淺析灌注樁樁徑及長徑比對(duì)基樁鉆芯法檢測(cè)的影響

林 超

（福建省建研工程檢測(cè)有限公司，福建 福州 350000）

基樁檢測(cè)主要是檢測(cè)樁基的承載力或評(píng)價(jià)樁身完整性，為設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收提供可靠依據(jù)。目前，工程建設(shè)領(lǐng)域常用的基樁檢測(cè)方法有靜載試驗(yàn)、鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法?；鶚稒z測(cè)受場(chǎng)地條件、樁型、使用狀態(tài)等綜合因素限制，通常不同檢測(cè)方法的適用范圍有所不同。為了在基樁檢測(cè)中落實(shí)國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、評(píng)價(jià)正確，應(yīng)根據(jù)不同檢測(cè)方法的特點(diǎn)，作出合理選擇。樁徑及長徑比是灌注樁的重要尺寸參數(shù)，在選擇檢測(cè)方法時(shí)不可忽略。如聲波透射法檢測(cè)應(yīng)根據(jù)樁徑大小確定聲測(cè)管數(shù)量，低應(yīng)變法檢測(cè)不適用于超長樁及長徑比過小的樁，在鉆芯法檢測(cè)時(shí)，應(yīng)慎重考慮灌注樁的樁徑及長徑比。

1 鉆芯法

鉆芯法是一種直觀的樁基檢測(cè)方法，適用范圍廣，可檢測(cè)混凝土灌注樁的樁長、樁底沉渣厚度和樁身完整性，尤其是可用于檢驗(yàn)灌注樁樁身混凝土強(qiáng)度、判定或鑒別樁端持力層巖土性狀。但由于受鉆孔尺寸的限制，很難適用于判斷局部缺陷、水平裂縫等，屬于破壞性試驗(yàn)，成本相對(duì)較高。鉆芯法適用于大直徑灌注樁，而在超長樁或大長徑比的灌注樁中應(yīng)用鉆芯法往往很難鉆至樁底，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作詳細(xì)分析。

2 工程實(shí)例

某工程由一幢主樓34層、裙樓6層的1#樓，一幢主樓29層、裙樓6層的2#樓和一幢15層的3#樓組成。1#樓下設(shè)2層滿鋪地下室，2#樓、3#樓及其相間綠地下設(shè)1層連體滿鋪地下室。工程總建筑面積約129 271.19m2，其中，地下室面積約17 844.9m2。該建筑基底占地面積約4 530.84m2。

本工程下設(shè)有1～2層連體滿鋪地下室，1F基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，2F基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)。擬建1#樓的工程重要性等級(jí)為一級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)；其余各擬建物的工程重要性等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。場(chǎng)地及地基復(fù)雜程度等級(jí)均為二級(jí)，巖土工程勘察等級(jí)為甲級(jí)。建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（以下簡稱丙類）。

依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，擬建工程的場(chǎng)地地質(zhì)條件如下：

①雜填土：灰色、灰黃色等，松散，稍濕，其成分主要是由碎石、黏性土混合混凝土塊、磚渣等建筑垃圾組成，均勻性差。

②粉土：灰黃色，稍密，很濕。該層部分地段直接露出地表，因擬建場(chǎng)地原為園林種植園，受種植影響，部分地段面上約50cm為耕植土。

③淤泥質(zhì)土夾砂：以淤泥質(zhì)土為主，局部地段為淤泥，偶夾5～20cm片狀粉細(xì)砂，土層一般呈深灰色，流塑，飽和。

④中砂：褐黃色，稍密，飽和。主要成分為石英。

⑤淤泥質(zhì)土：以淤泥質(zhì)土為主，局部地段為淤泥，土層一般呈深灰色，流塑，飽和。

⑥中砂：灰色、灰黃色，中密，飽和。主要成分為石英。

⑦淤泥夾砂：以淤泥為主，局部地段為淤泥質(zhì)土。

⑦-夾中砂：灰黃色，中密，飽和。主要成分為石英。

⑧粉質(zhì)黏土：以粉質(zhì)黏土為主，局部地段為粉土。

⑨中砂：灰黃色，中密，飽和。主要成分為石英。

⑨-夾淤泥質(zhì)土夾砂：深灰色，流塑，飽和。

⑩淤泥夾砂：深灰色，流塑，飽和，以淤泥為主。

?卵石：灰白、灰黃色、黃褐色等，中密為主，局部稍密，飽和。

?全風(fēng)化花崗巖：灰黃、灰白色，密實(shí)，飽和。

?強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：根據(jù)其巖石物質(zhì)組成成分不同，細(xì)分為如下兩個(gè)亞層。

