旁壓試驗方法的設備、安裝和調試

預鉆式旁壓計有多種類型，但其結構與Mena旁壓計基本相同。國內的壓力表定點生產廠家是江蘇飄洋儀器廠，生產PY型壓力表，有三代產品。80年代主要生產PY-1和PY-2。在此基礎上，90年代生產了PY-3預鉆式旁壓儀。以國產PY型旁壓計(圖5-10)為例，簡述設備及其安裝調試。

(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；