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1、混凝土大孔径长芯样钻取技术摘 要：大孔径长芯样的钻取能揭示混凝土原状，真实地反映出混凝土的浇筑质量状况，长芯样的取得对混凝土密实度、层面胶结情况等质量方面的鉴定能提供更为有力的证据。关键词：混凝土 长芯 钻取 1.钻孔技术1.1钻孔结构（1）孔径较大：混凝土长芯样的钻取，适宜的孔径为150219mm；（2）孔深较深：考虑到采用整根长岩芯管取芯效果较好，而孔口几米由于受设备及工艺限期，一般不宜取长芯，所以孔深宜设计在20.030.0m；（3）垂直精度较高：如果钻孔垂直偏差较大，钻具在钻进过程中容易产生振动，使芯样承受较大的侧向压力，造成混凝土芯样在浇筑层面或密实性欠佳等部位产生断裂，所以应确保钻
2、孔有较高的垂直精度。1.2钻机选型及材料准备 （1）钻机选型基于钻孔结构要求，要确保长芯样钻取时芯样不断，选用400型600型回转取芯钻机，如XY-4型、GQ-60型等钻机，该类钻机特点是自重大，稳定性好，钻杆直径大，回转精度较高，钻进稳定，钻进扭矩大，适合于150以上的大口径取芯钻进。在上机之前应调整好钻机立轴动力头与滑轨之间的间隙，要保证立轴动力头在钻进时平稳，消除引起钻机钻进不平稳的一切因素。 （2）材料准备钻具与钻杆等管材的弯曲度应0.3%，螺纹连接后应保证同轴度0.05mm，端面与轴线的垂直度0.10mm。钻杆宜选用89或114的钻杆，大钻杆刚性较大，在钻进过程中受压抗弯曲性能较好，
3、钻进平稳，可避免钻杆晃动对芯样产生扰动；并能承受较大的扭矩，不易发生孔内事故。 金刚石钻头与扩孔器的选用：开始取长芯样时，根据所取部位混凝土的特性及可能切割的钢筋与冷却水管(钢管)预估数量，确定金刚石钻头的有关配方参数，在此要求金刚石目数为4045#，品级为JR5，钻头胎体硬度为2328。1.1.3 确定合理的钻进参数 根据金刚石的性质和破碎机理，金刚石钻进具有以高转速为主体钻进特点，但必须配以相应适当的压力，尽量减少对金刚石及芯样的振动冲击作用，并需有足够的水量，保证钻头充分冷却。根据理论计算和实践证明，在混凝土取芯施工过程中，采用下列合理的钻进参数，是取得长芯样并获得最佳钻进效率的重要保证
4、。根据混凝土骨料硬度级配不同与钻进过程中孔深的不断加深，长芯样钻进时效应控制在0.30.5 m/h；孔底钻进压力根据混凝土的实际的抗压强度，可控制在510MPa，随着孔深的增加，钻具与钻杆自身重量将增大，应适时使钻机反向加压，以便调节孔底钻进压力；转速控制在60200r/min，冲洗液量控制在4080L/min。1.1.4 钻进施工过程控制 （1）场地要求长芯样在取芯时一般要求吊车或门塔机配合，运输时需要15.0m长以上的拖车，所以混凝土长芯样孔位布置时应考虑施工场地应满足上述要求。 （2）固机开孔孔位必须采用全站仪放样，孔位偏差控制在5mm之内，为便于开孔与测斜，孔位处应预先埋设一定位钢板，
