浅析灌注桩桩径及长径比对基桩钻芯法检测的影响

林 超

（福建省建研工程检测有限公司，福建 福州 350000）

基桩检测主要是检测桩基的承载力或评价桩身完整性，为设计、施工和验收提供可靠依据。目前，工程建设领域常用的基桩检测方法有静载试验、钻芯法、低应变法、高应变法和声波透射法。基桩检测受场地条件、桩型、使用状态等综合因素限制，通常不同检测方法的适用范围有所不同。为了在基桩检测中落实国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、数据准确、评价正确，应根据不同检测方法的特点，作出合理选择。桩径及长径比是灌注桩的重要尺寸参数，在选择检测方法时不可忽略。如声波透射法检测应根据桩径大小确定声测管数量，低应变法检测不适用于超长桩及长径比过小的桩，在钻芯法检测时，应慎重考虑灌注桩的桩径及长径比。

1 钻芯法

钻芯法是一种直观的桩基检测方法，适用范围广，可检测混凝土灌注桩的桩长、桩底沉渣厚度和桩身完整性，尤其是可用于检验灌注桩桩身混凝土强度、判定或鉴别桩端持力层岩土性状。但由于受钻孔尺寸的限制，很难适用于判断局部缺陷、水平裂缝等，属于破坏性试验，成本相对较高。钻芯法适用于大直径灌注桩，而在超长桩或大长径比的灌注桩中应用钻芯法往往很难钻至桩底，应根据实际情况作详细分析。

2 工程实例

某工程由一幢主楼34层、裙楼6层的1#楼，一幢主楼29层、裙楼6层的2#楼和一幢15层的3#楼组成。1#楼下设2层满铺地下室，2#楼、3#楼及其相间绿地下设1层连体满铺地下室。工程总建筑面积约129 271.19m2，其中，地下室面积约17 844.9m2。该建筑基底占地面积约4 530.84m2。

本工程下设有1～2层连体满铺地下室，1F基坑支护结构的安全等级为二级，2F基坑支护结构的安全等级为一级。拟建1#楼的工程重要性等级为一级，地基基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级为甲级；其余各拟建物的工程重要性等级为二级，地基基础设计等级为乙级，建筑桩基设计等级为乙级。场地及地基复杂程度等级均为二级，岩土工程勘察等级为甲级。建筑抗震设防类别为标准设防类（以下简称丙类）。

依据岩土工程勘察报告，拟建工程的场地地质条件如下：

①杂填土：灰色、灰黄色等，松散，稍湿，其成分主要是由碎石、黏性土混合混凝土块、砖渣等建筑垃圾组成，均匀性差。

②粉土：灰黄色，稍密，很湿。该层部分地段直接露出地表，因拟建场地原为园林种植园，受种植影响，部分地段面上约50cm为耕植土。

③淤泥质土夹砂：以淤泥质土为主，局部地段为淤泥，偶夹5～20cm片状粉细砂，土层一般呈深灰色，流塑，饱和。

④中砂：褐黄色，稍密，饱和。主要成分为石英。

⑤淤泥质土：以淤泥质土为主，局部地段为淤泥，土层一般呈深灰色，流塑，饱和。

⑥中砂：灰色、灰黄色，中密，饱和。主要成分为石英。

⑦淤泥夹砂：以淤泥为主，局部地段为淤泥质土。

⑦-夹中砂：灰黄色，中密，饱和。主要成分为石英。

⑧粉质黏土：以粉质黏土为主，局部地段为粉土。

⑨中砂：灰黄色，中密，饱和。主要成分为石英。

⑨-夹淤泥质土夹砂：深灰色，流塑，饱和。

⑩淤泥夹砂：深灰色，流塑，饱和，以淤泥为主。

⑪卵石：灰白、灰黄色、黄褐色等，中密为主，局部稍密，饱和。

⑫全风化花岗岩：灰黄、灰白色，密实，饱和。

⑬强风化花岗岩：根据其岩石物质组成成分不同，细分为如下两个亚层。

⑬-1强风化花岗岩（砂土状）：灰黄、灰白色，密实，饱和。

⑬-2强风化花岗岩（碎块状）：灰白色、灰黄色，稍硬，饱和。

⑭中-微风化花岗岩：灰黄、灰白、灰黑色，致密坚硬，花岗结构，块状构造，主要矿物成分为长石和石英。

本工程1#楼冲孔灌注桩设计桩径为1 100mm，桩长27.94～42.26m；2#楼PHC管桩设计桩径为600mm，桩长19.65～43.20m；3#楼冲孔灌注桩设计桩径为900m，桩长40.44～53.43m；地下室PHC管桩设计桩径为500mm，桩长23.70～41.65m，后设计变更地下室PHC管桩为直径800mm的冲孔灌注桩。

《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）中未明确规定灌注桩采用钻芯法检测的长径比范围，但条文解释中提到“受检桩长径比较大时，成孔的垂直度和钻芯孔的垂直度很难控制，钻芯孔容易偏离桩身，故要求受检桩桩径不宜小于800mm、长径比不宜大于30。”

