運(yùn)用鉆芯法檢測端承型大直徑灌注樁承載力的研究

韋仕文

（廣州市市政工程試驗(yàn)檢測有限公司，廣東廣州 510520）

0 引言

近幾年，廣州市海珠區(qū)多個(gè)工程項(xiàng)目，因傳統(tǒng)抗壓靜載試驗(yàn)、高應(yīng)變都無法適用，故而都采用鉆芯法代替對樁的承載能力進(jìn)行檢測。例如海珠區(qū)琶洲東某項(xiàng)目、海珠區(qū)芳園路某項(xiàng)目等等。通過鉆取混凝土及樁端持力層芯樣，鉆芯法可以提供有關(guān)灌注樁材料特性，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)檢測規(guī)范》（DBJ/T 15-60—2019），鉆芯法檢測能確定的參數(shù)包括檢測混凝土灌注樁的樁長、樁身混凝土強(qiáng)度、樁身完整性、樁底沉渣厚度，判定或鑒別樁底持力層巖土性狀。

1 鉆芯法概述

1.1 鉆芯法的基本原理

鉆芯法是利用專用鉆機(jī)，從樁身混凝土中鉆取芯樣以檢測混凝土強(qiáng)度或觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的方法。由于它對結(jié)構(gòu)混凝土造成局部損傷，是一種半破損的現(xiàn)場檢測手段，通過芯樣的外觀質(zhì)量、材料分布情況、材料膠結(jié)狀態(tài)、材料材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等來判斷樁身完整性，通過截取部分芯樣及持力層樣品室內(nèi)制作成抗壓試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，綜合判定樁的承載力。

鉆芯法測定的是混凝土強(qiáng)度，但它是通過對混凝土內(nèi)部進(jìn)行抽樣，不能反映出樁身內(nèi)部的真實(shí)情況。因?yàn)闃渡砘炷翉牡孛鏉仓綐俄敚鋬?nèi)部受力情況發(fā)生了很大變化。如果用鉆芯法測定的強(qiáng)度值與實(shí)際強(qiáng)度值不一致，那么就需要根據(jù)實(shí)際情況來判定[1]。

鉆芯法檢測出的強(qiáng)度值僅僅反映了樁內(nèi)鉆芯孔部位的混凝土強(qiáng)度及其完整性，而不能反映樁鉆芯孔之外的混凝土強(qiáng)度。因此，在實(shí)際檢測中，當(dāng)要考慮到樁身混凝土內(nèi)部整體所存在的缺陷或鉆芯法檢測發(fā)現(xiàn)缺陷較大或有異常情況時(shí)，應(yīng)該對整個(gè)樁體進(jìn)行檢測，并運(yùn)用其他檢測方法進(jìn)行輔助檢測，由此綜合判定樁的施工質(zhì)量?！督ㄖ鼗A(chǔ)檢測規(guī)范》（DBJ/T 15-60—2019）規(guī)定：大直徑灌注樁一般同時(shí)選用兩種或多種的方法檢測，使各種方法能相互補(bǔ)充印證，優(yōu)勢互補(bǔ)。而對于一般情況下的樁基，可以采用鉆芯法檢測樁身完整性。

鉆芯法檢測出的強(qiáng)度值是相對于整個(gè)樁體來說的。當(dāng)樁身出現(xiàn)問題時(shí)，可通過對整個(gè)樁體進(jìn)行檢測來判斷樁身是否存在缺陷或異常情況。因此，在實(shí)際操作過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的方法進(jìn)行檢測[2]。

鉆芯法是一種半破損檢測技術(shù)，它雖然會對樁身混凝土有局部損傷，但通過對鉆芯孔進(jìn)行灌漿處理，因此可以避免在運(yùn)用鉆芯法檢測過程中對樁身質(zhì)量造成較大的影響。

