《混凝土取長芯施工工法》是中國水利水電第三工程局、葛洲壩集團基礎工程有限公司、中國水利水電第八工程局、中國水利水電第四工程局完成的建築類施工工法；作者分別是趙存懷、姜命強、李力、余開雲、趙獻勇、袁志；適用範圍是大體積碾壓混凝土、素混凝土以及鑽孔範圍內鋼筋、埋件較少的混凝土芯樣的鑽取。
《混凝土取長芯施工工法》主要的工法特點是更加直觀地揭示混凝土的澆築情況；技術先進、新穎，能更好地提高長芯樣鑽取的成功率，保證芯樣的完整性。
2008年1月31日，《混凝土取長芯施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：混凝土取長芯施工工法
- 工法編號： YJGF265-2006
- 完成單位：中國水利水電第三工程局、葛洲壩集團基礎工程有限公司、中國水利水電第八工程局、中國水利水電第四工程局
- 主要完成人：趙存懷、姜命強、李力、余開雲、趙獻勇、袁志
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
《混凝土取長芯施工工法》的形成原因是：
在水利水電工程大壩混凝土質量檢查的諸多方法中，對混凝土進行鑽孔取芯、壓水試驗，並對所取芯樣作物理力學性能檢測，是對混凝土質量進行檢查的一種重要方法，其結果也是評判混凝土質量的一項主要指標。在混凝土鑽孔取芯過程中，大直徑長芯樣的鑽取能完全揭示混凝土原狀，真實地反映出混凝土的質量情況，長芯樣的取得對混凝土密實程度、層面膠結情況等質量方面的鑑定能比超音波等檢測方法提供更為直觀有力的證據。
水利水電建設集團公司在混凝土長芯樣鑽取方面積累了豐富的施工經驗，並造就了一批有豐富實踐經驗和技術水平的施工隊伍。混凝土長芯鑽取施工工法在大朝山水電站、公伯峽水電站、龍灘水電站、喜河水電站、景洪水電站、小灣水電站等中國國內大中型水電工程的施工中都得到了廣泛的套用並取得了成功。其中水電三局在景洪水電站取出了長度為14.13米的碾壓混凝土芯樣，水電四局在雲南小灣水電站取出了長度為15.6米的常態混凝土芯樣。
工法特點
《混凝土取長芯施工工法》的工法特點是：
1.混凝土大口徑長芯樣能夠比超音波檢測等方法更加直觀地揭示混凝土的澆築情況，使判斷混凝土澆築質量變得簡單易行。
2.與傳統的取芯方法相比，該工法技術先進、新穎，能更好地提高長芯樣鑽取的成功率，保證芯樣的完整性。
操作原理
適用範圍
混凝土內布置的鋼筋、埋件、結構縫等都對長芯樣的鑽取有影響。因此，《混凝土取長芯施工工法》適用於大體積碾壓混凝土、素混凝土以及鑽孔範圍內鋼筋、埋件較少的混凝土芯樣的鑽取。
工藝原理
《混凝土取長芯施工工法》的工藝原理敘述如下：
採用合適的鑽孔設備及鑽孔機具，根據不同的混凝土級配和強度來確定合理的鑽進參數，採用金剛石鑽頭迴轉鑽進法鑽進，並採用特殊的卡簧提斷芯樣，用專用夾具及起吊設備將芯樣提出並運離現場，施工全過程應最大限度地減少對芯樣的擾動及人為因素的影響。
施工工藝
- 工藝流程
《混凝土取長芯施工工法》的工藝流程是：
測量放孔位→鑽機就位調平穩固→開孔鑽進→芯樣提取→運輸保存。
- 操作要點
《混凝土取長芯施工工法》的操作要點如下：
一、鑽場場地要求
長芯樣在鑽進完畢提取芯時一般要求吊車或門塔機配合，運輸時需要8.0米長以上的平板拖車，所以混凝土長芯樣孔位布置時應考慮施工場地滿足上述要求。
二、鑽機就位穩固
鑽孔設備按測量放樁就位後，可以採取地錯、預埋螺桿或安裝膨脹螺栓的辦法將鑽機固定在混凝土面上，安裝鑽機時用經緯儀或使用吊錘對鑽機立軸和主動鑽桿進行垂直校正，同時通過增減鑽機底部墊片高度調節鑽機至水平狀態。開鑽前調整好鑽機動力頭與滑軌之間的間隙，保證立軸動力頭在鑽進時平穩，消除引起鑽機鑽進不平穩的一切因素。
