鉆芯取樣法在公路樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：本研究旨在探究鉆芯取樣法在公路樁基檢測(cè)中的具體應(yīng)用方式，以某公路項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)該項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)梳理，并對(duì)鉆芯取樣施工工藝進(jìn)行全面分析，形成全面而系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。在公路樁基檢測(cè)階段，本研究重點(diǎn)關(guān)注樣品的精細(xì)處理以及數(shù)據(jù)分析。通過(guò)一系列研究得出結(jié)論，鉆芯取樣法能夠精準(zhǔn)地獲取樁基深部土層的物理性質(zhì)與力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為公路樁基的設(shè)計(jì)與施工提供了堅(jiān)實(shí)而科學(xué)的依據(jù)。在公路樁基檢測(cè)中應(yīng)用該技術(shù)，不僅極大地提高了公路樁基工程的質(zhì)量，同時(shí)也推動(dòng)了樁基工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：鉆芯取樣法；公路樁基；持力層

中圖分類號(hào)：TU 756" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在公路樁基工程中，樁基施工質(zhì)量對(duì)公路的安全性與穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生直接影響。為保證樁基工程質(zhì)量，工作人員需要對(duì)樁基所處的地層條件進(jìn)行全面勘察。鉆芯取樣法作為一種廣泛使用的地質(zhì)勘察技術(shù)，在公路樁基檢測(cè)中展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。該方法是利用鉆機(jī)深入地下，取得深部土層特性的樣本，進(jìn)而對(duì)其物理性質(zhì)與力學(xué)性能進(jìn)行分析，這些分析數(shù)據(jù)不僅為評(píng)估樁基承載能力提供了科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中的地基處理措施提供了科學(xué)指導(dǎo)。在公路樁基檢測(cè)中應(yīng)用鉆芯取樣法，不僅提高了工程的技術(shù)水平，也為保證公路基礎(chǔ)設(shè)施長(zhǎng)期穩(wěn)定提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 工程概況

在某地區(qū)的公路改造項(xiàng)目中，有一段長(zhǎng)度為5km的高速公路路段，該路段經(jīng)常發(fā)生路基沉降以及路面裂縫問(wèn)題，因此為了提高路段的承載能力與耐久性，計(jì)劃對(duì)其中的6座橋梁進(jìn)行基礎(chǔ)加固。每座橋梁的橋墩均采用混凝土鉆孔樁作為基礎(chǔ)，樁徑為1.2m，預(yù)計(jì)樁長(zhǎng)為20m。為保障橋墩結(jié)構(gòu)的安全性，保證穩(wěn)定性，需要對(duì)每座橋墩的樁基進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)。在選擇取樣技術(shù)過(guò)程中，采用鉆芯取樣法可以深入地下20m以及更深處，獲取實(shí)際的地質(zhì)樣本。相比之下，超聲波檢測(cè)技術(shù)適用于較淺的土層表層，其深度有限，難以提供深層土質(zhì)的詳細(xì)信息。因此，本項(xiàng)目采用鉆芯取樣法檢測(cè)樁基。

2 鉆芯取樣施工工藝

2.1 設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)

在該項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，工作人員詳細(xì)參考了地質(zhì)勘察報(bào)告以及橋梁設(shè)計(jì)的具體要求，選擇在樁基預(yù)計(jì)中心線的正上方以及底部邊緣的4個(gè)主要角落布置鉆孔點(diǎn)。這種布置方式能保證每個(gè)樁基在其承受最大荷載的地方，都能夠獲得充分的地質(zhì)數(shù)據(jù)支持，從而為橋梁的穩(wěn)定性提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。在施工現(xiàn)場(chǎng)，鉆機(jī)在橋梁樁基預(yù)定位置精準(zhǔn)就位，工作人員選擇了大型液壓旋挖鉆機(jī)，并配備了直徑為1.1m的高強(qiáng)度鉆頭，滿足樁徑1.2m的取樣要求。為了保證鉆孔的精確性，鉆機(jī)還配備了先進(jìn)的北斗定位系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確定位每個(gè)樁基的具體中心點(diǎn)，保證施工的精確性。

