技术领域
[0001] 本
发明涉及建筑设备技术，尤其涉及一种提高土密度检测准确性的快速检测辅助组合装置。
背景技术
[0002]
压实度(
铁路称作压实系数)是控制路基土料压实
质量的主要指标之一，可反应现场压实后填筑材料的密实状况。压实度越高，密度越大，材料整体性能越好。
[0003] 压实度是通过路基的干密度ρd与实内的最大干密度比值计算而得(K＝ρd/ρdmax＝ρ/[(1+w)×ρdmax])，对于同一种土，其最大干密度相对是一个定值，因此要得到压实度，最关键的是获得路基的密度。
[0004] 目前测定路基压实土密度的方法有灌砂法、灌
水法、环刀法、核子密度仪法。灌砂法(灌水法)是目前常用方法，适合于
砂土、碎石土和粘性土，但灌砂法需要在路基上开挖试洞，开挖一个试洞需要近半个小时的时间，检测效率非常低下，不适应新建路基大规模的检测工作。核子密度仪虽然测试速度快，但当土质变化时均需要作用灌砂法重新标定，总工作量并未减小多少。
[0005] 环刀法适应于粘性土、粉土类、改良土初期压实度的检测，其测试速度较快，目前使用也较为普遍。环刀法使用的不足主要体现在以下方面：
[0006] (1)目前环刀法主要采用手工操作,工人劳动强度较大检测效率低。
[0007] 1)环刀贯入操作。需要手动用木锤或铁锤击打环刀
手柄，把环刀贯入压实路基面中；
[0008] 2)开挖环刀操作。需要手动用锤击打凿具，要求把完整的环刀样从路基中挖取出来。
[0009] 在这两个操作中，均需要手工操作，工人劳动强度较大，容易疲劳，环刀贯入和开挖速度慢，检测效率低。
[0010] (2)传统环刀手柄仅一个透气孔，不容易观察环刀击入土中的
位置，容易造成环刀柄盖对环刀土体进行二次压实，使检测结果大于实际土体的密度，影响了检测的准确性。
[0011] (3)环刀取出过程中，需要用凿子开挖环刀，工人疲劳时容易造成挖取深度不够，造成环刀土样与下部断开时断面发生在环刀内，严重影响密度测量的准确性。
发明内容
[0012] 本发明目的在于针对
现有技术的不足，提出一种提高土密度检测准确性的快速检测辅助组合装置。
[0013] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高土密度检测准确性的快速检测辅助组合装置，该组合装置包括新型环刀手柄和保护筒钻；
[0014] 所述新型环刀手柄有三重防止环刀土体被二次压实设计，该设计包括两个观察窗、第一反
力环箍和新型环刀手柄中的预留空间，可以保证环刀土体不会被二次压实，提高了土密度检测的准确性；所述观察窗开在新型环刀手柄的环刀盖上，两个观察窗左右为对称布置；所述第一反力环箍固定安装在新型环刀手柄上，用于对路基面施加反作用力抵消新型环刀手柄给环刀施加向下的震冲力；所述新型环刀手柄中的预留空间具体为：从环刀卡口处垂直向上具有20mm的空间；
[0015] 所述保护筒钻在施工后位于环刀下沿之下，可以保证环刀土体下部断开时，断开位置在环刀以下，防止土体在环刀内部断裂的情况，从而提高了土密度检测的准确性。
[0016] 进一步地，所述环刀盖上的两个观察窗为扇形，扇形观察窗对应的圆心
角为60°，扇形环内径为25mm，外径为35mm，观察窗外沿与环刀手柄内沿位置一致。观察窗使得光线可充分进入环刀柄内部，用于观察土体出露环刀上端口情况与是否被环刀手柄盖压实情况，可以防止环刀手柄盖对环刀土体二次压实；
[0017] 进一步地，第一反力环箍在环刀下沉过程中用于防止土体二次压实；环箍宽8mm，高3mm，环箍下边沿距环刀上口位置为5mm。当环刀土体露出环刀超过5mm时，第一反力环箍会与路基面
接触并施加反作用力抵消环刀手柄进一步给环刀施加向下的震冲力。
[0018] 进一步地，所述新型环刀手柄中的预留空间使得第一反力环箍在震动力作用下贯入路基达15mm时也可保证环刀手柄盖对土体不施加二次压实；
