钻芯取样装置技术领域
本实用新型涉及桩基工程技术领域，尤其是涉及一种钻芯取样装置。
背景技术
目前桩基工程蓬勃发展，为检测桩基承载力等基本参数，行业规范(建筑地基基础
设计规范和建筑基桩检测技术规范)对检测方法进行了一些强制规定，如：施工完成的后的
工程桩应进行竖向承载力检测、人工挖孔桩终孔时应进行桩端持力层检验。其中，建筑基桩
检测技术规范第3.3.7节对端承型大直径灌注桩进行了规定。
当建设单位要求进行端承型大直径灌注桩竖向承载力检测时，检测规范规定可采
用多种方法配合，优势互补的原则。如对混凝土灌注前的桩端持力层鉴别、深层平板载荷试
验，桩端持力层钻芯鉴别(包括岩芯试件抗压强度试验等)，根据终孔时的桩端持力层岩性
鉴别，来核验单桩竖向承载力是否满足设计要求。由于桩基承载力高，往往检测设备和现场
条件无法实现单桩竖向承载力检测。对桩端岩石持力层强度的研究，在大吨位人工挖孔桩
的承载力验收检测上拥有实际和现实的意义。为解决以上问题，常采用钻芯法进行检测。检
测要求为判断灌注桩桩端以下3倍桩径且不小于5m范围内是否存在软弱夹层、断层破碎带
和洞穴分布等不良地质。
目前，单桩承载力检测主要有两种，一种是：人工取芯检测，人工取芯只适应于干
孔桩，安全性差，容易塌孔或井壁掉下物体，危害施工人员安全。另一种是：采用钻芯取样装
置取芯，但是现有技术中的钻芯取样装置中的钻杆容易晃动，造成取样不准确，从而影响检
测结果。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种钻芯取样装置，以解决现有的钻芯取样装置的钻
杆容易滑动，取样不准确的技术问题。
本实用新型提供一种钻芯取样装置，包括：钻机、钻探套管、泥浆循环管、泥浆池、
桩内固定组件和桩口固定组件；所述钻机包括钻杆，所述钻杆位于所述钻探套管内，所述泥
浆循环管的第一端与所述钻探套管连通，所述泥浆循环管的第二端与所述泥浆池连通；
所述钻探套管伸入桩孔内，所述钻探套管的位于所述桩孔的孔口的部分与所述桩
口固定组件固定连接；所述钻探套管位于所述桩孔的部分与所述桩内固定组件固定连接；
所述桩内固定组件包括多个第一桩内固定件和多个第二桩内固定件，多个第一桩
内固定件和多个第二桩内固定件一一对应设置；每个所述第一桩内固定件的第一端分别与
所述钻探套管的外壁固定连接，每个所述第一桩内固定件的另一端分别与对应的第二桩内
固定件固定连接，所述第二桩内固定件沿与所述桩孔的中心线垂直的方向嵌入地基土中。
进一步地，所述第一桩内固定件和所述第二桩内固定件均为四个，四个所述第一
桩内固定件呈十字形连接在所述钻探套管的外壁上。
进一步地，所述第二桩内固定件为锥形，所述第二桩内固定件的与所述第一桩内
固定件连接的一端的尺寸大于所述第二桩内固定件的远离述第一桩内固定件的一端的尺
寸。
进一步地，所述桩口固定组件包括第一桩口固定板，所述第一桩口固定板放置在
所述桩孔的孔口上，所述钻探套管穿过所述第一桩口固定板并与所述第一桩口固定板固定
连接，所述第一桩口固定板的两端固定至地基土中。
进一步地，所述桩口固定组件还包括第二桩口固定板，所述第二桩口固定板放置
在所述桩孔的孔口外，并且所述第二桩口固定板的两端与所述第一桩口固定板的两端固定
连接。
进一步地，所述第一桩口固定板和/或所述第二桩口固定板上固定连接有地锚杆，
所述地锚杆竖直嵌入地基土中。
进一步地，所述桩口固定组件包括间隔设置的多个桩口固定板，每个所述桩口固
定板的第一端分别与所述钻杆套管的外壁固定连接，每个所述桩口固定板的第二端分别固
定至地基土中。
进一步地，所述桩口固定板为四个，四个所述桩口固定板呈十字形固定连接。