1.2 鉆芯法檢測過程

鉆芯法檢測樁身完整性是通過對鉆芯取樣，用室內(nèi)試驗(yàn)來測定樁的承載力的方法[3]。①現(xiàn)場準(zhǔn)備。安裝鉆機(jī)、檢查鉆具及其他有關(guān)設(shè)備。②取樣。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及地質(zhì)情況，選擇合適的芯樣。③鉆進(jìn)。按照規(guī)范要求在規(guī)定的鉆孔深度內(nèi)鉆取芯樣，鉆時(shí)應(yīng)注意芯樣不受破壞，并應(yīng)在鉆進(jìn)過程中記錄鉆頭的位置和鉆進(jìn)速度。④取樣。對鉆芯取樣后所得的芯樣進(jìn)行編號、整理及計(jì)算，以確定樁身混凝土質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。⑤芯樣試驗(yàn)。按規(guī)范要求在樁身中抽取一定數(shù)量的芯樣試件，進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。⑥確定承載力特征值。根據(jù)基樁質(zhì)量評定方法及判定標(biāo)準(zhǔn)，確定承載力特征值。⑦建立樁身完整性數(shù)據(jù)庫。對所取芯樣進(jìn)行抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度檢測和統(tǒng)計(jì)處理。建立樁身完整性數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

鉆芯法是一種比較簡單實(shí)用的檢測方法，檢測速度快、效率高、準(zhǔn)確性好，但也存在一定的局限性，受現(xiàn)場條件限制較大，在實(shí)際工程中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

2 運(yùn)用鉆芯法檢測端承型大直徑灌注樁承載力存在的問題

2.1 無法反映樁的真實(shí)承載力

樁的承載力主要受樁身與樁周土摩擦力及樁端承載力的影響，鉆芯法檢測的只是樁身的混凝土強(qiáng)度及樁身完整性，樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求，只是表明其樁身具備設(shè)計(jì)要求的相應(yīng)的承載力，但無法體現(xiàn)樁頂在受荷條件下，不產(chǎn)生較大的沉降位移。當(dāng)樁身強(qiáng)度足夠，但樁頂在相應(yīng)荷載條件下產(chǎn)生較大位移，樁的承載力也是不符合要求的[4]。

2.2 對巖土完整性及強(qiáng)度較差的持力層判定存在較大誤差

巖土完整性及強(qiáng)度較差的持力層，即節(jié)理、裂隙及相關(guān)結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖層，在鉆芯取樣的過程中，由于動(dòng)力的影響，導(dǎo)致芯樣嚴(yán)重破碎，從而造成持力層巖土性狀及強(qiáng)度判斷困難。對于結(jié)構(gòu)相對較好的巖層，即使能取出較完整的芯樣，但仍無法取樣加工進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)且其軟弱部位也會破碎，形成碎渣，從而也很難判定其持力層性狀及強(qiáng)度。

例如，在廣州市黃埔區(qū)某項(xiàng)目中，某橋樁基礎(chǔ)由于現(xiàn)場無法進(jìn)行靜載試驗(yàn)及高應(yīng)變，則在對橋樁進(jìn)行百分百的聲波透射法檢測完整性之后，按比例對樁進(jìn)行鉆芯法檢測，以此來評判樁的成樁質(zhì)量。在對混凝土灌注樁2#樁進(jìn)行鉆芯法檢測過程中，該樁樁身混凝土質(zhì)量較好，但在持力層鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)，樁底有30cm 左右?guī)r樣極度破碎，原巖風(fēng)化劇烈，此后6m 范圍內(nèi)的巖樣呈柱狀、短柱狀，局部破碎至塊狀、碎渣狀。由此判定其持力層無法達(dá)到要求[5]。

為了解其樁端持力層的真實(shí)情況，利用三維智能高清鉆孔電視成像儀對該鉆芯孔進(jìn)行了成孔攝像，成孔攝像影像揭示樁底以下3m 左右持力層風(fēng)化劇烈，裂隙發(fā)育，局部呈破碎狀，判定該層為強(qiáng)風(fēng)化帶，由此可以發(fā)現(xiàn)，其跟鉆芯法所揭示的巖土性狀存在一定的差異。2#樁鉆芯孔孔內(nèi)攝像導(dǎo)出圖如圖1 所示。

圖1 2# 樁鉆芯孔孔內(nèi)攝像導(dǎo)出圖

2.3 對巖土參數(shù)的準(zhǔn)確測試存在困難

《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2012）規(guī)定：鉆芯法檢測的承載力為極限承載力特征值，對于樁身混凝土質(zhì)量而言，應(yīng)采用抽芯進(jìn)行。采用鉆芯法對端承型大直徑灌注樁進(jìn)行承載力檢測時(shí)，由于巖土參數(shù)的不準(zhǔn)確會直接影響檢測結(jié)果，導(dǎo)致檢測結(jié)果的不準(zhǔn)確。