[0019] 进一步地，保护筒钻外壁上设置第二反力环箍，环箍宽8mm，厚3mm，环箍距筒钻下沿的距离为70mm。筒钻上的第二反力环箍与路基面接触，施加反力，阻止筒钻继续向下钻进，从而防止筒钻顶盖对环刀土体进行二次压实，提高检测准确性。该环箍还作为一个标志线，当筒钻下沉过程中，环箍到了路基面位置时，表明筒钻下沿深度已经比环刀下沿多18mm，由于保护筒钻比环刀下沿深18mm，可以有效保护环刀土体不被扁铲从环刀内部震断，从而保证环刀土样的完整性，提高检测准确性。
[0020] 进一步地，该组合装置还包括多功能冲击钻和扁铲；该组合装置使用冲击钻的振冲力和电钻的
扭矩作为动力，可以实现提高检测效率的目的。
[0021] 所述多功能冲击钻具有电镐档、电钻档两个档位；
[0022] 新型环刀手柄上具有第一
连杆，新型环刀手柄可通过第一连杆上端的冲击钻专用卡口与多功能冲击钻相连接；通过冲击钻与新型环刀手柄组合连接后，可以使用冲击钻的振动力使环刀贯入路基面中。
[0023] 保护筒钻上具有第二连杆，筒钻可通过第二连杆上的冲击钻专用卡口与多功能冲击钻相连接，使用冲击钻的电钻作为动力，加快保护筒钻钻入路基而实现保护；保护筒钻内径比环刀外径大15mm，空心钻钻取深度比环刀高度大10-15mm；
[0024] 所述扁铲上具有第三连杆，扁铲通过第三连杆上的冲击钻专用卡口与多功能冲击钻相连接；所述扁铲使用冲击钻作为动力，用于快速挖取环刀。
[0025] 进一步地，所述扁铲的铲头宽40mm，外围呈圆形，铲头后端厚5mm，后端到前端厚度渐变成1mm，前端开刃；扁铲头前端为弯折形，弯折角度与连杆呈150°。
[0026] 进一步地，所述保护筒钻的
钻头壁厚为2mm，筒高为80mm，筒钻下端口具有高度为5mm的
合金钢锯齿，锯齿左右分开，其厚度为2.5mm，防止在旋转钻进过程中卡钻。
[0027] 本发明的有益效果：
[0028] 1.使用冲击钻作动力，提高了检测效率，大大降低工人劳动强度。
[0029] 传统的击入环刀操作、开挖环刀工作均是依靠人工挥动铁锤或木锤击打工具完成的，环刀击入路基的时间从传统平均3分钟降低到30秒，击打开挖一个环刀样累计时间约为10分钟，随着工人的疲劳，工具效率会近一步降低。
[0030] 本发明的环刀击入速度和开挖速度大大提高，环刀贯入时间从3分钟降低至30秒，环刀开挖时间从10分钟降低至4分钟。
[0031] 传统的击入环刀操作、开挖环刀工作均是依靠人工挥动铁锤或木锤击打工具完成的，工人劳动强度大，容易疲劳，甚至会降低检测工作的准确性。本发明的击入环刀操作、开挖环刀、钻入筒钻均由冲击钻提供动力，大大降低了工人的劳动强度。
[0032] 2.可以防止环刀手柄盖对环刀土体进行二次压实，提高了检测准确性。
[0033] 传统的手柄盖上仅一个3mm的透气孔，由于透光性差，无法观察土体露出环刀上端口情况，容易造成没有透出环刀上端口，或者已经透出来过多，环刀手柄盖已经对环刀土体进行了二次压实，造成检测结果错误。
[0034] 本发明采取了两个大观察窗设计，两个观察孔设计可以保证透进去足够的光线，保证了观察土体的
亮度，看到土体露出环刀情况及土体是否出现倾斜情况；同时扇形观察窗外边缘与环刀外沿齐平，可以清楚观察环刀压入深度和土体露出环刀口的高度，以便较准确的控制环刀压入深度且土体不被手柄盖二次压实。采用手柄外壁设置有反力环箍，当反力环箍贴合路基面时，说明土体露出环刀上端口的高度为5mm。此时应关闭冲击钻，若继续施加震动力，反力环箍与路基面接触，路基面给环刀手柄施加反力，阻止环刀进一步贯入路基中。具有20mm预留空间，即使在击入速度快的情况也能防止环刀手柄盖对土体的二次压实，当环刀在震动力向下贯入路基面时，由于没有及时松开冲击钻
开关且环箍反力仍不能阻止环刀继续贯入时，预留空间有20mm可保证环刀土体可以继续上升而不被二次压实，从而提高了检测的准确性。