进一步地，每个所述桩口固定板的第二端分别固定连接有地锚杆，所述地锚杆嵌
入地基土中。
进一步地，所述钻芯取样装置还包括水平稳定板，所述水平稳定板设置固定连接
在所述桩口固定组件的下方。
本实用新型提供的钻芯取样装置包括钻探套管、桩内固定组件和桩口固定组件，
所述钻探套管伸入桩孔内，所述钻探套管的位于所述桩孔的孔口的部分与所述桩口固定组
件固定连接；所述钻探套管位于所述桩孔的部分与所述桩内固定组件固定连接；所述桩内
固定组件包括多个第一桩内固定件和多个第二桩内固定件，多个第一桩内固定件 和多个
第二桩内固定件一一对应设置；每个所述第一桩内固定件的第一端分别与所述钻探套管的
外壁固定连接，每个所述第一桩内固定件的另一端分别与对应的第二桩内固定件固定连
接，所述第二桩内固定件沿与所述桩孔的中心线垂直的方向嵌入地基土中。由此可见，本实
用新型的钻探套管分别被桩内固定组件和桩口固定组件固定限位，保证钻探套管竖直放置
并且钻探套管不会晃动，而钻杆安装在钻探套管内，钻杆在工作的过程中受到钻探套管的
约束，从而不会在桩孔内晃动；钻杆牢固固定，保证取样准确，并且可以为成桩提供持力层
准确位置及承载力。同时，本实用新型还解决人工取芯安全性差、省事费力的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对
具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述
中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性
劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例的钻芯取样装置的结构示意图；
图2为图1中的桩内固定组件的结构示意图；
图3为本实用新型一种实施例的桩口固定组件的结构示意图；
图4为本实用新型另一种实施例的桩口固定组件的结构示意图；
图5为本实用新型实施例的端承型大直径灌注桩单桩承载力超前检测方法的流程
图。
附图标记：
1－钻杆； 2－钻探套管；
3－桩口固定组件； 4－桩内固定组件；
31－第一桩口固定板； 32－第二桩口固定板；
33－地锚杆； 34－桩口连接螺栓；
35－桩口固定板；
41－第一桩内固定件； 42－第二桩内固定件；
43－桩内连接螺栓； 5－泥浆循环管；
6－泥浆池； 7－桩孔；
71－孔口；
8－水平稳定板； 9－覆盖层；
10－基准面。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的
实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本
领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用
新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是
为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第
一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第
一位置”和“第 二位置”为两个不同的位置。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地
连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术
语在本实用新型中的具体含义。
图1为本实用新型实施例的钻芯取样装置的结构示意图；图2为图1中的桩内固定