在對基樁進(jìn)行單樁極限承載力特征值的測試時(shí)，由于所取芯樣的長度有限，只能將被測基樁頂面以下一定范圍內(nèi)的巖土參數(shù)取為試件的截面面積和體積，再換算成單根樁試件的極限承載力特征值。但由于試驗(yàn)條件和所取芯樣的長度有限，無法將被測基樁頂面處巖土參數(shù)取為試件的截面面積和體積。這樣就使檢測結(jié)果在一定程度上存在誤差。

3 運(yùn)用鉆芯法檢測端承型大直徑灌注樁承載力的要點(diǎn)

3.1 試樁位置的確定

在鉆芯法檢測中，試樁的位置非常重要。因?yàn)橐粋€(gè)工程樁是否有質(zhì)量問題，在現(xiàn)場很難判斷，鉆芯法只能從樁身質(zhì)量缺陷處取芯檢測，所以，試樁位置的選擇是鉆芯法檢測的關(guān)鍵。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）附錄C 中對試樁位置的要求：試樁應(yīng)在設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)樁位進(jìn)行。這就要求在試樁前要先確定樁位。通常我們所說的試樁位置通常是指工程樁基設(shè)計(jì)圖紙中規(guī)定的樁位，也就是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的樁位。

值得注意的是，雖然《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中要求試樁位置應(yīng)在設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)樁位進(jìn)行，但并未規(guī)定試樁位置應(yīng)在何位置。為此，筆者認(rèn)為對試樁位置應(yīng)該作如下理解：工程樁基設(shè)計(jì)圖紙中已注明樁位，則試樁位置應(yīng)在該樁位上；當(dāng)工程樁基圖紙未注明樁位時(shí)，應(yīng)根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及樁基施工經(jīng)驗(yàn)，確定試樁位置是否在設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)樁位上，當(dāng)工程樁基圖紙中未注明樁位時(shí)，應(yīng)由監(jiān)理工程師根據(jù)實(shí)際情況確定。如果現(xiàn)場測量確定的樁位與設(shè)計(jì)要求不符時(shí)，監(jiān)理工程師應(yīng)與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位協(xié)商后進(jìn)行調(diào)整。

此外，在工程樁基施工過程中，施工方往往會根據(jù)實(shí)際情況對試樁位置進(jìn)行調(diào)整，尤其是一些樁基工程項(xiàng)目現(xiàn)場測量和施工難度較大時(shí)更是如此。此時(shí)，監(jiān)理工程師應(yīng)根據(jù)施工方調(diào)整后的試樁位置進(jìn)行驗(yàn)證。如未調(diào)整則需重新進(jìn)行試樁；如已調(diào)整則必須明確調(diào)整原因。

3.2 鉆孔方式

由于鉆芯取樣有一定的危險(xiǎn)性，應(yīng)盡量避免采用機(jī)械鉆孔、旋挖鉆孔和人工開挖等方式。采用機(jī)械鉆孔、旋挖鉆孔和人工開挖等方式時(shí)，要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行施工，以免造成傷害事故。

對于采用機(jī)械鉆孔方式，首先應(yīng)選擇合適的鉆機(jī)，鉆具的規(guī)格應(yīng)與設(shè)計(jì)樁徑相匹配，且應(yīng)保證有足夠的扭矩和扭矩系數(shù)；其次應(yīng)采用小直徑鉆頭鉆進(jìn)，以免因大直徑鉆頭產(chǎn)生的泥漿或其他雜物使芯樣破碎。

對于采用人工開挖方式時(shí)，應(yīng)對開挖面進(jìn)行處理，將樁頭挖除后用1:2 水泥砂漿修補(bǔ)，以保證樁頭完整；人工開挖時(shí)應(yīng)避免對芯樣造成損壞。若用人工開挖方式時(shí)，宜選擇在施工速度較慢的時(shí)間段進(jìn)行，以減少對樁身造成的擾動(dòng)。若用人工開挖方式時(shí)，應(yīng)該采取保護(hù)措施。

