鉆芯取樣法在公路樁基檢測中的應用

摘 要：本研究旨在探究鉆芯取樣法在公路樁基檢測中的具體應用方式，以某公路項目為研究對象，對該項目實際情況進行系統梳理，并對鉆芯取樣施工工藝進行全面分析，形成全面而系統的認識。在公路樁基檢測階段，本研究重點關注樣品的精細處理以及數據分析。通過一系列研究得出結論，鉆芯取樣法能夠精準地獲取樁基深部土層的物理性質與力學性能數據，為公路樁基的設計與施工提供了堅實而科學的依據。在公路樁基檢測中應用該技術，不僅極大地提高了公路樁基工程的質量，同時也推動了樁基工程領域的技術進步，具有重要的現實意義。

關鍵詞：鉆芯取樣法；公路樁基；持力層

中圖分類號：TU 756" " 文獻標志碼：A

在公路樁基工程中，樁基施工質量對公路的安全性與穩定性會產生直接影響。為保證樁基工程質量，工作人員需要對樁基所處的地層條件進行全面勘察。鉆芯取樣法作為一種廣泛使用的地質勘察技術，在公路樁基檢測中展現出巨大的優勢。該方法是利用鉆機深入地下，取得深部土層特性的樣本，進而對其物理性質與力學性能進行分析，這些分析數據不僅為評估樁基承載能力提供了科學依據，同時也為設計與施工過程中的地基處理措施提供了科學指導。在公路樁基檢測中應用鉆芯取樣法，不僅提高了工程的技術水平，也為保證公路基礎設施長期穩定提供了堅實的基礎。

1 工程概況

在某地區的公路改造項目中，有一段長度為5km的高速公路路段，該路段經常發生路基沉降以及路面裂縫問題，因此為了提高路段的承載能力與耐久性，計劃對其中的6座橋梁進行基礎加固。每座橋梁的橋墩均采用混凝土鉆孔樁作為基礎，樁徑為1.2m，預計樁長為20m。為保障橋墩結構的安全性，保證穩定性，需要對每座橋墩的樁基進行詳細檢測。在選擇取樣技術過程中，采用鉆芯取樣法可以深入地下20m以及更深處，獲取實際的地質樣本。相比之下，超聲波檢測技術適用于較淺的土層表層，其深度有限，難以提供深層土質的詳細信息。因此，本項目采用鉆芯取樣法檢測樁基。

2 鉆芯取樣施工工藝

2.1 設計鉆孔結構

在該項目的實施過程中，工作人員詳細參考了地質勘察報告以及橋梁設計的具體要求，選擇在樁基預計中心線的正上方以及底部邊緣的4個主要角落布置鉆孔點。這種布置方式能保證每個樁基在其承受最大荷載的地方，都能夠獲得充分的地質數據支持，從而為橋梁的穩定性提供堅實的基礎[1]。在施工現場，鉆機在橋梁樁基預定位置精準就位，工作人員選擇了大型液壓旋挖鉆機，并配備了直徑為1.1m的高強度鉆頭，滿足樁徑1.2m的取樣要求。為了保證鉆孔的精確性，鉆機還配備了先進的北斗定位系統，能夠準確定位每個樁基的具體中心點，保證施工的精確性。

2.2 樁頭鉆進

在實際應用鉆芯取樣法過程中，施工人員須對樁頭鉆進施工環節進行嚴格把控。在本項目中，鉆頭選擇硬質合金鉆頭，根據樁基設計要求，將其直徑設定為150mm。在鉆進過程中，施工人員密切關注鉆機的轉速以及進給壓力，并將鉆機轉速控制在600r/min～1200r/min，進給壓力維持在0.5MPa～1.0MPa，保證鉆進的穩定性以及取樣的完整性。在鉆進深度達到1.2m后，施工人員使用高精度電子深度計，實時監測鉆進深度。當鉆至設定深度時，電子深度計會發出警報，提醒工作人員停止鉆進。此時，鉆機會迅速反轉，退出孔內，取出鉆芯。為了保證取樣質量，施工人員需要對鉆進過程中的沖洗液流量進行嚴格控制，保證沖洗液流量始終保持在200L/min～300L/min，保持孔壁穩定，防止塌孔，鉆進深度的計算過程如公式（1）所示。

式中：Dn為第n步的鉆進深度；Dn-1為第n-1步的鉆進深度；ΔD為每次鉆探的預設深度。在本研究中，設定初始深度為D0，即鉆頭開始鉆進的地表深度，每次進行鉆進操作時，根據上一步的深度Dn-1，加上預設的每次鉆探深度ΔD，計算當前步n的鉆進深度Dn。在施工現場，工作人員利用高精度的電子深度計監測、記錄每一步的鉆進深度，其中，每次鉆探深度ΔD=1.2m，那么當第一步n=1時，D1=D0+ΔD=0+1.2=1.2m；當第二步n=2時，D2=D1+ΔD=1.2+1.2=2.4m，依此類推（見表1）。