?-1強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（砂土狀）：灰黃、灰白色，密實(shí)，飽和。

?-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（碎塊狀）：灰白色、灰黃色，稍硬，飽和。

?中-微風(fēng)化花崗巖：灰黃、灰白、灰黑色，致密堅(jiān)硬，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為長石和石英。

本工程1#樓沖孔灌注樁設(shè)計(jì)樁徑為1 100mm，樁長27.94～42.26m；2#樓PHC管樁設(shè)計(jì)樁徑為600mm，樁長19.65～43.20m；3#樓沖孔灌注樁設(shè)計(jì)樁徑為900m，樁長40.44～53.43m；地下室PHC管樁設(shè)計(jì)樁徑為500mm，樁長23.70～41.65m，后設(shè)計(jì)變更地下室PHC管樁為直徑800mm的沖孔灌注樁。

《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）中未明確規(guī)定灌注樁采用鉆芯法檢測(cè)的長徑比范圍，但條文解釋中提到“受檢樁長徑比較大時(shí)，成孔的垂直度和鉆芯孔的垂直度很難控制，鉆芯孔容易偏離樁身，故要求受檢樁樁徑不宜小于800mm、長徑比不宜大于30?！?/p>

本工程灌注樁設(shè)計(jì)樁徑均不小于800mm，長徑比多大于30，按業(yè)主要求，采用鉆芯法檢測(cè)。鉆芯法檢測(cè)所用XY-2B型鉆機(jī)振動(dòng)小、調(diào)速范圍廣、扭矩大，采用液壓操縱，使鉆機(jī)立軸的徑向跳動(dòng)不超過0.1mm。取芯工具采用單動(dòng)性能好、各部件同心度符合要求、管材無傷裂的單動(dòng)雙管鉆具，并配以擴(kuò)孔器、卡簧和其他常規(guī)鉆具。鉆頭粒度、濃度、胎體硬度符合要求，外徑為1 100mm。試驗(yàn)過程中，2根直徑800mm、1根直徑900mm的灌注樁未能通長取芯。

3 簡易模型分析

假設(shè)灌注樁直徑為D的圓柱體，O、O’點(diǎn)分別為頂?shù)酌娴膱A心，OO′長度為L，頂面過O點(diǎn)的垂線交底面于A點(diǎn)，則OA為圓柱體的高h(yuǎn)，不考慮鉆孔OB的直徑大小，灌注樁傾斜率為k1，鉆孔傾斜率為k2。

若灌注樁通長取芯，則：

整理得出：

在傾斜率極小的情況下，可視為：

式（3）中L/D即為灌注樁的長徑比，當(dāng)鉆孔傾斜方向與灌注樁傾斜方向相反時(shí)，鉆芯法鉆取的長度最小，此時(shí)，取最小值：

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008），在大多數(shù)情況下，混凝土灌注樁允許的垂直度偏差為1%，而在《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）中規(guī)定“鉆機(jī)在鉆芯過程中不得發(fā)生傾斜、移位，鉆芯孔垂直度偏差不得大于0.5%”。因此，在這里取k1=1%、k2=0.5%，則：

式（6）總體上符合規(guī)范條文解釋中的“受檢樁長徑比不宜大于30”。

4 實(shí)例分析及解決辦法

按工程樁基設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范規(guī)定，樁身的垂直度允許偏差為1%。通過對(duì)簡易模型的分析可知，當(dāng)樁身垂直度偏差與鉆芯孔垂直度偏差滿足要求時(shí)，鉆孔長度應(yīng)不小于樁徑的33倍。鉆芯法檢測(cè)情況見表1。

表1 鉆芯法檢測(cè)情況

從表1可以看出，實(shí)際最小取樣長度或取到鋼筋時(shí)的長度小于33倍樁徑長度，但不應(yīng)就此判定樁身垂直度偏差或鉆芯孔垂直度偏差不滿足要求，主要原因是：