采用機(jī)械鉆孔和旋挖鉆孔方式時(shí)，鉆孔孔壁的泥漿要及時(shí)清除干凈，避免造成樁身混凝土的離析。

3.3 鉆芯取樣

鉆芯取樣是檢驗(yàn)樁身質(zhì)量的重要手段，應(yīng)在對樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)前進(jìn)行。

對于存在缺陷或質(zhì)量缺陷的樁，應(yīng)先進(jìn)行靜載試驗(yàn)，檢測結(jié)果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)才能對樁進(jìn)行鉆芯取樣檢測。對于承載力不足的樁，其混凝土強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，若直接對該樁進(jìn)行鉆芯取樣檢測，所得結(jié)果往往不能真實(shí)反映該樁身混凝土的實(shí)際強(qiáng)度。

對樁身存在缺陷或質(zhì)量缺陷的樁，應(yīng)采取先低應(yīng)變后高應(yīng)變或直接低應(yīng)變的方法進(jìn)行檢測。如當(dāng)樁身混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則應(yīng)采用高應(yīng)變檢測方法。

采用低應(yīng)變法檢測時(shí)，應(yīng)在鉆取的芯樣上制作直徑為10～15mm 的剖面圖，以便于與鉆孔取芯時(shí)觀察到的混凝土芯樣進(jìn)行對比。如樁身存在缺陷或質(zhì)量缺陷，可將芯樣先用高應(yīng)變檢測方法檢測，如果樁身存在缺陷或質(zhì)量缺陷不明顯，則可將芯樣用低應(yīng)變方法檢測。

在使用低應(yīng)變法檢測時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定芯樣制作時(shí)的最大鉆芯取樣高度。當(dāng)樁身存在缺陷或質(zhì)量缺陷時(shí)，最大鉆芯取樣高度應(yīng)比設(shè)計(jì)樁長多出10～15cm，當(dāng)樁身存在質(zhì)量缺陷時(shí)，最大鉆芯取樣高度應(yīng)比設(shè)計(jì)樁長多出15～20cm。鉆芯取樣的最大鉆深不宜小于設(shè)計(jì)樁深的2/3。

對采用低應(yīng)變法檢測的樁身混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)對該樁身混凝土進(jìn)行重新取芯取樣檢測。

3.4 芯樣制作

在進(jìn)行鉆芯檢測時(shí)，應(yīng)在樁側(cè)壁鉆取芯樣。取芯前應(yīng)在芯樣上鉆一個(gè)直徑為10～12cm 的小孔，用鐵絲扎緊，防止鉆孔時(shí)混凝土碎塊掉入孔內(nèi)。取芯時(shí)應(yīng)由下往上進(jìn)行，避免先將芯樣從孔底向上挖起后再鉆取。芯樣應(yīng)盡量少傷樁身，如在鉆芯過程中發(fā)現(xiàn)有樁身混凝土局部脫落的現(xiàn)象，應(yīng)將完整的混凝土塊留在鉆芯位置，并在芯樣上鉆孔后再鉆取芯樣。當(dāng)發(fā)現(xiàn)樁身有局部混凝土脫落但仍能保證其完整性時(shí)，可將完整的混凝土塊留在原位，并繼續(xù)鉆芯檢測。

當(dāng)取芯部位出現(xiàn)鋼筋籠時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋼筋籠直徑、鋼筋間距等情況適當(dāng)增加取芯數(shù)量。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到C35 及以上時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加取芯數(shù)量。如鋼筋籠直徑為32mm 的樁，取芯樣時(shí)應(yīng)采用6 根，如鋼筋籠直徑為36mm 的樁，取芯樣時(shí)可采用5 根，如鋼筋籠直徑為40mm 的樁，取芯樣時(shí)可采用5 根。

當(dāng)鉆芯過程中發(fā)現(xiàn)樁身有局部混凝土脫落或因其他原因而無法保證其完整性時(shí)，可采取對其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的方法處理。補(bǔ)強(qiáng)后的樁身混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)大于C35。

4 結(jié)語

運(yùn)用鉆芯法檢測端承型大直徑灌注樁承載力的研究具有重要意義。通過深入研究鉆芯法的原理、試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以準(zhǔn)確評估灌注樁的承載性能，為工程設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。未來，還需進(jìn)一步完善鉆芯法檢測技術(shù)，提高其在端承型大直徑灌注樁工程中的適用性和可靠性，以推動(dòng)工程質(zhì)量的提升和安全性的保障。