[0035] 3.可以防止环刀土体在环刀内部断开，提高了检测的准确性。
[0036] 传统的开挖由于工作劳动强度大，容易疲劳，后期开挖容易还未达到环刀下面就锤击震断环刀土体与下部路基土体的联系，断面非常容易发生在环刀的内部，使检测结果不准确。
[0037] 本发明使用筒钻实现了环刀的隔离，且筒钻下沉深度有反力环箍限定，开挖深度必须达到环刀以下18mm后才能断开，断面一定会发生在环刀下端，提高了密度检测的准确性。
[0038] 4.便携性。
[0039] 本发明的冲击钻采用大容量重载锂
电池供电，整体质量3.4kg，锂电池拆换方便，采用
备用电池可以满足连续工作的要求，摆脱了常规冲击钻对市电的依赖，便于野外作业。
附图说明
[0040] 图1冲击钻+新型环刀手柄装置组合
[0041] 图2新型环刀手柄设计正视图
[0042] 图3新型环刀手柄设计俯视图
[0044] 图5筒钻锯齿示意图，正视图
[0045] 图6筒钻设计俯视图
[0046] 图7保护筒钻固定支架俯视图
[0047] 图8冲击钻驱动的扁铲头正视图与侧视图
[0048] 图9环刀在震动力下贯入路基的示意图；
[0049] 图10筒钻在冲击钻的驱动下切入路基面中的示意图；
[0050] 图11扁铲头开挖环刀示意图；
[0051] 图12环刀底部挖通断开取出环刀的示意图。
[0052] 图中、1.多功能冲击钻；2.环刀柄观察窗；3.环刀卡口；4.第一连杆；5.环刀手柄盖；6.刻
槽线；7.第一反力环箍；8.
合金钢锯齿；9.第二连杆；10.第二反力环箍；11.第三连杆；12.环刀；13.路基面；14.大预留空间；15.护筒固定支架；16.保护筒钻；17.扁铲；18.环刀；19.冲击钻专用卡口；20.扁铲开挖面；21.预估环刀底面断开位置；22.护筒观察窗具体实施方式
[0053] 以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
[0054] 如图1-8所示，本发明提供的一种提高土密度检测准确性的快速检测辅助组合装置；该组合装置属于路基质量检测设备技术领域，主要由多功能冲击钻1、新型环刀手柄、保护筒钻和扁铲组成。
[0055] 如图1所示，本发明采用多功能冲击钻1，该冲击钻为一种中型电锤+电钻+电镐三用冲击钻。工作参数：可选用雷力迅充电式无刷电锤锂电池冲击钻多功能中型电镐、电钻、电锤三用机，采用手持工作，采用大容量重载锂电池供电，整体质量3.4kg，锂电池可以快速更换，摆脱了常规冲击钻对市电的依赖，便于野外作业。为了满足连续工作的要求，冲击钻可以备用2
块以上锂电池，可以快速更换。可以根据需要调整为电钻、电锤和电镐档，用于环刀击入工作时，使用电镐档，冲击钻通过第一连杆4带动新型环刀手柄施加振动力，从而把环刀贯入路基面中。
[0056] 如图2-3所示，新型环刀手柄设计如下：
[0057] 1)连杆设计。第一连杆4是手柄的一部分，该手柄上面设计长为L9＝150mm的第一连杆4，直径L1为15mm，连杆上端头设计与冲击钻专用卡口，该连杆把冲击钻震动力传给环刀柄，把环刀贯入路基面。
[0058] 2)环刀盖设计。环刀盖5是环刀手柄的一部分，为厚L3＝10mm的
不锈钢制成，采用厚度为10mm防止震动导致环刀盖5
变形。
[0059] 3)环刀卡口设计。环刀卡口3为环刀手柄的一部分，其深L7＝5mm，外径与检测环刀外径一致为74mm，内径为70mm与检测环刀内径一致。
[0060] 4)环刀柄观察窗设计。环刀柄观察窗采用两个大观察窗2设计，是在环刀盖上开两个扇形环的开口。环刀柄观察窗左右对称布置，对应的圆心角为60度，扇形环内半径为25mm，外半径为35mm，扇形环宽度实际为L2＝10mm。观察窗外沿与环刀内沿位置一致，方便观察土的露头情况。采用双观察窗设计，便于光线充分导入环刀柄内部，用来观察土体出露环刀上端口情况与是否被环刀手柄盖压实情况及环刀是否出现倾斜的情况。