2.2 樁頭鉆進(jìn)

在實(shí)際應(yīng)用鉆芯取樣法過(guò)程中，施工人員須對(duì)樁頭鉆進(jìn)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控。在本項(xiàng)目中，鉆頭選擇硬質(zhì)合金鉆頭，根據(jù)樁基設(shè)計(jì)要求，將其直徑設(shè)定為150mm。在鉆進(jìn)過(guò)程中，施工人員密切關(guān)注鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)給壓力，并將鉆機(jī)轉(zhuǎn)速控制在600r/min～1200r/min，進(jìn)給壓力維持在0.5MPa～1.0MPa，保證鉆進(jìn)的穩(wěn)定性以及取樣的完整性。在鉆進(jìn)深度達(dá)到1.2m后，施工人員使用高精度電子深度計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆進(jìn)深度。當(dāng)鉆至設(shè)定深度時(shí)，電子深度計(jì)會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員停止鉆進(jìn)。此時(shí)，鉆機(jī)會(huì)迅速反轉(zhuǎn)，退出孔內(nèi)，取出鉆芯。為了保證取樣質(zhì)量，施工人員需要對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的沖洗液流量進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證沖洗液流量始終保持在200L/min～300L/min，保持孔壁穩(wěn)定，防止塌孔，鉆進(jìn)深度的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

式中：Dn為第n步的鉆進(jìn)深度；Dn-1為第n-1步的鉆進(jìn)深度；ΔD為每次鉆探的預(yù)設(shè)深度。在本研究中，設(shè)定初始深度為D0，即鉆頭開(kāi)始鉆進(jìn)的地表深度，每次進(jìn)行鉆進(jìn)操作時(shí)，根據(jù)上一步的深度Dn-1，加上預(yù)設(shè)的每次鉆探深度ΔD，計(jì)算當(dāng)前步n的鉆進(jìn)深度Dn。在施工現(xiàn)場(chǎng)，工作人員利用高精度的電子深度計(jì)監(jiān)測(cè)、記錄每一步的鉆進(jìn)深度，其中，每次鉆探深度ΔD=1.2m，那么當(dāng)?shù)谝徊絥=1時(shí)，D1=D0+ΔD=0+1.2=1.2m；當(dāng)?shù)诙絥=2時(shí)，D2=D1+ΔD=1.2+1.2=2.4m，依此類推（見(jiàn)表1）。

2.3 樁身混凝土中鉆進(jìn)

在樁身鉆進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，工作人員將鉆機(jī)的工作轉(zhuǎn)速設(shè)定為120r/min，該轉(zhuǎn)速是綜合考慮了鉆頭的穩(wěn)定性、混凝土結(jié)構(gòu)的完整性以及作業(yè)效率后的理想值[2]。在該轉(zhuǎn)速下，鉆頭能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，同時(shí)又不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞，從而能夠順利完成鉆進(jìn)作業(yè)。工作人員還將鉆進(jìn)速度控制在0.05m/s，這個(gè)速度可以保證每次進(jìn)給時(shí)混凝土不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱量，有效避免材料破壞。其中，鉆頭工作效率計(jì)算過(guò)程如公式（2）所示。

式中：Efficiency為鉆頭工作效率；Q為進(jìn)給量/min；η為進(jìn)給效率系數(shù)；P為鉆頭功率。在具體實(shí)踐中，工作人員根據(jù)鉆機(jī)的具體參數(shù)以及工作條件，計(jì)算鉆頭的工作效率。可以通過(guò)鉆機(jī)的實(shí)際工作數(shù)據(jù)或者技術(shù)參數(shù)獲得進(jìn)給量Q以及功率P，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)以及地質(zhì)條件調(diào)整進(jìn)給效率系數(shù)η（見(jiàn)表2）。