三、鑽進
1.鑽孔結構要求
1）孔徑：混凝土長芯樣的鑽取，最適宜的孔徑為Φ219毫米，也可採用Φ168毫米；
2）孔深：考慮到採用整根長岩芯管取芯效果較好，而孔口幾米由於受設備及工藝限制，一般不宜取長芯，所以應選擇孔深超過20.0米以上的鑽孔鑽取長芯樣；
3）垂直精度：如果鑽孔垂直偏差較大，鑽具在鑽進過程中容易產生振動，使芯樣在鑽具中承受較大的側向壓力，造成混凝土芯樣在澆築層間結合或密實性欠佳等部位產生斷裂，所以應確保鑽孔有較高的垂直精度。
2.確定合理的鑽進參數
根據金剛石的性質和破碎機理，金剛石鑽進具有以高轉速為主體的鑽進特點，但必須配以相應適當的壓力，儘量減少對金剛石及芯樣的振動衝擊作用，並需有足夠的沖洗水量，保證鑽頭充分冷卻。根據理論計算和實踐證明，在混凝土取芯施工過程中，採用下列合理的鑽進參數，是取得長芯樣並獲得最佳鑽進效率的重要保證。隨著混凝土骨料硬度級配不同與鑽進過程中孔深的不斷加深，長芯樣鑽進時效應控制在0.3~0.5米/小時；孔底鑽進壓力根據混凝土的實際的抗壓強度，可控制在5~10兆帕，隨著孔深的增加，鑽具與鑽桿自身重量將增大，應適時使鑽機反向加壓，以便調節孔底鑽進壓力；轉速控制在60~180轉/分鐘，沖洗水量控制在50~100升/分鐘。
3.鑽進過程控制
鑽機穩固就緒後方可開孔。開孔應採用鑽機的最低轉速，一般為40~60轉/分鐘，鑽壓採用低壓，確保開孔的垂直度。
正常鑽進時鑽進壓力、水量、轉速應統一調整到最佳狀態。採用短岩芯管開孔鑽至一定孔深後，可開始取長芯樣。長芯樣鑽取時應儘量採用長岩芯管鑽進，以便減少對芯樣的擾動。若混凝土強度較高，岩芯管的連結同軸度能滿足要求，也可採用空心直接頭與短岩芯管連線的方法進行鑽進。
如有必要可選用潤滑沖洗液鑽進，以提高沖洗液攜帶岩粉的能力，避免鑽孔過程中產生的岩粉及碎渣沉積對芯樣產生擾動，並及時冷卻鑽頭，才能使芯樣完整光潔。一般潤滑劑採用普通洗衣粉就可以；高效潤滑劑有L-HP等產品，該潤滑劑除潤滑性能好，淨洗率強外，還有較好的抗鈣鎂和抗乳能力，能在芯樣表面形成保護膜，可進一步提高在混凝土缺陷部位取得原狀芯樣的成功率。
鑽進過程中應特別注意的幾個問題：
1）正常鑽進時，鑽進壓力與轉速的調整應做到協調一致，使鑽進進尺均勻，如果轉速上升了，鑽進壓力過小，則進尺很慢，容易使該處芯樣與孔壁受到磨損，使芯樣表面不平滑，出現縮徑，同時易造成鑽孔偏斜，對芯樣產生側壓力。
2）鑽進過程中不可避免遇到鋼筋或冷卻水管等鋼結構物體時，應注意減小孔底鑽進壓力，適當加大水量，降低轉速，直至切穿，同時嚴密注視回水量大小，以免因鑽破冷卻水管後突然失水，造成卡鑽。
3）在長芯樣鑽進前應選好鑽頭與擴孔器，一旦開始鑽進，中途不得改用其他鑽頭與擴孔器，以免因前後所使用的新舊鑽頭內外徑不一致，造成擴孔或芯樣縮徑，甚至芯樣斷裂。
4）單管鑽具混凝土取芯卡料應採用粒徑2毫米左右顆粒均勻的石英砂。在準備取長芯樣開鑽時應加大進水量，將上一回次取芯後遺留在孔底的部分石英砂衝出，對於少量顆粒較粗未沖洗出來的石英砂，應在開孔進尺約15厘米之後，將鑽具上提50厘米左右，加大水量將粗顆粒石英砂沖洗至15厘米深的槽口內，然後放下鑽具將槽內沉砂低速磨碎後衝出，否則很可能因粗顆粒卡料掉人岩芯管與長芯樣縫隙之間而卡斷長芯樣。
四、取芯
當鑽取的芯樣長度滿足要求之後，應及時卡取芯樣。卡取岩芯前必須加大清水供應量以便將孔內岩粉沖洗出來，保證孔內清潔，避免在下鑽取芯時因芯樣周圍岩粉過多而使卡簧中途受阻，進一步造成芯樣斷裂。