组件的结构示意图。
本实用新型提供一种钻芯取样装置，参见图1和图2，所述钻芯取样装置包括：钻
机、钻探套管2、泥浆循环管5、泥浆池6、桩内固定组件4和桩口固定组件3；所述钻机包括钻
杆1，所述钻杆1位于所述钻探套管2内，所述泥浆循环管5的第一端与所述钻探套管2连通，
所述泥浆循环管5的第二端与所述泥浆池6连通；所述钻探套管2伸入桩孔7内，所述钻探套
管2的位于所述桩孔7的孔口71的部分与所述桩口固定组件3固定连接；所述钻探套管2位于
所述桩孔7的部分与所述桩内固定组件4固定连接；所述桩内固定组件4包括多个第一桩内
固定件41和多个第二桩内固定件42，多个第一桩内固定件41和多个第二桩内固定件42一一
对应设置；每个所述第一桩内固定件41的第一端分别与所述钻探套管2的外壁固定连接，每
个所述第一桩内固定件41的另一端分别与对应的第二桩内固定件42固定连接，所述第二桩
内固定件42沿与所述桩孔7的中心线垂直的方向嵌入地基土中。
本实用新型提供的钻芯取样装置包括钻探套管、桩内固定组件和桩口固定组件，
所述钻探套管伸入桩孔内，所述钻探套管的位于所述桩孔的孔口的部分与所述桩口固定组
件固定连接；所述钻探套管位于 所述桩孔的部分与所述桩内固定组件固定连接；所述桩内
固定组件包括多个第一桩内固定件和多个第二桩内固定件，多个第一桩内固定件和多个第
二桩内固定件一一对应设置；每个所述第一桩内固定件41的第一端分别与所述钻探套管的
外壁固定连接，每个所述第一桩内固定件41的另一端分别与对应的第二桩内固定件固定连
接，所述第二桩内固定件沿与所述桩孔的中心线垂直的方向嵌入地基土中。由此可见，本实
用新型的钻探套管分别被桩内固定组件和桩口固定组件固定限位，保证钻探套管竖直放置
并且钻探套管不会晃动，而钻杆安装在钻探套管内，钻杆在工作的过程中受到钻探套管的
约束，从而不会在桩孔内晃动；钻杆牢固固定，保证取样准确，并且可以为成桩提供持力层
准确位置及承载力。同时，本实用新型还解决人工取芯安全性差、省事费力的缺陷。
其中，在误差允许的范围内，钻探套管2应与桩孔7的中心线重合。钻探套管2用于
约束钻杆1，使钻杆1在桩孔7内稳定转动而不左右晃动，保证钻杆1在钻进的过程中，不发生
偏斜。钻杆1在钻探套管2的约束下向下钻进。桩内固定组件4用于在桩孔7内固定钻探套管
2，而桩口固定组件3用于在桩孔7的孔口71处固定钻探套管2，并且桩口固定组件3还方便安
装钻机的其余结构。本实用新型通过桩口固定组件3来防止钻机在钻芯过程中发生倾斜、移
位，保证钻芯孔的垂直度偏差不大于0.5％。
优选地，在本实施例中，所述桩内固定组件4为多个，多个桩内固定组件4沿所述钻
探套管2的长度方向(即图1中的竖直方向间隔设置)。多个桩内固定组件4分别固定钻探套
管2的位于桩孔7内的不同部分，保证钻探套管2固定不动。
具体地，第二桩内固定件42可以与第一桩内固定件41焊接在一起，或者通过桩内
连接螺栓43固定连接在一起(如图2中所示)。安 装时，先将第二桩内固定件42嵌入地基土
中，然后在在第二桩内固定件42的一端固定连接(焊接或者通过螺栓焊接)第一桩内固定件
41，第一桩内固定件41的末端与钻探套管2固定连接，从而将钻探套管2牢固固定。当钻取作
业完成后，可将第一桩内固定件41与第二桩内固定件42拆卸下来，也可以通过切割方式将
第一桩内固定件41与第二桩内固定件42分离开来。
第一桩内固定件41和所述第二桩内固定件42可以根据需要设置为多个，例如两
个、三个、四个、五个或者五个以上。
在本实施例中，如图2所示，进一步地，所述第一桩内固定件41和所述第二桩内固