除了計(jì)算鉆頭工作效率之外，還要引入轉(zhuǎn)速調(diào)整公式，如公式（3）所示。

式中：RPM為鉆機(jī)的工作轉(zhuǎn)速；Vmax為最大進(jìn)給速度；ηmotor為電動(dòng)機(jī)效率；Ddrill為鉆頭直徑。根據(jù)鉆頭的直徑Ddrill設(shè)定最大進(jìn)給速度Vmax，調(diào)整電動(dòng)機(jī)效率系數(shù)ηmotor，計(jì)算適合的工作轉(zhuǎn)速，保證鉆進(jìn)混凝土以及硬質(zhì)巖石時(shí)達(dá)到最佳的鉆進(jìn)效果[3]（見(jiàn)表3）。

2.4 取樣

在本項(xiàng)目中，工作人員采用直徑為250mm、長(zhǎng)度為3m的高強(qiáng)度取樣管進(jìn)行取樣。此類取樣管內(nèi)部使用了硬質(zhì)合金強(qiáng)化，能夠在復(fù)雜巖層以及混凝土中穩(wěn)定鉆進(jìn)。將每次進(jìn)給深度設(shè)定為2.5m，保證取樣管能夠深入樁端持力層內(nèi)部，獲取具有代表性的樣品。在每次取樣管完成提升任務(wù)后，工作人員立刻對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)識(shí)、記錄工作。這些標(biāo)識(shí)信息包括樁號(hào)、取樣深度、取樣時(shí)間等關(guān)鍵信息，保證取樣管的信息準(zhǔn)確性與可追溯性。在完成標(biāo)識(shí)工作后，工作人員將取樣管放置在專用的防塵袋中，保證其在運(yùn)輸及儲(chǔ)存過(guò)程中的清潔度。在此過(guò)程中，為了保證取樣管的穩(wěn)定性，工作人員須保證取樣管始終保持垂直狀態(tài)，避免混凝土樣品在取樣管內(nèi)發(fā)生移動(dòng)，從而避免樣品受到污染。在取得混凝土樣本后，工作人員將其運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室，以便對(duì)樣本的物理性質(zhì)以及化學(xué)成分進(jìn)行詳細(xì)分析。在樣品運(yùn)輸過(guò)程中，工作人員要保持樣品的完整性，避免樣品在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生損壞或變質(zhì)現(xiàn)象[4]。在本次研究中，為了保證樣品的質(zhì)量，工作人員采用了多種專業(yè)的運(yùn)輸工具以及適宜的包裝材料。具體而言，工作人員使用防塵袋以及專業(yè)的樣品箱來(lái)妥善放置、保護(hù)取樣管，防止污染。這些樣品箱具有抗震以及防護(hù)功能，能夠有效保護(hù)樣品免受外界振動(dòng)、壓力的影響。此外，本項(xiàng)目使用的樣品運(yùn)輸車(chē)配備有防震裝置以及溫濕度控制設(shè)備，可以保證在運(yùn)輸過(guò)程中維持穩(wěn)定的環(huán)境條件。在包裝方面，工作人員使用泡沫填充物填充樣品箱，減少樣品在運(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)。用密封膠帶封閉樣品箱，防止樣品在途中發(fā)生損壞、泄漏。此外，工作人員還使用了吸濕劑，吸收樣品箱內(nèi)的濕氣，防止樣品受潮或水分變化。

3 公路樁基檢測(cè)

在本項(xiàng)目中，為了保證公路樁質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，施工人員從物理性質(zhì)分析以及化學(xué)成分分析兩個(gè)方面入手，對(duì)樁基材料的強(qiáng)度、密實(shí)度、耐久性等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，利用這種方式了解樁基材料的本質(zhì)特性，并為公路工程的質(zhì)量控制、病害防治等工作提供數(shù)據(jù)支持。