應儘量採用長岩芯管取芯。取芯前先起鑽並用遊標卡尺測量鑽頭內徑，安裝合適的卡簧（卡簧內徑宜比鑽頭胎體內徑小0.3~0.5毫米）和專用卡簧座，下鑽確認卡簧座已到達孔底且卡簧卡住芯樣後，在孔口利用夾板將岩芯管夾住，採用兩個5噸的千斤頂同時均勻加壓頂住夾板，將芯樣從卡簧底部處強行拉斷。在裝有卡簧的岩芯管下入孔底過程中，嚴禁向上提動岩芯管，以免將芯樣卡斷，芯樣拉斷後可向岩芯管與長芯樣間隙之間加滿粒徑小於0.5毫米的均勻粉砂或配置好的膨潤土泥漿，以便在芯樣吊運過程中起到保護芯樣的作用。
卡簧座加工製作材料與規格要求與所使用的岩芯管一致，管壁厚度不宜小於8毫米，卡簧是一個斷面呈倒立楔形的薄壁圓環，楔形坡角為4°~6°，薄壁圓環內面可車幾道寬約2毫米的槽口。卡簧嵌於卡簧座對應的槽口內，卡簧座底部內表面可倒車成喇叭口，以便於岩芯管下放。當岩芯管下好之後，一般向上稍微提動岩芯管，則卡簧相對下滑可將芯樣卡住。如果芯樣直徑過小，卡簧卡不住，則可加入少量石英砂至卡簧內表面2毫米的槽口內，則立即可將芯樣卡住。
五、芯樣吊運與存放
芯樣拉斷後可利用吊裝設備進行吊運，吊運前應將相應長度的槽鋼斜靠在某一支架上，將芯樣吊出之後順向緩慢放入槽鋼並綁紮好之後，連同槽鋼與裝有芯樣的岩芯管一併放平，然後採用工字鋼製作的專用長芯樣吊裝橫樑將槽鋼與岩芯管一併吊入拖車，拖車內預先應鋪砂並採用三角枕木墊平進行緩衝，以防運輸過程中道路不平使芯樣斷裂。芯樣吊運至存放地點後，將卡簧座取下，一邊用水沖洗岩芯管內粉砂，一邊用千斤頂與葫蘆頂壓芯樣至槽鋼記憶體放。在芯樣從岩芯管取出過程中，嚴禁使用榔頭猛烈擊打鑽頭鑽具，以防芯樣受振斷裂。為了長期保存，防止芯樣發生龜裂，可在芯樣表面塗刷一層透明保護膜。
材料設備
《混凝土取長芯施工工法》所用的材料及設備明細如下：
一、材料
《混凝土取長芯施工工法》所用的材料明細如下：
鑽具與鑽桿等管材的選用：彎曲度應<0.3%，螺紋連線後應保證同軸度<Φ0.05毫米，端面與軸線的垂直度<0.10毫米。鑽桿宜選用Φ89毫米或Φ114毫米的鑽桿，大鑽桿剛性較強，在鑽進過程中受壓抗彎曲性能較好，鑽進平穩，可避免鑽桿晃動對芯樣產生擾動；並能承受較大的扭矩，不易發生孔內事故。
金剛石鑽頭與擴孔器的選用：開始取長芯樣時，根據所取部位混凝土的特性及可能切割的鋼筋與冷卻水管（鋼管）預估數量，確定金剛石鑽頭的有關配方參數。一般在碾壓混凝土中鑽孔要求金剛石目數為40~45號，品級為JR5，鑽頭胎體硬度為25°~28°。
二、設備
《混凝土取長芯施工工法》所用的設備明細如下：
1.鑽孔設備
基於鑽孔結構要求，要確保鑽進時芯樣不斷並能取得長芯樣，選用300~800型迴轉取芯鑽機，如XY-4型、YL-6A型、GQ-80型等鑽機，該類鑽機特點是自重大，穩定性好，鑽桿直徑大，迴轉精度較高，鑽進穩定，鑽進扭矩大，適合於Φ150以上的大口逕取芯鑽進。在上機之前應調整好鑽機立軸動力頭與滑軌之間的間隙，要保證立軸動力頭在鑽進時很平穩，消除引起鑽機鑽進不平穩的一切因素。
2.起吊設備
根據鑽孔施工部位的情況，如果就近布置有高架門機，在長芯樣鑽取結束起鑽時，採用高架門機。如果沒有門機，可採用16噸吊車起吊，要求起吊平穩，保證在起吊過程中鑽具不和周圍發生碰撞。
3.運輸設備
根據所鑽取的芯樣長度，可採用8米以上的平板拖車。要求在運輸過程中勻速前進，儘量減少急停、急轉。芯樣在車上加固牢靠，並在底部安裝緩衝裝置，也可在底部鋪均勻厚度的砂子，減少在運輸過程中振動。
質量控制
採用《混凝土取長芯施工工法》施工必須嚴格按照設計檔案要求的質量標準及技術規範執行。
一、工程質量控制標準
各個工程對於取芯的質量標準規定不完全相同，但為了最大限度地保證長芯採取的成功率，一般應遵循以下規定：孔位偏差不大於5厘米，孔深不小於設計孔深，鑽孔的偏斜度（針對垂直孔而言）不大於5‰，芯樣應粗細均勻，表面光滑。鑽進應保證最大限度地取得芯樣。
