公路桩基检测中钻芯取样法的应用

2022-07-12肖晨辉

交通世界 2022年13期

关键词：芯样桩头钻头

肖晨辉

（河北盛通公路建设有限公司，河北承德 068150）

0 引言

在公路建设过程中，桩基施工处于地下隐蔽工程，无法直接判断其施工质量，因此对桩基进行质量检测显得尤为重要。钻芯取样法作为桩基检测方法之一，属于局部破损检测法，可以有效判别桩基混凝土强度、桩长、桩基完整性、持力层形状等，在桩基检测中应用广泛。

1 工程概况

某高速公路工程全长34.6km，设计行车速度110km/h，全线建设有130根桩基础，结构形式均为灌注桩，桩身混凝土强度为C35，桩长30m。桩基础施工完成后，采用超声波检测法进行桩身检测，但由于该方法检测存在一定盲区，无法准确判别桩基全断面质量。因此，需要采用钻芯取样法进行复核检测。

2 钻芯取样检测技术

2.1 钻芯取样要求

（1）钻孔取样作业要求选择有资质、有经验的单位进行，使用的钻机应具有振动小、扭矩大、调速范围广、液压操纵的特点。钻机的安装应保持稳定，避免在钻进过程中出现卡钻、钻孔偏离桩身的问题。

（2）钻头的选取要求直径为70mm和110mm，钻头的材料为金刚石；结合规范要求，选取的芯样尺寸为最大集料粒径的3倍，且控制在100～150mm，本工程集料最大粒径为40mm，芯样直径要求控制在120mm[1]。

（3）钻芯取样施工后对得到的样品逐个进行编号，明确每个样品的块号、总块数，并结合编号依次进行排序存放，不得出现顺序颠倒、编号丢失、更换的问题。芯样全部钻取后要进行拍照记录保存，并将取样过程及样品交由监理单位进行查验。

2.2 钻芯取样施工

2.2.1 钻芯准备

（1）钻芯取样前，施工单位要结合设计的取样位置安装钻机，本次施工采用液压钻机，钻机的安放位置要与芯样中心保持一致，并在芯样周围采用膨胀螺栓进行固定，避免施工中出现钻机位移的问题。钻机安装后，技术人员调整钻机的主轴旋转方向，旋转方向调整为顺时针后，安装钻头，使钻头保持垂直状态。

（2）钻机施工前，接通场地内的电源线与水源，通电后旋转钻机的调速按钮，保持需要的钻进速度，同时旋转操作手柄，使钻头缓慢接近桩基混凝土表面，钻进1m 之前采用的钻头为合金钻头，待钻进1m后更换为金刚石钻头[2]。

2.2.2 钻孔取样

（1）钻机安装就位后正式开始钻芯取样作业，取样施工中为避免对混凝土桩基造成破坏，钻进时要进行泥浆护壁作业。采用500kg的黏土和一定量的清水进行充分拌和，同时加入溶解后的Na2CO3添加剂，该材料使用清水持续溶解24h，泥浆拌制后，选取部分样品检测其性能，合格的泥浆失水量为25～30L/h，黏度在35～40，满足要求的泥浆可用于取样施工中。

（2）在桩头位置钻进时，桩头位置处于桩基表面，此时采用的钻头为合金钻头。钻头和桩头位置接触时，保持钻头低转速钻进，不得突然增加钻进速度，待钻头钻入桩基后缓慢增加钻进速度至匀速，此时钻进速度控制在168r/min，钻机压力控制在2kN。钻进深度达到20～30cm 时，方可将钻机下放至套管护壁中。钻进深度达到1m 时，将合金钻头更换为金刚石钻头[3]。此外，桩基的桩头本身是利用水泥砂浆和浮浆组合形成，截面具有不平整的特点，因此，在桩头钻进过程中要时刻对钻机的行进方向进行检测，保证其垂直性，严禁出现取样位置偏差。

（3）更换为金刚石钻头后，继续进行钻进施工，待钻头进入桩端持力层后，可以选择提钻的方式进行施工。施加0.5～1MPa 的压力，将钻头从孔底向上提拉，每次提拉范围控制在0.5m以内，施工时间不得超过15min。提拉结束后利用水泥浆进行回灌处理，并将钻机的钻头拆卸下来，表示钻孔取芯结束。拆卸过程中避免暴力拆卸，同时保障芯样的全面性。

2.3 注意事项

2.3.1 注意钻孔位置

本工程钻芯取样施工前，需要注意芯样的选取位置和数量，芯样的数量由桩基的桩径决定，对桩径不大于120mm 的桩基选取1 处芯样，对桩径大于120mm的桩基选取2处芯样。只选取1处的桩基，要注意芯样的位置，应与桩中心相距100～150mm，选取2处芯样的桩基，芯样位置要控制在1/6桩距的位置对称选取[4]。

2.3.2 注意钻芯控制

钻机安装完成后，要注意检查钻机的安装位置是否与设计位置一致。钻机设备安装时，技术员应按照严密、稳固的原则，将钻机稳定控制在桩基上，在钻芯取样过程中保持桩基的稳定，避免出现移动和偏差，钻芯孔的垂直偏差应控制在0.5%以下，此外，取样过程中通过泥浆颜色、含砂量等明显的变化，调整钻机的钻进速度。

2.3.3 注意样品选取

桩基混凝土芯样的采取率要≥95%，芯样的直径应满足要求。在桩基持力层钻进时，注意控制每次进尺的距离，避免损伤芯样，取样完成后，对芯样做好各种相关数据的记录。

2.4 芯样加工与试验

（1）本工程钻芯取样工作完成且经监理验收后，由具有资质的专业单位对芯样进行加工和实验室检测。加工时采用的设备包括芯样切割机、磨平机和专用补平器，同时准备强度试验所采用的压力机，所有的设备在使用前均要检查产品合格证，并对机械的使用性能进行检测，合格后方可进行使用[5]。

（2）加工芯样时，先利用切割机将芯样切割成需要的大小，再利用磨平机或补平机对切割后的样品进行特殊处理，在芯样补平时要采用补平材料，经试验确定，本次施工采用的补平材料为纯硫磺和硫磺胶泥，芯样处理后进行检查，满足要求后方可开始强度试验。

（3）芯样的强度试验在实验室进行，由于芯样在干燥状态下的强度与湿润状态下的强度存在差异，因此在强度试验前，要对实验室内的环境进行必要的处理，保持芯样试件状态与桩基湿度相一致，再结合《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081—2002）规范要求，进行芯样的强度试验。

（4）在芯样抗压强度试验后，将所得到的相关参数按公式进行计算，最终得到芯样的抗压强度，具体公式如式（1）：

式中：FCU为芯样的抗压强度（MPa）；X为混凝土芯样试件抗压强度折算系数；P为芯样试件抗压试验测得的破坏荷载（N）；D为芯样试件的平均直径（mm）。抗压强度计算中应综合考虑芯样尺寸效应、机械对芯样的扰动和混凝土成型条件等不同因素的影响，进行综合确定[6]。

2.5 结果分析

经过对本工程选取芯样的检测得知，芯样的混凝土进尺为31.34 m，芯样的采用率为98.44%，选取的芯样整体呈现灰色，通过表面观察得知，混凝土的平整度良好，粗细集料分布均匀，混合料的黏结性较强，经过混凝土抗压强度的计算，得出混凝土的最大抗压强度为45.8MPa，最小抗压强度为38.9MPa，均满足要求，表明该工程桩基施工质量满足标准要求，可以放心使用。