3.1 物理性質(zhì)分析

3.1.1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，為保證混凝土材料的質(zhì)量，通常用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土樣品進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試。研究人員將混凝土樣品精準(zhǔn)地放在壓力試驗(yàn)機(jī)上，然后按照標(biāo)準(zhǔn)程序增加加載，直至樣品發(fā)生破壞，其計(jì)算過(guò)程如公式（4）所示。

式中：fc為混凝土的抗壓強(qiáng)度；Pmax為混凝土樣品在壓力試驗(yàn)機(jī)上達(dá)到的最大加載力；A為混凝土樣品的橫截面積。研究人員將混凝土樣品放置在壓力試驗(yàn)機(jī)上，逐漸增加加載直至樣品破壞，記錄最大加載力Pmax。將最大加載力以及橫截面積參數(shù)帶入公式（4）中，得出混凝土的抗壓強(qiáng)度f(wàn)c。在最近的一次測(cè)試中，樣品的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了80MPa，這個(gè)結(jié)果充分證實(shí)了該混凝土材料具備優(yōu)異的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，完全可以承受較高的壓力（見(jiàn)表4）。

對(duì)樣品1～5進(jìn)行詳細(xì)分析，得出幾個(gè)關(guān)鍵結(jié)論：樣品編號(hào)1的抗壓強(qiáng)度為150 MPa，與預(yù)期設(shè)計(jì)值一致，表明混凝土的強(qiáng)度良好，樣品破壞時(shí)的加載情況與設(shè)計(jì)一致。樣品編號(hào)2的抗壓強(qiáng)度為162.5 MPa，超出了設(shè)計(jì)要求，該混凝土樣品的強(qiáng)度高于需求，適用于高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，說(shuō)明其質(zhì)量?jī)?yōu)良。樣品編號(hào)3的抗壓強(qiáng)度也為150 MPa，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，表明其混凝土質(zhì)量穩(wěn)定，滿足項(xiàng)目要求。樣品編號(hào)4的抗壓強(qiáng)度為155.6 MPa，略高于設(shè)計(jì)值，進(jìn)一步證明該混凝土的質(zhì)量良好，強(qiáng)度表現(xiàn)超出了最低設(shè)計(jì)要求。然而，樣品編號(hào)5的抗壓強(qiáng)度僅為145.5 MPa，低于預(yù)期設(shè)計(jì)值，表明其強(qiáng)度不足，需要對(duì)混凝土配方進(jìn)行優(yōu)化以提高強(qiáng)度。總體來(lái)看，除了樣品編號(hào)5外，其他樣品的強(qiáng)度表現(xiàn)均符合或超出設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明混凝土在大多數(shù)情況下能夠滿足項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，針對(duì)樣品編號(hào)5的結(jié)果，需要進(jìn)一步調(diào)整混凝土配方，保證所有樣品均能達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度要求。這些測(cè)試結(jié)果為項(xiàng)目的施工和質(zhì)量控制提供了參考，同時(shí)驗(yàn)證了混凝土的整體可靠性。

3.1.2 密度測(cè)量

在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中，研究人員采用浮力法對(duì)一批次的混凝土樣品進(jìn)行了密度測(cè)定。經(jīng)過(guò)測(cè)量，得到了這批混凝土樣品的平均密度值為2400kg/m3。表明這批混凝土樣品具有較高的密度，這樣的密度值有利于提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。計(jì)算密度如公式（5）所示。

式中：ρ為混凝土樣品的密度；m樣品為混凝土樣品的質(zhì)量；V浸水為混凝土樣品完全浸入水中時(shí)的體積；V空氣為混凝土樣品在水中排開(kāi)的體積。在具體測(cè)量過(guò)程中，先測(cè)量混凝土樣品的質(zhì)量，再使用浮力法分別測(cè)量混凝土樣品在水中完全浸入時(shí)的體積以及在水中排開(kāi)時(shí)的體積[5]。將測(cè)得的參數(shù)帶入公式（5），計(jì)算混凝土樣品的密度（見(jiàn)表5）。