定件42均为四个，四个所述第一桩内固定件41呈十字形连接在所述钻探套管2的外壁上。本
实施例中的桩内固定组件4呈十字形，十字形连接非常牢固，能够从多个不同的方向约束并
固定钻探套管2，保证钻探套管2不会发生移位。
其中，第一桩内固定件41可以采用型钢或者角铁制成，例如工字型钢。第一桩内固
定件41可以为图2所示的板状，也可以为条状等形状。
优选地，如图2所示，所述第二桩内固定件42为锥形，具体地，第二桩内固定件42可
以为实心的锥形型钢。所述第二桩内固定件42的与所述第一桩内固定件41连接的一端的尺
寸大于所述第二桩内固定件42的远离述第一桩内固定件41的一端的尺寸。锥形的第二桩内
固定件42能够较容易的嵌入地基土中，并且不会对地基土造成较大影响，同时又能第二桩
内固定件42又能牢固地固定在地基土中。
图3为本实用新型一种实施例的桩口固定组件3的结构示意图；
具体地，如图3所示，所述桩口固定组件3包括第一桩口固定板31，所述第一桩口固
定板31放置在所述桩孔7的孔口71上，所述钻探套管2穿过所述第一桩口固定板31并与所述
第一桩口固定板31 固定连接，所述第一桩口固定板31的两端固定至地基土中。本实用新型
通过桩口固定组件3来防止钻机在钻芯过程中发生倾斜、移位，保证钻芯孔的垂直度偏差不
大于0.5％。
其中，第一桩口固定板31可以采用型钢或者角铁制成，例如工字型钢。
进一步地，如图3所示，所述桩口固定组件3还包括第二桩口固定板32，所述第二桩
口固定板32放置在所述桩孔7的孔口71外，并且所述第二桩口固定板32的两端与所述第一
桩口固定板31的两端固定连接。
优选地，所述第一桩口固定板31上固定连接有地锚杆33，所述地锚杆33竖直嵌入
地基土中。地锚杆33能够将第一桩口固定板31牢固地与地基土固定在一起，保证第一桩口
固定板31固定不动，从而牢固约束桩口处的钻探套管2，钻探套管2固定不动，能够保证钻探
准确地作业，不会偏斜。
当桩口固定组件3包含上述所述的第二桩口固定板32时，如图3所示，优选地，所述
第二桩口固定板32上固定连接有地锚杆33。所述地锚杆33竖直嵌入地基土中。地锚杆33能
够将第二桩口固定板32牢固地与地基土固定在一起，保证第二桩口固定板32固定不动，从
而牢固约束桩口处的钻探套管2，钻探套管2固定不动，能够保证钻探准确地作业，不会偏
斜。
第一桩口固定板31和第二桩口固定板32可以一体制成，例如第一桩口固定板31和
第二桩口固定板32一体连接为环形的桩口固定组件3，环形的桩口固定组件3中部设有通
孔，能够节省材料，从而节省成本。优选地，第一桩口固定板31和第二桩口固定板32一体连
接为图2所示的矩形。矩形的桩口固定组件3不仅能够牢固与地基土固定在一起，同时矩形
的桩口固定组件3还能够起到方便安装钻机的作 用，例如当钻机的尺寸较小时，钻机可以
安装在矩形的桩口固定组件3上，桩口固定组件3起到支撑和安装钻机的作用，保证正常钻
进工作。其中，钻机可以采用螺栓固定连接在第二桩口固定板32上。
图4为本实用新型另一种实施例的桩口固定组件3的结构示意图。
如图4所示，所述桩口固定组件3包括间隔设置的多个桩口固定板35，每个所述桩
口固定板35的第一端分别与所述钻杆1套管的外壁固定连接，每个所述桩口固定板35的第
二端分别固定至地基土中。本实用新型通过桩口固定组件3来防止钻机在钻芯过程中发生
倾斜、移位，保证钻芯孔的垂直度偏差不大于0.5％。
桩口固定板35可以采用型钢或者角铁制成，例如工字型钢。
优选地，如图4所示，所述桩口固定板35为四个，四个所述桩口固定板35呈十字形
固定连接。本实施例中的桩口固定组件3呈十字形，十字形连接非常牢固，能够从多个不同
的方向约束并固定钻探套管2，保证钻探套管2不会发生移位。