5、必须用水平尺将钻机机架调平后采用地锚固定，并用高标号砂浆将机架埋设好待凝3天，钻机就位后对准孔位，必须用经纬仪与垂直吊线法将钻机前后左右进行调平，采用螺丝锁紧固定，准备就绪后方可开孔。孔位放样完成后，必须采用地锚将钻机机架固定，钻机就位后对准孔位，并用经纬仪或垂直吊线法将钻机调平，准备就绪后方可开孔。开孔应采用钻机的最低转速，一般为4060r/min，钻压采用低压，确保开孔的垂直度。 （3）正常钻进正常钻进时钻进压力、水量、转速应统一调整到最佳状态。采用短岩芯管开孔钻取至一定孔深后，可开始取长芯样。长芯样钻取时应尽量采用长岩芯管钻进，以便减少对芯样的扰动。若混凝土强度较高，岩芯管的连结同轴度能
6、满足要求，也可采用短岩芯管用空心直接头连结进行钻进。当芯样长度达到要求后，确认芯样未断，应采用整根长岩芯管取芯。 （4）钻进冲洗液如有必要可选用润滑冲洗液钻进，以提高冲洗液携带岩粉的能力，避免钻孔过程中产生的岩粉及碎渣沉积对芯样产生扰动，并及时冷却钻头，还能使芯样完整光洁。一般润滑剂采用普通洗衣粉就可以。高效润滑剂有L-HP等产品，该润滑剂除润滑性能好，净洗率强外，还有较好的抗钙镁和抗乳能力，能在芯样表面形成保护膜，可进一步提高在混凝土缺陷部位取得原状芯样的成功率。为防止钻进冲洗液对工作面的污染，应对冲洗液进行净化和回收。 （5）防偏措施 钻机要求固定牢固保证水平，确保钻进平稳； 钻杆、钻具、
7、导正器与导向管、各类接头等材料确保加工精度； 开孔要求采用定位板定位，孔口15.0cm内要从严控制偏斜，以便下部钻进时利用上部直孔段导向，根据测斜情况合理确定与调整孔内导正器安装位置。 以均匀进尺为主要标准来合理调整钻进压力与回转速度。1.2 取芯技术长芯样钻到长度满足要求之后，应尽量采用长岩芯管取芯。长岩芯管底部安装好相应规格的卡簧座与卡簧，利用卡簧座与卡簧将芯样底部卡住，然后在孔口利用夹板将岩芯管夹住，采用两个8t的千斤顶同时均匀加压顶住夹板，将芯样从卡簧底部处强行拉断。在装有卡簧的岩芯管下入孔底过程中，严禁向上提动岩芯管，以免将芯样卡断，芯样拉断后可向岩芯管与长芯样间隙之间加满粒径小于0
8、.5mm的均匀粉砂，以便在芯样吊运过程中起到保护芯样的作用。卡簧座加工制作材料与规格要求与所使用的岩芯管一致，管壁厚度不宜小于8mm，卡簧是一个断面呈倒立契形的薄壁圆环，契形坡角为35，薄壁圆环内面可车几道宽约2 mm的槽口。卡簧嵌于卡簧座对应的槽口内，卡簧座底部内表面可倒车成喇叭口，以便于岩芯管下放。当岩芯管下好之后，一般向上稍微提动岩芯管，则卡簧相对下滑可将芯样卡住。如果芯样直径过小，卡簧卡不住，则可加入少量石英砂至卡簧内表面2mm的槽口内，则立即可将芯样卡住。1.3 芯样吊运与存放芯样拉断后可利用钻机卷扬或吊装设备进行吊运，吊运前应将相应长度的槽钢斜靠某一支架上，将芯样吊出之后顺向缓慢放
9、入槽钢并绑扎好之后，连同槽与装有芯样的岩芯管一并放平，然后采用工字钢制作的专用长芯样吊装横梁将槽钢与岩芯管一并吊入拖车，拖车内预先应铺砂并采用三角枕木垫平，以防运输过程中道路不平使芯样断裂。芯样吊运至存放地点后，将卡簧座取下，一边用水冲洗岩芯管内粉砂，一边用千斤顶与葫芦顶压芯样至槽钢内存放，为了长期保存，防止芯样发生龟裂，可在芯样表面涂刷一层透明保护膜。 在三峡大坝右岸三期IA标段219mm砼取芯工程中，分别取得长度为10.4515.08m混凝土长芯样,其中15.08m是国内最长的一根四级配完整混凝土长芯样。1.4测斜技术测斜采用DZ-2型浮标式球形钻孔测斜仪，测斜球外径应小于测孔内径2mm左