3.2 化學(xué)成分分析

在本研究中，工作人員使用光譜分析方法分析混凝土樣品中水泥的類型以及質(zhì)量特性。光譜分析結(jié)果可以提供更詳細(xì)的化學(xué)信息，進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配方（見(jiàn)表6）。

根據(jù)表5，工作人員對(duì)混凝土配方進(jìn)行優(yōu)化。1）調(diào)整水泥含量。水泥含量在不同樣本中有所變化，增加水泥含量通常會(huì)提高混凝土的早期強(qiáng)度、長(zhǎng)期強(qiáng)度，如果項(xiàng)目對(duì)強(qiáng)度有較高要求，可以選擇樣本2中較高的水泥含量（20%），并根據(jù)具體需求適度調(diào)整；減少水泥含量可以降低混凝土的成本，減少環(huán)境影響，前提是要保證混凝土仍能滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，樣本3中的低水泥含量（16%）可以作為參考。2）優(yōu)化摻合料。樣本1與樣本2粉煤灰含量（15%、20%）高，說(shuō)明可以有效降低混凝土的溫度敏感性。根據(jù)環(huán)境條件以及設(shè)計(jì)要求，可以適度增加或減少粉煤灰含量。此外，樣本3、樣本4中的礦渣含量（8%、11%）顯示了對(duì)混凝土強(qiáng)度、環(huán)境適應(yīng)性的影響。優(yōu)化時(shí)可以根據(jù)具體工程要求調(diào)整礦渣的添加量，平衡混凝土的性能。3）優(yōu)化外加劑。在樣本1、樣本3中使用減水劑表明其能夠有效提高混凝土的流動(dòng)性與加工性，同時(shí)減少水泥用量。根據(jù)具體施工需求，可以進(jìn)一步調(diào)整減水劑的類型與含量。在樣本2、樣本4中使用防凍劑說(shuō)明在寒冷氣候下提高混凝土抗凍性的有效性。因此優(yōu)化時(shí)需要根據(jù)地理?xiàng)l件、季節(jié)變化調(diào)整防凍劑的類型以及添加量。

4 結(jié)論

在公路樁基檢測(cè)領(lǐng)域，鉆芯取樣法作為一種常用的非破壞性測(cè)試技術(shù)，其應(yīng)用范圍廣泛。經(jīng)過(guò)深入研究得出以下結(jié)論。1）鉆芯取樣法作為一種科學(xué)有效的檢測(cè)方法，其主要作用是精確揭示樁基混凝土的實(shí)際強(qiáng)度以及成分分布狀態(tài)。不僅可以對(duì)鉆芯樣品進(jìn)行分析，還可以準(zhǔn)確評(píng)估樁基的質(zhì)量狀況，利用這個(gè)方法為后續(xù)的施工或維修工作提供了至關(guān)重要的參考依據(jù)，保證了工程質(zhì)量的可靠性。2）利用鉆芯取樣分析技術(shù)精確評(píng)估樁基的實(shí)際承載能力以及結(jié)構(gòu)可靠性。這個(gè)方法獲取的數(shù)據(jù)為工程師提供了科學(xué)依據(jù)，使其能夠準(zhǔn)確判斷樁基是否滿足既定的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，該技術(shù)還有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，指導(dǎo)工作人員采取針對(duì)性的修復(fù)措施，保證公路樁基在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的可靠性，滿足工程質(zhì)量與安全標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求。3）通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定期檢測(cè)，研究人員能夠準(zhǔn)確掌握樁基的性能變化趨勢(shì)，從而提前預(yù)防并有效應(yīng)對(duì)潛在問(wèn)題，保證樁基的穩(wěn)定性?？梢岳眠@種方式延長(zhǎng)樁基的使用壽命，優(yōu)化維護(hù)周期，降低整體維護(hù)成本。

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