（1）按規(guī)范要求，當(dāng)鉆芯孔為1個(gè)時(shí)，宜在距樁中心10～15cm位置開孔；當(dāng)鉆芯孔為2個(gè)或2個(gè)以上時(shí)，開孔位置宜在距樁中心0.15～0.25D范圍內(nèi)均勻?qū)ΨQ布置，因此，鉆芯孔開孔中心點(diǎn)并不與樁頂面中心點(diǎn)重合。

（2）規(guī)范規(guī)定鉆頭外徑不宜小于100mm，本工程鉆頭的外徑為1 100mm。由于鋼筋籠保護(hù)層有厚度要求，因此，鋼筋籠并不在灌注樁的最外側(cè)，且當(dāng)鉆頭接觸到鋼筋籠保護(hù)層后，鉆頭方向有可能發(fā)生變化。

（3）由于樁身橫截面不規(guī)則，且對(duì)于樁身垂直度與鉆芯孔垂直度偏差的要求，并沒有明確指出垂直度允許偏差是針對(duì)平均垂直度偏差還是任意區(qū)域的垂直度偏差，因此，有可能存在某一區(qū)域垂直度偏差大于垂直度允許偏差，但平均垂直度偏差小于垂直度允許偏差的情況。

目前，并沒有標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)樁身垂直度或鉆芯孔垂直度偏差的方法，即使使用測(cè)斜儀等方法來確定鉆芯孔垂直度偏差，也很難確定問題的根本所在，應(yīng)綜合考慮其他檢測(cè)方法。本工程樁基檢測(cè)結(jié)果（包括靜載試驗(yàn)、鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、聲波透射法）均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，業(yè)主召集各參與方討論，決定不再增加鉆芯法檢測(cè)數(shù)量，采用高應(yīng)變法對(duì)3根未鉆至樁底的灌注樁進(jìn)行完整性及承載力驗(yàn)證，最終檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

從表1中的樁徑與未鉆至樁底的樁數(shù)可以看出，當(dāng)受檢樁樁徑為800mm且長徑比大于30時(shí)，鉆芯法檢測(cè)通長取樣的成功率較低；當(dāng)受檢樁樁徑大于800mm，長徑比略大于30時(shí)，鉆芯法檢測(cè)通長取樣的成功率有所提升，且灌注樁的樁徑越大，鉆芯法檢測(cè)通長取樣的成功率越高。同時(shí)，灌注樁的樁徑越大，實(shí)際最小的取樣長度或取到鋼筋時(shí)的長度越大，而且?guī)缀醭示€性增長，并且灌注樁的樁徑越大，實(shí)際最小的取樣長度或取到鋼筋時(shí)的長度與樁徑的比值也越大，但變大的幅度變緩。相反，當(dāng)灌注樁長徑比相同時(shí)，在一定范圍內(nèi)，樁徑越大，鉆芯法檢測(cè)通長取樣的成功率越高。

5 結(jié)語

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

（1）采用鉆芯法檢測(cè)，應(yīng)考慮灌注樁的長徑比，當(dāng)受檢樁樁徑小于800mm且長徑比大于30時(shí)，建議優(yōu)先考慮其他檢測(cè)方法；當(dāng)受檢樁樁徑大于800mm，長徑比略大于30時(shí)，可以考慮采用鉆芯法。

（2）采用鉆芯法檢測(cè)鉆取單個(gè)孔，灌注樁長徑比相同時(shí)，在一定范圍內(nèi)，樁徑越大，成功率越高。

（3）采用鉆芯法檢測(cè)鉆取單個(gè)孔，灌注樁長徑比相同時(shí)，在一定范圍內(nèi)，成功率隨樁徑增長的趨勢(shì)變緩。

（4）當(dāng)鉆芯法檢測(cè)無法鉆至樁底時(shí)（或鉆取長度小于30倍樁徑時(shí)），不應(yīng)直接判定樁身垂直度偏差或鉆芯孔垂直度偏差不滿足要求。

目前的鉆芯法檢測(cè)方法不適用于判定樁身垂直度偏差，但在確定鉆芯孔垂直度偏差的前提下，可供參考。