10、右，测斜球的圆度偏差要求1mm，当测球下入所测孔段后，其中心与所测孔段孔中心重合，让穿过测斜球中心的扎丝与孔口浮桶内的浮标连结，浮标经过自由漂动稳定后，测斜球与浮标之间的扎丝呈绝对铅垂状态。然后在孔口定位板上放置两根细线，构成相互垂直的十字交叉线，交叉线的方向应与孔位坐标XY方向对应，细线的交点为钻孔的设计中心点，经测量扎丝与十字交叉线交点的偏差，即为所测孔段的偏斜值与偏斜方向。1.5 纠偏技术 （1）高速扫孔钻进纠偏法 孔斜超标较小时，可将钻机向偏斜相同的方向移动相应的距离，如26-2-1#在孔深7.5m向右偏3mm，至孔深9.0m向右偏9mm，则将钻往右移动6mm固定，换上纠偏钻头，将钻具
11、上提至孔深7.0m左右，采用118218r/min的高转速扫孔，将偏斜反方向侧的孔壁扫正，扫孔中途应加强测斜。根据实际经验，当扫孔钻进至差12mm可全部消除偏差时，应及时将钻机回位，继续采用高速扫孔到底，否则容易产生反相偏斜。该纠偏法适应于孔深30.0m以内的纠偏，同时要求钻杆与孔壁之间间隙不宜太大。另外钻机移动之后注意校核钻机是否水平。（2）变径钻进纠偏法 如果由于意外情况使孔斜偏差太大，采用高速扫孔纠偏难于纠正或工效太低成本过高时，则考虑通过变小一级孔径消除偏差，如从150变为130最大可消除近20mm的偏斜，但该方法更适用于孔深较浅时纠偏，变径开孔前要求孔底比较平整，必要时通过测斜在孔口
12、以下安装好足够长的纠偏导向管，通过钻杆上导正器保证变径开孔位置的精度。 （3）小孔导向纠偏法 另外通过变小一级或两级孔径钻进，确保小孔段垂直消除偏差，然后利用小孔径导向，采用原孔径钻头进行扩孔，以达到纠偏的目的。 （4）砂浆回填法 如果上述几种纠偏法都不适宜，则可采用同混凝土标号相近的砂浆回填需要纠偏的孔段，至少待凝4天后，重新钻进进行纠偏。1.6钻进过程中应特别注意的几个问题 正常钻进时，注意对钻进压力与转速的调整应做到协调一致，使钻进进尺均匀，如果转速上升了，钻进压力过小，则进尺很慢，容易使该处芯样与孔壁受到磨损，使芯样表面不平滑，呈竹节状，同时易造成孔斜，对芯样产生侧压力。钻进参数的控制
13、与调整要求各施工班组应统一执行。 钻进过程中遇到钢筋或冷却水管等钢结构物体时，应注意减小孔底钻进压力，适当加大水量，降低转速，直至切穿，同时严密注视回水量大小，以免因钻破冷却水管后突然失水，造成卡钻。在长芯样钻进前应选好钻头与扩孔器，一旦开始钻进，中途不得改用其它钻头与扩孔器，以免因前后所使用的新旧钻头内外径不一致，造成扩孔或芯样缩径，容易使已钻芯样断裂。单管钻具混凝土取芯卡料应采用粒径2 mm左右颗粒均匀的石英砂。在准备取长芯样开钻时应加大进水量，将上一回次取芯后遗留在孔底的部分石英砂冲出，对于少量颗粒较粗未冲洗出来的石英砂，应在开孔进尺约15cm之后，将钻具上提50 cm左右，加大水量将粗颗粒石英砂冲洗至15cm深的槽口内，然后放下钻具将槽内沉砂低速磨碎后冲出，否则在长芯样钻进过程中很可能因粗颗粒卡料掉入岩芯管与长芯样缝隙之间，容易卡断长芯样。 1
