(1)設備
鉆前旁壓試驗的主要設備是旁壓儀。它主要由以下四部分組成。
1.側壓器
它是壓力計最重要的部分,由壹個圓形金屬骨架和包裹在骨架周圍的橡膠膜組成。旁壓器壹般為三腔,中間為主腔(也稱試驗腔),上下腔為保護腔。主腔和保護腔互不相連,但保護腔相連,主腔夾在中間。試驗時,高壓水從控制單元通過中間管路系統進入主腔,使橡膠膜沿徑向(橫向)向周圍土體膨脹,對周圍土體產生壓迫,從而建立主腔壓力與土體體積變形增量的關系。同時,向兩個保護室同時輸入相同壓力的水,使壓力與主室保持壹致,從而迫使主室在水平方向上同步左右變形。這樣,主洞周圍的土體變形可作為平面應變問題處理。
圖5-10 Py-2型旁壓計管道(結構)圖
旁壓器的中央有壹個導水管,用來排出地下水,使旁壓器能順利放置在試驗深度。側壓有兩種:裸壓和帶金屬裝甲保護膜的。對於各種粘土,可以直接使用裸旁壓儀;如果彈性膜被土層中的碎石等尖銳物質損壞,可以在旁壓儀的彈性膜上貼壹層金屬裝甲保護膜進行測試。其主要作用是保護彈性膜,使旁壓試驗正常進行。
目前PY-2和PY-3壓力表外徑為50mm (55mm帶金屬鎧裝護套),試驗箱長度為250mm,容積為491cm3 (594cm3帶金屬鎧裝護套)。旁壓計的總長度為500mm。上腔和下腔(保護腔)通過銅導管相互連通,但與中間腔隔離。
2.壓力和容積控制箱
通常,預鉆式旁壓儀的控制單元是壹個設置在三腳架上的箱體結構。它包括變形測量裝置和穩壓裝置兩部分。前者主要包括測量管、輔助管(PY-3型只有測量管,內截面14.32cm2,容積650cm3)、水箱和各種閥門。測量管和輔助管均為有機玻璃材質,最小刻度為1 mm,PY-2測量管的截面積為15.28 cm2,PY-3測量管還配有液位指示器,分辨率可提高到0.1 mm..這部分的主要作用是控制進入旁壓器的水量,通過測量管或液位計測量孔壁土體相應的變形值。加壓穩壓裝置包括高壓氮氣瓶或手動打氣筒、儲氣罐、調壓閥和相應的壓力表。增壓和穩壓都由調壓閥控制。這部分裝置的主要功能是控制進入旁壓計的壓力。總之,作用在土體上的壓力與相應的體積變形(通過測量測量管中水位的下降來實現)之間的關系是通過控制箱來實現的。
3.管路系統
管道是連接旁壓計和控制箱的“橋梁”。它的功能是將壓力和水從控制箱輸送到壓力計。PY-2型有兩根壓力管和兩根註水管,PY-3型有兩根壓力管但只有壹根註水管(圖5-11)。管道材質為尼龍1010,可承受高壓,其長度由最大測試深度決定,壹般十幾米長。連接在旁壓器上的管道可以通過快速接頭與控制箱快速連接。
圖5-5-11py-3-3型氣壓計管路圖
4.成孔工具和其他附件
預鉆式要求預鉆,其成孔工具主要是勺鉆(圖5-12),配以高強度鋼制成的勺鉆、探桿和提土鉆。適用於壹般粘性土。對於硬土層,應使用輕型鉆機成孔。
圖5-12成孔工具
PY型旁壓儀適用於粘性土、淤泥和砂土的測試。如果地層含有棱角狀礫石等。應使用帶金屬鎧裝護套的壓力計,以避免刺破橡膠膜。目前試驗壓力已經提高到2.5MPa,深度可以達到20 m,如果選用強度更高的材料來提高閥門在高壓下的密封性能,可以提高試驗壓力和深度。國外同類產品中,試驗壓力達到12.5MPa(如梅納德GB預鉆式旁壓儀),試驗深度可達50m;有的達到了70MPa,可以測量硬巖(比如美國的Goodman52101型)。
(2)旁壓計的維修和保養
1.儀器主要部件的構造和維護
(1)膜片控制閥:其結構如圖5-13所示。
圖5-13皮革薄膜控制閥
1-轉輪;2-導向螺桿;3—組裝好的蓋子(螺母);4—閥塞;5-壓力環;6-皮膜;7-閥座
順時針轉動轉輪,螺桿推動閥塞將薄膜壓緊在孔壁上,管道斷開;逆時針轉動轉輪,橡膠膜靠自身彈力和管道內的內壓恢復原位,管道接通。從而實現管道開啟和關閉的控制功能。