2.3 樁身混凝土中鉆進

在樁身鉆進作業過程中，工作人員將鉆機的工作轉速設定為120r/min，該轉速是綜合考慮了鉆頭的穩定性、混凝土結構的完整性以及作業效率后的理想值[2]。在該轉速下，鉆頭能夠保持穩定的工作狀態，同時又不會對混凝土結構造成損壞，從而能夠順利完成鉆進作業。工作人員還將鉆進速度控制在0.05m/s，這個速度可以保證每次進給時混凝土不會產生過多的熱量，有效避免材料破壞。其中，鉆頭工作效率計算過程如公式（2）所示。

式中：Efficiency為鉆頭工作效率；Q為進給量/min；η為進給效率系數；P為鉆頭功率。在具體實踐中，工作人員根據鉆機的具體參數以及工作條件，計算鉆頭的工作效率。可以通過鉆機的實際工作數據或者技術參數獲得進給量Q以及功率P，根據實際操作經驗以及地質條件調整進給效率系數η（見表2）。

除了計算鉆頭工作效率之外，還要引入轉速調整公式，如公式（3）所示。

式中：RPM為鉆機的工作轉速；Vmax為最大進給速度；ηmotor為電動機效率；Ddrill為鉆頭直徑。根據鉆頭的直徑Ddrill設定最大進給速度Vmax，調整電動機效率系數ηmotor，計算適合的工作轉速，保證鉆進混凝土以及硬質巖石時達到最佳的鉆進效果[3]（見表3）。

2.4 取樣

在本項目中，工作人員采用直徑為250mm、長度為3m的高強度取樣管進行取樣。此類取樣管內部使用了硬質合金強化，能夠在復雜巖層以及混凝土中穩定鉆進。將每次進給深度設定為2.5m，保證取樣管能夠深入樁端持力層內部，獲取具有代表性的樣品。在每次取樣管完成提升任務后，工作人員立刻對其進行詳細標識、記錄工作。這些標識信息包括樁號、取樣深度、取樣時間等關鍵信息，保證取樣管的信息準確性與可追溯性。在完成標識工作后，工作人員將取樣管放置在專用的防塵袋中，保證其在運輸及儲存過程中的清潔度。在此過程中，為了保證取樣管的穩定性，工作人員須保證取樣管始終保持垂直狀態，避免混凝土樣品在取樣管內發生移動，從而避免樣品受到污染。在取得混凝土樣本后，工作人員將其運送至實驗室，以便對樣本的物理性質以及化學成分進行詳細分析。在樣品運輸過程中，工作人員要保持樣品的完整性，避免樣品在運輸過程中發生損壞或變質現象[4]。在本次研究中，為了保證樣品的質量，工作人員采用了多種專業的運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的樣品箱來妥善放置、保護取樣管，防止污染。這些樣品箱具有抗震以及防護功能，能夠有效保護樣品免受外界振動、壓力的影響。此外，本項目使用的樣品運輸車配備有防震裝置以及溫濕度控制設備，可以保證在運輸過程中維持穩定的環境條件。在包裝方面，工作人員使用泡沫填充物填充樣品箱，減少樣品在運輸過程中振動。用密封膠帶封閉樣品箱，防止樣品在途中發生損壞、泄漏。此外，工作人員還使用了吸濕劑，吸收樣品箱內的濕氣，防止樣品受潮或水分變化。

3 公路樁基檢測

在本項目中，為了保證公路樁質量符合標準，施工人員從物理性質分析以及化學成分分析兩個方面入手，對樁基材料的強度、密實度、耐久性等關鍵指標進行檢測，利用這種方式了解樁基材料的本質特性，并為公路工程的質量控制、病害防治等工作提供數據支持。

3.1 物理性質分析

3.1.1 抗壓強度測試

在實驗室環境中，為保證混凝土材料的質量，通常用壓力試驗機對混凝土樣品進行嚴格測試。研究人員將混凝土樣品精準地放在壓力試驗機上，然后按照標準程序增加加載，直至樣品發生破壞，其計算過程如公式（4）所示。

式中：fc為混凝土的抗壓強度；Pmax為混凝土樣品在壓力試驗機上達到的最大加載力；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機上，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帶入公式（4）中，得出混凝土的抗壓強度fc。在最近的一次測試中，樣品的抗壓強度達到了80MPa，這個結果充分證實了該混凝土材料具備優異的結構強度，完全可以承受較高的壓力（見表4）。