二、質量保證措施
1.為保證芯樣鑽取成功，混凝土必須達到設計齡期才能開鑽施工。
2.施工所用鑽材符合質量要求，即鑽具和鑽桿的彎曲度<0.3%，螺紋連線後應保證同軸度<Φ0.05毫米，端面與軸線的垂直度<0.10毫米。
3.鑽進參數嚴格控制，施工前做好技術培訓及技術交底工作。
4.施工中選用有一定實踐經驗及技術水平的鑽探熟練工操作，與施工無關人員嚴禁在鑽探過程中操作鑽機。
安全措施
《混凝土取長芯施工工法》施工要遵守相應的《鑽探安全操作規程》、《門機、起重機安全操作規程》等。施工中應注意以下幾點：
1.豎立和拆卸鑽架必須在機長統一指揮下進行。立架時，左右兩邊設定牽引繃繩以防翻倒。滑車除檢查和加油外，還應設定保護裝置。
2.每次開鑽及鑽進中，注意膠管纏繞鑽桿，應設防纏裝置。鑽進中不得用人扶持水龍頭及膠管。
3.認真檢查升降機的制動裝置、離合器裝置、提引器、擰卸工具等是否安全好用。天車要定期加油和檢查。
4.檢查鋼絲繩的磨損情況，斷絲超過規定（每一捻距內斷絲數不得超過1/7）及時更換。
5.經常檢查起吊設備是否存在安全隱患。
6.經常檢查施工用電，電機設備必須嚴防油水污物流入，鑽場電線均應絕緣良好，確保全全用電。
7.建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業中的安全檢查，保證作業標準化、規範化。
環保措施
《混凝土取長芯施工工法》的環保措施如下：
1.嚴格執行國家和工程所在地政府及行業有關的環境保護法律法規，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾棄渣的控制和治理。遵循有關防火和廢棄物處理的規章制度。
2.鑽進過程中要產生一定量的攜帶岩粉的污水，故要採取圍護沉澱處理措施，施工現場的廢水經沉澱後，排到工區指定的集水坑，岩粉、岩渣、人工清除出作業面，倒至指定渣場；在採用沖洗液時，污水中還含有一定的化學成分，為防止鑽進沖洗液對工作面和河水的污染，應對沖洗液進行淨化和回收。
效益分析
《混凝土取長芯施工工法》工藝合理，技術可靠。由於採用了較為合理的鑽進和取芯方法，取芯質量得到了保障，能如實反映取芯部位混凝土的澆築質量，具有較好的社會效益。
套用實例
《混凝土取長芯施工工法》的套用實例如下：
實例一：2006年5月30日~2006年8月5日，水電三局在陝西漢江喜河水電站大體積混凝土澆築完成並達到齡期後，在大壩、導牆等部位不同形態、不同標號混凝土中採用此工法共鑽取7個孔，鑽孔進尺104.5米，並在2號孔中取得長度為11.07米的強度等級C9010W4F50，三級配常態混凝土芯樣。鑽孔採用Y2-300型鑽機，鑽孔孔徑168毫米，芯樣有效直徑146毫米。獲得業主及監理的好評。
實例二：2006年8月30日~2006年11月15日，水電三局使用此工法在雲南景洪水電站廠房19號壩段取出長度為14.13米碾壓混凝土芯樣。鑽孔孔徑219毫米，芯樣有效直徑197毫米。
實例三：2004年，水電八局在索風營水電站碾壓混凝土大壩鑽取直徑219毫米芯樣兩根，長度分別為11.16米和10.51米。
實例四：2006年，水電八局在龍灘水電站碾壓混凝土大壩取出4根長度超過10米的芯樣，其中最長的一根為12.41米。
實例五：水電四局在雲南小灣水電站17號壩段成功取出了直徑為Φ195~Φ197毫米，長度為15.6米的常態混凝土芯樣。
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《混凝土取長芯施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。