本工程灌注桩设计桩径均不小于800mm，长径比多大于30，按业主要求，采用钻芯法检测。钻芯法检测所用XY-2B型钻机振动小、调速范围广、扭矩大，采用液压操纵，使钻机立轴的径向跳动不超过0.1mm。取芯工具采用单动性能好、各部件同心度符合要求、管材无伤裂的单动双管钻具，并配以扩孔器、卡簧和其他常规钻具。钻头粒度、浓度、胎体硬度符合要求，外径为1 100mm。试验过程中，2根直径800mm、1根直径900mm的灌注桩未能通长取芯。

3 简易模型分析

假设灌注桩直径为D的圆柱体，O、O’点分别为顶底面的圆心，OO′长度为L，顶面过O点的垂线交底面于A点，则OA为圆柱体的高h，不考虑钻孔OB的直径大小，灌注桩倾斜率为k1，钻孔倾斜率为k2。

若灌注桩通长取芯，则：

整理得出：

在倾斜率极小的情况下，可视为：

式（3）中L/D即为灌注桩的长径比，当钻孔倾斜方向与灌注桩倾斜方向相反时，钻芯法钻取的长度最小，此时，取最小值：

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008），在大多数情况下，混凝土灌注桩允许的垂直度偏差为1%，而在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）中规定“钻机在钻芯过程中不得发生倾斜、移位，钻芯孔垂直度偏差不得大于0.5%”。因此，在这里取k1=1%、k2=0.5%，则：

式（6）总体上符合规范条文解释中的“受检桩长径比不宜大于30”。

4 实例分析及解决办法

按工程桩基设计图纸和规范规定，桩身的垂直度允许偏差为1%。通过对简易模型的分析可知，当桩身垂直度偏差与钻芯孔垂直度偏差满足要求时，钻孔长度应不小于桩径的33倍。钻芯法检测情况见表1。

表1 钻芯法检测情况

从表1可以看出，实际最小取样长度或取到钢筋时的长度小于33倍桩径长度，但不应就此判定桩身垂直度偏差或钻芯孔垂直度偏差不满足要求，主要原因是：

（1）按规范要求，当钻芯孔为1个时，宜在距桩中心10～15cm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，因此，钻芯孔开孔中心点并不与桩顶面中心点重合。

（2）规范规定钻头外径不宜小于100mm，本工程钻头的外径为1 100mm。由于钢筋笼保护层有厚度要求，因此，钢筋笼并不在灌注桩的最外侧，且当钻头接触到钢筋笼保护层后，钻头方向有可能发生变化。

（3）由于桩身横截面不规则，且对于桩身垂直度与钻芯孔垂直度偏差的要求，并没有明确指出垂直度允许偏差是针对平均垂直度偏差还是任意区域的垂直度偏差，因此，有可能存在某一区域垂直度偏差大于垂直度允许偏差，但平均垂直度偏差小于垂直度允许偏差的情况。

目前，并没有标准的检测桩身垂直度或钻芯孔垂直度偏差的方法，即使使用测斜仪等方法来确定钻芯孔垂直度偏差，也很难确定问题的根本所在，应综合考虑其他检测方法。本工程桩基检测结果（包括静载试验、钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法）均达到了设计要求，业主召集各参与方讨论，决定不再增加钻芯法检测数量，采用高应变法对3根未钻至桩底的灌注桩进行完整性及承载力验证，最终检测结果均满足设计要求。

从表1中的桩径与未钻至桩底的桩数可以看出，当受检桩桩径为800mm且长径比大于30时，钻芯法检测通长取样的成功率较低；当受检桩桩径大于800mm，长径比略大于30时，钻芯法检测通长取样的成功率有所提升，且灌注桩的桩径越大，钻芯法检测通长取样的成功率越高。同时，灌注桩的桩径越大，实际最小的取样长度或取到钢筋时的长度越大，而且几乎呈线性增长，并且灌注桩的桩径越大，实际最小的取样长度或取到钢筋时的长度与桩径的比值也越大，但变大的幅度变缓。相反，当灌注桩长径比相同时，在一定范围内，桩径越大，钻芯法检测通长取样的成功率越高。

5 结语

综上所述，可以得出以下结论：

（1）采用钻芯法检测，应考虑灌注桩的长径比，当受检桩桩径小于800mm且长径比大于30时，建议优先考虑其他检测方法；当受检桩桩径大于800mm，长径比略大于30时，可以考虑采用钻芯法。

（2）采用钻芯法检测钻取单个孔，灌注桩长径比相同时，在一定范围内，桩径越大，成功率越高。

（3）采用钻芯法检测钻取单个孔，灌注桩长径比相同时，在一定范围内，成功率随桩径增长的趋势变缓。

（4）当钻芯法检测无法钻至桩底时（或钻取长度小于30倍桩径时），不应直接判定桩身垂直度偏差或钻芯孔垂直度偏差不满足要求。

目前的钻芯法检测方法不适用于判定桩身垂直度偏差，但在确定钻芯孔垂直度偏差的前提下，可供参考。