四个所述桩口固定板35可以焊接为一体，也可以通过桩口连接螺栓34固定连接在
一起。
优选地，如图4所示，每个所述桩口固定板35的第二端分别固定连接有地锚杆33，
所述地锚杆33嵌入地基土中。地锚杆33能够将桩口固定板35牢固地与地基土固定在一起，
保证桩口固定板35固定不动，从而牢固约束桩口处的钻探套管2，钻探套管2固定不动，能够
保证钻探准确地作业，不会偏斜。
地锚杆33可以根据需要设置成一个或者多个，多个地锚杆33能够提高连接强度，
保证桩口固定组件3牢固与地基土固定在一起，不会发生移位，提高钻进工作的安全性和可
靠性。
在本实用新型的描述中，所述地锚杆33可以为螺栓，也可以为其他金属杆件，或者
能够将桩口固定组件3与地基土牢固固定在一起 的其他结构。
本实用新型提供了两种桩口固定组件3，可以根据钻机的位置和规格选择适合的
桩口固定组件3。当采用位于桩孔7外的大型钻机时，适宜采用图3所示的桩口固定组件3，其
中，大型钻机可以安装在桩口固定组件3的第二桩口固定板32上，可以通过螺栓将钻机固定
连接在第二桩口固定板32上。当采用比桩孔7直径小的小型钻机时，适宜采用图4所示的桩
口固定组件3，其中，小型钻机安装在桩口固定板35上。
进一步地，如图1所示，所述钻芯取样装置还包括水平稳定板8，水平稳定板8安装
在基准面10上，所述水平稳定板8设置固定连接在所述桩口固定组件3的下方。水平稳定板8
一方面能够起到支撑作用，另一方面水平稳定板8水平放置在基准面10上，能够保证桩口固
定组件3水平，当钻机安装在该桩口固定组件3上时，钻机不会歪斜，从而使得钻机能够准确
稳定地钻进，提高了钻进工作的安全性。
此外，当有地锚杆33时，所述地锚杆33穿过所述桩口固定组件3以及水平稳定板8
后嵌入桩孔7外的地基土中。
此外，本实用新型提供的钻芯取样装置可用于检测端承型大直径灌注桩单端承载
力(详见下文描述)，实现端承型大直径灌注桩单桩承载力超前检测。
图1为本实用新型实施例的钻芯取样装置的结构示意图；图5为本实用新型实施例
的端承型大直径灌注桩单桩承载力超前检测方法的流程图。如图1和图5所示，采用本实用
新型提供的钻芯取样装置时，端承型大直径灌注桩单桩承载力超前检测方法，包括以下步
骤：
S1.在设定桩位上开孔，在孔深达到桩孔7设定深度之前停止施工，在桩孔7底部预
留1.0m～2.0m左右覆盖层9；
S2.确定桩孔7的中心位置，并标记位为桩孔7的中心线；
S3.在桩孔7内安装钻探套管2，使钻探套管2的中心线与所述桩孔7的中心线重合，
并在所述桩孔7内以及桩孔7的孔口71处分别固定钻探套管2；
S4.安装钻机，所述钻机包括钻杆1，将钻杆1伸入钻探套管2内，并且所述钻杆1的
中心线与所述桩孔7的中心线重合；
S5.在桩孔7的底部的持力层取芯；每次取样长度为1.0m～1.5m，连续取样长度为
小于5m；
S6.进行室内岩石抗压强度试验，得到岩石单轴抗压强度，然后计算单桩竖向承载
力特征值。
具体地，在步骤S1中，可以采用人工挖孔或者机械挖孔。
具体地，在步骤S2中，可以采用全站仪或者激光定位仪等仪器确定桩的中心位置。
具体地，在步骤S3中，在所述桩孔7内采用本实用新型上述所述的桩内固定组件4
固定所述钻探套管2，在所述桩孔7的孔口71处采用本实用新型上述所述的桩口固定组件3
固定所述钻探套管2；应在误差允许的范围内使钻探套管2的中心线与所述桩孔7的中心线
重合。钻探套管2宜每10米－20米为一段，多段钻探套管2依次伸入桩孔7内并连接成一个整
体的钻探套管2。钻探套管2直径一般为钻杆1直径2－3倍。桩内固定组件4用来固定钻探套