[0061] 5)防环刀盖二次压实大预留空间14设计。由于震动力压入速度快，传统的预留空间仅有5mm，容易造成环刀柄盖压实土体。本发明设计从环刀卡口3处垂直向上具有L6＝20mm的预留空间，配合大观察窗，即使第一反力环箍在大震动力下沉入路基时，只要沉入的距离小于15mm，则仍可保证环刀土体没有二次压实。
[0062] 6)标志刻度线槽设计。在环刀柄外壁的外侧设计有刻度线6，当路基面仍在该刻度线以下时，表明环刀土体没有被二次压实，该刻度线距顶盖3mm。刻度线6采用刻槽设计，槽深0.5mm，防止刻度线被磨损。
[0063] 7)反力环箍设计。在环刀柄外壁上有第一反力环箍7，第一反力环箍7宽8mm，厚(高)3mm，下沿与环刀上端口距离5mm。当第一反力环箍下沿贴在路基面时，说明环刀土体露出环刀的高度为L8＝5mm。此时应松开冲击钻开关，如果没有及时松开，第一反力环箍会与路基面接触，路基面施加反力给环刀手柄，阻止环刀进一步下沉。
[0064] 如图4-7所示，防环刀土体从内部断裂的筒钻与固定支架设计，主要设计如下：
[0065] 1)保护筒钻设计。保护筒钻是在环刀贯入路面后，防止扁铲开挖环刀过程中的震动可能使环刀过早的与下部土体断裂，并防止断裂面发生在环刀内部。筒钻为一壁厚2mm的空心钻，筒高L12＝80mm，下端口设计有高度为L16＝0.5mm的合金钢锯齿8。筒钻设计是使环刀与周围土体隔离，防止后期开挖震动影响环刀内的土体。
[0066] 2)动力设计。保护筒钻上具有第二连杆9，筒钻可通过第二连杆9上的冲击钻专用卡口19与多功能冲击钻1相连接，使用击入环刀工作中使用的多功能冲击钻1，工作时使用电钻档，此时筒钻仅旋转而无冲击震动。
[0067] 3)固定支架设计。固定支架15采用直径为15cm的
钢筋，呈倒“L”形，在平面上，三根钢筋呈120度角布置，即L20＝120度，平面上钢筋长L19＝70mm，在高度方向上长L11＝120mm。
[0068] 固定支架15用于固定筒钻。
[0069] 4)护筒观察窗设计。在筒钻顶盖开有护筒观察窗22，护筒观察窗采用扇形环，环宽L17＝20mm，对应的圆心角为L18＝60度，左右共布置2个，方便观察筒钻下钻的深度。
[0070] 5)反力环箍设计。在筒钻外壁上设置第二反力环箍10，第二反力环箍10位置距筒钻下端L14＝70mm。第二反力环箍宽8mm，厚3mm，第二反力环箍有2个作用：一是当第二反力环箍贴于路基面时，保护筒钻下沿在环刀下沿以下18mm，保证后续开挖时必须开挖至保护护筒下部，土体断裂不会从环刀内部断裂；二是当第二反力环箍贴于地面时，如果继续施压钻进，路基面会通过反力环箍给筒钻施加反力，阻止筒钻继续钻进，防止筒钻给环刀土体进行二次压实。
[0071] 如图8所示，开挖震动扁铲头设计，主要设计如下：
[0072] 1)动力设计。使用击入环刀工作中使用的多功能冲击钻1，工作时使用电镐档，此时带动的扁铲头仅震动而不旋转。
[0073] 2)扁铲头设计。扁铲头安装有第三连杆11，第三连杆11长L21＝300mm，铲头宽L22＝40mm，外围呈圆形，铲头后端厚5mm，后端到前端渐变成1mm，前端开刃。为了方便环刀底部土体的开挖，扁铲头前端为弯折形，弯折角度与连杆呈L24＝150°。
[0074] 一种提高土密度检测准确性的快速检测辅助组合装置的工作过程如下：
[0075] (1)冲击钻震动力把环刀贯入路基面以下
[0076] 按以下步骤进行操作：
[0077] 1)选择平整的路基面进行检测，把检测用的环刀18(内径70mm，高52mm，内部体积200cm3)放置于检测点的路基面13上，有刃口的一端朝下。
[0078] 2)把本发明设计的新型环刀手柄通过连杆4上端的接头卡入冲击钻中，环刀手柄下端环刀卡口3对准环刀18，冲击钻采用重载锂电池供电。
[0079] 3)冲击钻开至电镐档，手持冲击钻并稍施加向下的力，环刀在震动力下贯入路基13中，如图9所示。
