钻芯法在混凝土桩质量检测中的应用探讨

赵 平, 胡 君

(湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034)

桩基础作为一种重要的基础形式,在工业与民用建筑、交通、水利等领域得到了广泛的应用,而混凝土桩(包括钻孔混凝土桩、冲孔混凝土桩、人工挖孔混凝土桩等),由于单桩承载力高等特点在以上领域得到了广泛应用。其成桩效果的检测有很多种方法,单桩承载力检测可采用静载法、高应变法,桩身的完整性检测可采用低应变、超声波、钻芯法等,而各种方法都有其自身的特点,如低应变法方便、快捷、经济,但对于超长桩的深部缺陷却往往无能为力。超声波检测不受桩长的限制,准确度也高,但对于桩端持力层无法做出判定,钻芯法对以上两种方法是个较好的补充,既能直观地观察桩身的芯样质量,还能查明桩底沉渣和桩端持力层的情况;既可通过对芯样进行抗压试验，还可对桩身砼强度进行检验。《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2014[1])3.3.7条规定,对于端承型大直径混凝土桩,当受设备或条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时,可采用钻芯法作为持力层核验的方法,测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层,检测数量不应少于总桩数的10%,且不应少于10根。可见钻芯法在混凝土桩的检测中占有重要的地位。

1 检测前的准备工作

应参照规范确定抽检桩的数量,《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2014)3.3.3对检测数量进行了规定:抽芯检测设备应采用单动双管钻具,严禁使用单动单管钻具。这里需要指出的是,实际工作中有些检测部门为了图省事节约成本,采用单动单管钻具钻取芯样,这会对芯样质量的判定产生较大的偏差,尤其在芯样有缺陷的时候则会加大缺陷的严重程度,使最终的判定结果失真。

2 钻进过程要求

本阶段是钻芯法检测基桩完整性的重中之重，只有保证钻取有代表性，同时真实反映了桩身实际情况的芯样，才能准确客观的对桩身的完整性做出评价。

(1) 单根受检桩的钻孔数量和钻孔位置的布置规范中有详细的说明。需要注意的是当钻芯孔为1个时,考虑导管附近混凝土质量相对较差,不具代表性,宜在距桩中心10～15 cm的位置开孔,当钻芯孔为2个或2个以上时,开孔位置宜在距桩中心0.15～0.25D范围内均匀对称布置。

(2) 钻进过程中每回次进尺宜控制在1.5 m内,当钻至桩底时宜采用减压、慢速钻进、干钻等适宜的方法钻取沉渣并测定沉渣厚度,注意钻杆钻进速度及循环水的颜色变化,如钻杆突进,往往说明有较厚的沉渣,此时应立即停钻,及时测量机上余尺,准确记录有关情况;如循环水颜色发生变化,则可能预示着已经进入持力层(如在中风化红砂岩中,循环水的颜色会变红)。当持力层为中、微风化岩时,可将桩底0.5 m左右的混凝土芯样,0.5 m左右的持力层以及沉渣纳入同一个回次,当持力层为强风化岩层或土层时,可采用合金钢钻头干钻的方法钻取沉渣并测定沉渣厚度。另外随着科技的不断发展,水下电视在工程检测领域也得到了广泛的应用,如4D超高清全智能孔内电视采用先进的图像采集与处理技术,可实现360°全孔观测以及全孔视屏图像的实时展开与拼接。在抽芯完成后可将高清智能水下电视放入抽芯孔内,以准确确定桩底沉渣或虚土厚度,如果孔内的水比较浑浊,应将水抽干后再放入探头检测。

(3) 芯样取出后,应由上而下按回次顺序放进芯样箱中,芯样侧面应标明回次数、块号。现场编录人员应及时做好现场记录,对芯样进行描述(包括芯样形状、骨料分布、气孔、蜂窝麻面、沟槽、破碎、夹泥等情况),钻芯结束后,应对芯样和标有工程名称、桩号、钻芯孔号、桩长、孔深等相关信息标识牌的全貌进行拍照。

(4) 缺陷桩的钻进:以上描述的钻进过程是一般情况下的一些基本要求,而对于缺陷桩,例如低应变完整性检测中发现桩身的某个部位有缺陷反射信号,但又无法判定是何种缺陷类型(缩颈、夹泥、断桩等),低应变桩身完整性Ⅱ类和Ⅲ类不好判定时,往往需要借助于钻芯法对桩身的完整性做进一步的检测验证,此类桩的检测除满足正常检测的基本要求外,还应注意以下几点:

① 钻芯的孔数可根据需要做适当的增加,因为钻芯法是以“以点带面”,本身有它的局限性,按照规范要求,正常情况下桩身完整性检测时,桩径<1.2 m的桩可只钻一个孔,而对于有缺陷的桩,除非该缺陷贯穿整个截面,否则只钻一个孔就有可能漏判,无法达到验证的效果。此时可考虑增加钻芯孔数,沿桩中心对称布置以全面地了解桩身的情况,便于更加客观地评价桩身的完整性。

② 钻进过程中最好将低应变或超声波判定缺陷部位上下50 cm作为一个回次,该回次的钻进不宜过长,否则一些有用的信息(如夹泥等)会被磨掉,如在钻进过程中钻进速度突然变快(突变),则很可能有严重的夹泥或断桩发生,此时应关掉进水阀采用干钻取样,当钻机的钻进速度逐渐变快(缓变),则有可能是明显的离析,芯样一般呈碎石状[2]。

③ 钻进过程中也可结合循环水的颜色变化来进行一些分析。如循环水由清变得浑浊,说明此处桩身可能存在着某种缺陷,如:夹泥、离析等。

3 芯样试件的截取及检测数据的分析判断

3.1 混凝土抗压芯样的截取

该环节是钻芯法中的重要一环,却往往被很多检测人员所忽略,取样的随意性比较大,取样的组数和取样部位可能没有按照规范的要求执行,或只取好的部位等,给后面的评定工作带来隐患,为了全面、客观地评价基桩质量,应按照规范的要求进行截取。

3.2 检测数据的分析与判定

与2003版规范相比,《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2014)强调桩身完整性判断应根据混凝土芯样表观特征和缺陷分布情况，并结合局部芯样强度检测值进行综合判定。当混凝土芯样的外观性介于Ⅱ类和Ⅲ类之间时,利用出现缺陷部位的混凝土芯样试件的抗压强度检测值是否满足设计要求这一辅助手段加以区分,毕竟基桩质量是否满足设计要求,其芯样的抗压强度是一个重要的指标。关于受检桩混凝土芯样试件抗压强度的取值以及桩身完整性类别的判定规范中均有详细说明,这里不一一赘述。

4 结语

钻芯法检测混凝土桩成桩质量有其自身的特点,既可以直观地查看成桩情况(如有无蜂窝麻面沟槽等),又可检验桩身混凝土芯样的抗压强度,同时还可以检查桩端持力层以及桩底沉渣情况,具有其它一些方法不可替代的优势,但也有其局限性,例如:费用较高,时间较长,不宜大规模的使用,存在“以点带面”的问题,而基桩的质量评定是一项全面、系统的工作,实际工作中该法常与其它方法(如低应变、超声波等)结合使用,互相取长补短,以全面、准确地评价基桩的成桩质量,确保建筑物使用安全。