管2，相邻的两个桩内固定组件4在竖直方向上的安装间距宜为10米－15米。
具体地，在步骤S4中，钻机可以搭放在桩口固定组件3上。钻机可以采用百米钻机。
钻头的外径可以为φ75mm，内径为φ56mm。钻杆1应竖直，在钻探过程中不发生倾斜、移位，
钻芯孔垂直度偏差不大于0.5％。钻杆1的直径宜为56mm。钻探套管2的直径可以为146mm。钻
机应配备双管单动钻具以及相应的孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器和捞取松软渣样的钻
具，钻机安装必须周正、稳固、底座水平。 可以将钻机的底座安装在水平稳定板8上，保证钻
机底座水平，钻机安装周正稳固。
具体地，在步骤S5中，钻进长为1.0m～1.5m，每次钻进1－1.5m提钻，查看取芯结
果，从中抽取芯样进行抗压试验。判断桩端以下无软弱夹层、断层破碎带和洞穴分布，桩底
应力扩散范围内无岩体临空面。取得岩芯抗压试件不少于1组，每组3个芯样，进行室内岩石
抗压强度试验，通过试验数据验算单桩竖向承载力特征值。
具体地，在步骤S6中，可以按照《建筑桩基技术规范》等国家行业标准规定计算单
桩竖向承载力特征值。
本实用新型提供的端承型大直径灌注桩单桩承载力超前检测方法是在成桩施工
达到设计要求桩长，没有放钢筋笼灌注混凝土之前，进行检测，采用超前钻芯取样检测桩端
持力层，安全，省时，节约成本，可以提前判断持力层岩石性质、承载力及岩层位置，为成桩
节省时间和成本。该端承型大直径灌注桩单桩承载力超前检测方法适用于干孔桩和湿孔
桩，施工人员在桩孔外进行操作，不用下单孔底，不会危害施工人员安全，安全、省时、省力、
省成本；另一方面，本方法是在成桩前进行检测，钻芯难度小，钻头磨损小，没有取桩身部
分，经济成本低，桩身质量有保证。
超前钻检测方法是在成桩施工达到设计要求桩长，没有放钢筋笼灌注混凝土之
前，桩底部预留1.0m～2.0m左右覆盖层9，用四个角铁焊接成十字形的桩口固定组件3摆放
在桩孔7的孔口71位置，中间留出150mm方型孔，使钻杆1在空孔位置稳定而不晃动，并固定
桩口固定组件3，采用146mm钻探套管2放进方型孔内跟进，采用百米钻机摆放在桩口固定组
件3上，钻头外径为φ75mm，内径为φ56mm。钻杆1应顺直，直径宜为56mm，钻机设备安装必须
周正、稳固、底座水平。应确保钻机在钻心过程中不发生倾斜、移位，钻芯孔垂直度 偏差不
大于0.5％，钻机应配备双管单动钻具以及相应的孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器和可捞
取松软渣样的钻具。根据实际情况在接近桩底部的持力层取芯。每次取样长度为1.0m～
1.5m，连续取样长度为不小于5m(根据桩径计算取芯长度)，把钻取的芯样按回次顺序摆放
在芯样箱中，做好深度标记，钻芯结束后，应对芯样和钻探标示牌的全貌进行拍照。根据取
样结果判断桩端以下无软弱夹层、断层破碎带和洞穴分布，桩底应力扩散范围内无岩体临
空面，截取岩芯抗压试件不少于1组(每组3个芯样)进行室内岩石抗压强度试验，通过试验
数据验算单桩竖向承载力特征值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限
制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当
理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部
技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新
型各实施例技术方案的范围。