[0080] 4)在贯入的过程中，为了防止环刀手柄盖二次压实环刀内路基土体，需要连续查看观察孔中土露出环刀情况，兼顾查看环刀是否出现倾斜的情况；当环刀手柄的第一反力环箍7贴于路基13时，当地面超过下面标志线就可以松开冲击钻的开关，完成环刀的贯入工作，松开冲击钻开关，如果松开延缓，路基面会施加反力于环箍，阻止进一步贯入。
[0081] 5)移除环刀手柄和冲击钻1，松开环刀手柄连杆与冲击钻的连接。
[0082] (2)施工保护筒钻
[0083] 1)连接本发明设计的隔离筒钻的第二连杆9与多功能冲击钻1，筒钻中心与步骤(1)中的环刀中心对齐，并压入固定支架，固定支架15下端入土深度宜为50-100mm，以不松动为准。
[0084] 2)开启冲击钻1的电钻档，保护筒钻在冲击钻的驱动下，旋转切入路基面中，如图10所示。
[0085] 3)当第二反力环箍10与地面重合时，表明筒钻已经下切入路基合理的位置，松开冲击钻开关，松开冲击钻1与筒钻的连接，移除冲击钻1。
[0086] (3)开挖环刀施工
[0087] 1)使用本发明提供的震动型扁铲头，通过第三连杆11与多功能冲击钻1连接；
[0088] 2)冲击钻开至电镐档，在步骤(2)施工完的筒钻外与地面呈45°角进行开挖，如图11所示，开挖至筒钻的底端，筒钻16实现了震动扁铲与环刀18的隔离。
[0089] 3)拔出筒钻，继续开挖环刀下端土体，使环刀土体与路基土体在环刀下面断开，如图12所示。
[0090] 4)取出环刀，用平口刀削平环刀两端土体，称量环刀+土的质量m总。按下面公式计算密度ρ＝(m总-m环刀)/V环刀＝(m总-m环刀)/200。
[0091] 提高检测准确性工作原理
[0092] (1)三重手段保证了环刀后柄盖不对环刀土体进行二次压实，提高检测准确性。
[0093] 传统的环刀手柄透气孔(观察窗)口仅有3mm直径的圆孔，无法观察环刀下沉过程中土体露出上端口的情况，上端口给土体预留的空间仅5mm，很容易造成环刀土体被二次压实，造成检测结果不准确。
[0094] 本发明环刀手柄设计2个观察窗2，2个观察窗为宽度为10mm，对应中心角度为60°的扇形圆环，带来的好处有：增加了进行环刀柄内部的光线，容易观察环刀土体上端露头情况，同时也不会被土体堵塞。
[0095] 本发明设计了反力环箍7，反力环箍宽8mm，高3mm。当反力环箍与路基面贴合时，保证土体露出环刀上端口5mm，如果此时停止贯入，则土体不会被二次压实；如果操作者由于操作不当没有及时松开冲击钻开关，则路基面会给反力环箍施加向上的反作用力，阻止环刀手柄继续向下施加作用力。
[0096] 本发明提供土体露头预留高度14达到了L6＝20mm，而传统的仅有5mm，为快速击入环刀提供了方便，也可以防止由于在上述步骤中没有及时松开冲击钻开关，在快速击入环刀时速度过快而造成二次压实。
[0097] 本发明设计了标志刻槽线6。如果操作者还继续施加力与环刀手柄，且继续贯入，路基面没有到达这个标志刻槽线，说明环刀土体没有被二次压实，不影响检测的准确性。
[0098] (2)保证了环刀土体与路基土体断开时断面不发生在环刀内部。
[0099] 本发明采用筒钻，可以快速下沉到路基中且把环刀保护在圆形的筒钻中，外围开挖时的震动不会对环刀土体造成破坏。同时筒钻下端沉入路基的深度超过环刀10-20mm，在开挖时可以确保将来路基土体与环刀内土体断开时一定发生在环刀下端口以下。
[0100] 筒钻外壁上采用反力环箍设计，可保证筒钻不会对环刀土体进行二次压实。
[0101] 上述
实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和
权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何
修改和改变，都落入本发明的保护范围。