隔膜閥的優點是:密封性能好,耐壓高。缺點:開合沒有固定位置,操作全靠摸。薄膜容易損壞或被割入孔內,使管道堵塞,影響工作。關閉管道時,隔膜閥不宜擰緊過緊。工作完成後,必須松開所有閥門,使薄膜恢復自由狀態。壹旦膜損壞,必須立即更換。
更換橡膠膜的順序如下:旋松轉輪1,松開螺母3,松開絲杠2,取下;用鑷子取出壓在皮膜上的壓環5,取出舊的皮膜6,換上新的。更換新膜時,註意膜的鼓形應向外。組裝應按拆卸的相反順序進行。組裝絲杠2時,註意不要擰得太緊或太松。過緊,膜緊密貼合孔口,使管道不通暢;太松,導致漏水。
(2)套管接頭:其結構如圖5-14所示。
圖5-14卡套式管接頭
1-連接器;2-壓緊螺母;3-密封圈;4-接管
在該接頭中,密封環3被壓緊螺母2緊緊地壓緊,使得變形緊密地附著到連接管和接頭本體上,以形成硬密封。裝配和試壓後不適合拆卸。如果需要拆卸維修,組裝後密封性能會明顯降低。如果無法保持工作要求,則必須更換密封圈。更換方法如下:用細齒銼銼密封圈,取下。小心不要銼噴嘴,並用新的密封圈更換。當拆下損壞的密封圈,發現管口變形時,必須同時更換管口,以保證接頭質量。
(3)調壓閥:結構如圖5-15所示。
調壓閥的平衡工作原理是:順時針轉動調壓手柄1,主彈簧3壓住平衡膜片4,使頂桿6貼在溢流口14上,沿軸向移動,推開進氣塞8,使工作室進氣。當工作腔和管路中的氣壓上升到恒定值時,平衡膜片在壓力作用下反方向移動,頂桿受到下彈簧9的力,通過下頂桿11和塞子傳遞上升,進氣口關閉停止進氣。當工作腔和管路中的空氣壓力超過定值時,平衡膜片受工作腔中空氣壓力的影響,壓縮主彈簧向上運動,使溢流口打開,釋放殘余空氣,空氣壓力下降到定值。當工作室和管道的氣壓因體積變化而下降時,平衡膜受主彈簧的影響關閉溢流口,推開進氣口,增加進氣量。這樣不斷循環,達到穩壓的作用。
調壓閥是儀器的關鍵部件。調壓閥的準確性直接影響測試結果的準確性;使用時,在未接通氣源或氣壓的情況下,不允許轉動調壓手柄進行無效調壓。工作結束後,應立即松開手柄,使主彈簧恢復正常狀態,以延長其工作壽命,並保持相當的精度。
調壓閥常見故障及解決方法:
①壓力調節後壓力指針“蠕動”:蠕動主要是氣流介質中堵塞物表面堆積的灰塵,使進氣口和堵塞物無法關閉;其次,由於長期使用,堵頭表面已經有明顯的凹痕,導致表面凹凸不平,無法與進氣口密封。拆卸方法是:擰開下氣室12,從導套13中取出螺塞,在放大鏡下用酒精清洗螺塞表面,使其無灰塵附著。同時用鑷子和酒精棉絮擦洗進氣口端面;清潔時註意防止表面碰傷和劃傷。如果妳在放大鏡下看現有的劃痕和凸起,妳必須更換插頭或進氣口。
圖5-調壓閥15結構圖
1-句柄;2—上部氣缸;3-主彈簧;4-平衡隔膜;5—閥體;6-頂桿;7—進氣口;8-插頭;9—下彈簧;10-調節螺釘;11—降下頂桿;12—下氣室;13-導套;14—溢出端口
②溢流口耗氣量:即溢流口在不超過額定工作壓力時自動排氣。消除方法是增加頂桿與溢流口的接觸壓力。順時針方向擰緊調節螺釘10,直到沒有氣體消耗為止(考慮到調壓閥的靈敏度,不宜擰緊過緊)。如果還在消耗氣體,就必須把溢流口去掉,必須把它的接觸面磨平,使它與頂桿的球面均勻接觸。
③下氣室漏氣:壹般是下頂桿密封套老化引起的,此時需要更換密封套。
(4)快速連接器:其組成結構如圖5-16所示。由於頻繁使用,密封圈2磨損,密封性能受到影響,必須立即更換。測試完成後,取下快速連接器套管3並套上護套,以防止沈澱物從套管開口進入導管並損壞儀器。
圖5-16快速連接器
1-插座;2-密封圈;3-插管
(5) Sidepressor: Sidepressor是檢測用的探頭。其結構如圖5-17所示。
圖5-17側壓機結構圖
1-壓導和導水管;2-彈性膜;3—漏套管;4-中心導管;5-銅接頭頭;6—內部夾緊環;7—管道組裝的保護罩;8-拼帽子;9—外部夾緊環
當壓力表的彈性膜損壞需要更換時,更換順序如下:
(1)用刀切開舊膜,取下管子拼接靴7,松開每個銅接頭的拼接帽8,取下舊膜,同時取下兩端銅接頭上的內外壓圈6、9和拼接帽;
(2)取下上下副腔的漏套,清理雜質;
(3)在新膜的內壁上塗上肥皂液,從側壓的壹端套入,從端部穿過中間銅接頭頭的外壓圈,從中間空腔漏出襯套,使新膜的位置正好與側壓骨架的位置相同,套入中間銅接頭頭的兩個外壓圈;
(4)翻轉新膜的壹端(翻轉時註意在膜間塗上皂液,使其光滑),直至銅接頭頭中壓環的位置露出;
⑤裝上內壓縮環,用鉤形扳手擰緊對開帽;
⑥在上端安裝漏管瓦(註意檢查編號),將翻過來的端膜再翻回來;
⑦依次套上外壓環、內壓環和拼接帽;
⑧另壹端也按照④-⑦的順序操作。
註意:組裝後,膜的每壹部分必須緊密貼在側壓機的框架上,以防止松動。
2.儀器的組裝和使用
(1)儀器裝配:用三腳架做支撐,用M20滾花銅螺母連接。
(2)高壓氮氣瓶與儀表的連接:如果使用高壓氮氣源,將儀表附件泄壓表的進氣端與氮氣瓶連接,出氣口用φ6×1尼龍管連接,另壹端與儀表上標有“氮氣源”的接頭連接。
3.壓力計的調試
工作前,應對儀器進行調試,檢查儀器是否正常;如有異常現象,必須處理並消除,以免工作中斷。
(1)工作前註水標準檢查:按照操作順序進行註水。如果發現註水緩慢或不進水,說明註水系統已經堵塞或堵塞。常見的故障是註水閥,壹般是閥膜粘在孔口上造成的。此時不需要拆卸閥門,用“反沖法”即可排除故障。排除方法是:將儲氣罐加壓至0.5MPa以上,關閉排水閥和調零閥,打開其他閥門,緩慢給管道加壓(加壓前將側壓裝置放入校準筒內,打開水箱註水蓋)。當妳聽到水箱裏有水的聲音,說明管道通暢。當壓力在0.5MPa以上時,如果水箱內仍然沒有噪音,說明管道堵塞嚴重。此時,必須拆下管道進行檢查。壹般堵塞的部位是註水閥和從註水閥到水箱的管道,其他部位不要輕易拆卸。
(2)彈性膜滲水檢查:儀器充滿水後,在沒有外力約束的情況下,將側壓裝置立在儀器旁,緩慢加壓側壓裝置至0.05MPa;當彈性膜膨脹時,檢查膜上是否有泄漏。如果有泄漏,立即更換彈性膜。
(3)內套管的使用說明:
圖5-18 3號孔導管(圖中數字為孔號)
這種內套管是3號孔專用的。做彈性膜結合力校準試驗時,應將管子從3號孔中拔出;測試結束後,重新插入進行其他測試。
這種內套管可以在1,2和氮氣源中使用。
4.顯示儀表的調整和使用說明
(1)將儀器接通電源,連接電測量管的輸出插頭;測試前,校準前預熱半小時。
(2)校準時,需要拔出No的快速插頭。1和2號孔,並更換為本儀器專用的插頭連接管,使其不1和2號孔可以溝通。
(3)校準過程:
圖5-19 1.2和氮源孔專用套管
(1)註水按操作順序,將測量管水位註滿到零刻度線,然後調節調零旋鈕,直到顯示儀表輸出為400mV;
(2)打開註水閥,稍加加壓(壓力應小於0.05MPa,將水返回水箱)使測量管水位逐漸降低到400mm,調節調零旋鈕,直至儀表輸出為零;
(3)按上述方法反復調整幾次,顯示儀即可當場記錄;
④切勿調整調零鎖緊螺母。調零在儀器出廠前已經調試好,清洗儀器和測量管測量時會進行調整。
(三)儀表出廠檢驗標準
PY型旁壓計出廠前的主要檢查項目有:
(1)穩定性:在各級工作壓力下,1min初始調整範圍內的允許波動值應小於或等於0.0025MPa
(2)密封:在額定工作壓力下,切斷氣源4小時,儀表壓降值應小於等於0.1 MPa;
(3)電壓調節值:最大電壓調節值不應低於2.5MPa
(4)註水:當註水壓力小於0.05MPa時,應在5分鐘內充滿工作腔和回路;
(5)水箱的清潔度:水箱內不應有引起管道堵塞、影響測量管透明度的雜物;
(6)快速接頭和儀表管道的耐壓:不低於2.5MPa
(7)液位指示器的絕對誤差:當整個行程為400 mm時,液位指示器的顯示數字與標記數字之間的最大誤差的絕對值不應超過4mm..