對樣品1～5進行詳細分析，得出幾個關鍵結論：樣品編號1的抗壓強度為150 MPa，與預期設計值一致，表明混凝土的強度良好，樣品破壞時的加載情況與設計一致。樣品編號2的抗壓強度為162.5 MPa，超出了設計要求，該混凝土樣品的強度高于需求，適用于高強度結構，說明其質量優良。樣品編號3的抗壓強度也為150 MPa，符合設計標準，表明其混凝土質量穩定，滿足項目要求。樣品編號4的抗壓強度為155.6 MPa，略高于設計值，進一步證明該混凝土的質量良好，強度表現超出了最低設計要求。然而，樣品編號5的抗壓強度僅為145.5 MPa，低于預期設計值，表明其強度不足，需要對混凝土配方進行優化以提高強度。總體來看，除了樣品編號5外，其他樣品的強度表現均符合或超出設計要求，說明混凝土在大多數情況下能夠滿足項目的結構標準。盡管如此，針對樣品編號5的結果，需要進一步調整混凝土配方，保證所有樣品均能達到預期的強度要求。這些測試結果為項目的施工和質量控制提供了參考，同時驗證了混凝土的整體可靠性。

3.1.2 密度測量

在實驗室的環境中，研究人員采用浮力法對一批次的混凝土樣品進行了密度測定。經過測量，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構的整體穩定性，延長使用壽命。計算密度如公式（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量；V浸水為混凝土樣品完全浸入水中時的體積；V空氣為混凝土樣品在水中排開的體積。在具體測量過程中，先測量混凝土樣品的質量，再使用浮力法分別測量混凝土樣品在水中完全浸入時的體積以及在水中排開時的體積[5]。將測得的參數帶入公式（5），計算混凝土樣品的密度（見表5）。

3.2 化學成分分析

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量特性。光譜分析結果可以提供更詳細的化學信息，進一步優化混凝土配方（見表6）。

根據表5，工作人員對混凝土配方進行優化。1）調整水泥含量。水泥含量在不同樣本中有所變化，增加水泥含量通常會提高混凝土的早期強度、長期強度，如果項目對強度有較高要求，可以選擇樣本2中較高的水泥含量（20%），并根據具體需求適度調整；減少水泥含量可以降低混凝土的成本，減少環境影響，前提是要保證混凝土仍能滿足設計要求的強度，樣本3中的低水泥含量（16%）可以作為參考。2）優化摻合料。樣本1與樣本2粉煤灰含量（15%、20%）高，說明可以有效降低混凝土的溫度敏感性。根據環境條件以及設計要求，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%）顯示了對混凝土強度、環境適應性的影響。優化時可以根據具體工程要求調整礦渣的添加量，平衡混凝土的性能。3）優化外加劑。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性與加工性，同時減少水泥用量。根據具體施工需求，可以進一步調整減水劑的類型與含量。在樣本2、樣本4中使用防凍劑說明在寒冷氣候下提高混凝土抗凍性的有效性。因此優化時需要根據地理條件、季節變化調整防凍劑的類型以及添加量。

4 結論

在公路樁基檢測領域，鉆芯取樣法作為一種常用的非破壞性測試技術，其應用范圍廣泛。經過深入研究得出以下結論。1）鉆芯取樣法作為一種科學有效的檢測方法，其主要作用是精確揭示樁基混凝土的實際強度以及成分分布狀態。不僅可以對鉆芯樣品進行分析，還可以準確評估樁基的質量狀況，利用這個方法為后續的施工或維修工作提供了至關重要的參考依據，保證了工程質量的可靠性。2）利用鉆芯取樣分析技術精確評估樁基的實際承載能力以及結構可靠性。這個方法獲取的數據為工程師提供了科學依據，使其能夠準確判斷樁基是否滿足既定的設計要求。同時，該技術還有助于及時發現潛在的結構問題，指導工作人員采取針對性的修復措施，保證公路樁基在運營過程中的可靠性，滿足工程質量與安全標準的嚴格要求。3）通過實時監測與定期檢測，研究人員能夠準確掌握樁基的性能變化趨勢，從而提前預防并有效應對潛在問題，保證樁基的穩定性。可以利用這種方式延長樁基的使用壽命，優化維護周期，降低整體維護成本。

參考文獻

[1]孫傲，熊先勇，王曉霞，等.泡沫輕質土路基澆筑體質量試驗研究[J].公路，2024，69（1）：9-15.

[2]李雪雪，孫彬，毛詩洋，等.鉆芯法檢測薄壁預制構件混凝土抗壓強度的試驗研究[J].建筑結構，2023，53（24）：74-79.

[3]歐紅亮，龍海飚，趙麗娟，等.水泥攪拌樁漿噴法和粉噴法在軟基處理中的研究分析[J].公路，2022，67（5）：119-122.

[4]劉雙華，石妍，呂風英，等.地下洞室噴射混凝土與圍巖粘結強度試驗的鉆芯優化和試樣修復技術[J].長江科學院院報，2020，37（11）：180-186.

[5]林萬青，臧振濤，陳振華，等.微創鉆芯法對芯樣采取率的影響[J].水電能源科學，2019，37（5）：85-87，171.