板上，且在保護罩安裝于主錨固頭時起限位作用。
5.如權利要求I所述的用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，其特征在于，所述若干扭簧、若干刀片式錨抓分別都為三個，且扭簧與壓簧之間的銦鋼絲及定滑輪也為三對，它們位置相對，圓周內120°夾角分布。
6.如權利要求I所述的用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，其特征在于，所述刀片式錨抓外沿為刀刃狀，切入土體內為面接觸。
全文摘要
一種用于軟土地層的多層刀片式多點位移計錨頭，其特征在于，該錨頭包括安置于待測土體的鉆孔內的若干測點錨固頭單元，各測點錨固頭單元依次垂直放置且相互之間首末皆通過套管連接，每個測點錨固頭單元固定鉆孔縱向的一個測點。每個測點錨固頭單元均包括主錨固頭和錨頭保護罩，主錨固頭和錨頭保護罩之間是螺紋連接。本發明多點位移計錨頭可以由三只彈簧同步帶動三片刀片式錨抓，利用其瞬間釋放的彈性能量切入軟土而完成錨固，不受現場條件限制，安裝方便，結構簡單、可靠性和穩定性強、錨固效果好、抗滑能力強、性能可靠。
文檔編號E02D1/00GK102953364SQ201210480700
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者王建秀, 鄒寶平, 劉笑天, 周小博 申請人:同濟大學