运用钻芯法检测端承型大直径灌注桩承载力的研究

韦仕文

（广州市市政工程试验检测有限公司，广东广州 510520）

0 引言

近几年，广州市海珠区多个工程项目，因传统抗压静载试验、高应变都无法适用，故而都采用钻芯法代替对桩的承载能力进行检测。例如海珠区琶洲东某项目、海珠区芳园路某项目等等。通过钻取混凝土及桩端持力层芯样，钻芯法可以提供有关灌注桩材料特性，根据《建筑地基基础检测规范》（DBJ/T 15-60—2019），钻芯法检测能确定的参数包括检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩身完整性、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩底持力层岩土性状。

1 钻芯法概述

1.1 钻芯法的基本原理

钻芯法是利用专用钻机，从桩身混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度或观察混凝土内部质量的方法。由于它对结构混凝土造成局部损伤，是一种半破损的现场检测手段，通过芯样的外观质量、材料分布情况、材料胶结状态、材料材质、结构等来判断桩身完整性，通过截取部分芯样及持力层样品室内制作成抗压试件进行抗压强度试验，综合判定桩的承载力。

钻芯法测定的是混凝土强度，但它是通过对混凝土内部进行抽样，不能反映出桩身内部的真实情况。因为桩身混凝土从地面浇筑到桩顶，其内部受力情况发生了很大变化。如果用钻芯法测定的强度值与实际强度值不一致，那么就需要根据实际情况来判定[1]。

钻芯法检测出的强度值仅仅反映了桩内钻芯孔部位的混凝土强度及其完整性，而不能反映桩钻芯孔之外的混凝土强度。因此，在实际检测中，当要考虑到桩身混凝土内部整体所存在的缺陷或钻芯法检测发现缺陷较大或有异常情况时，应该对整个桩体进行检测，并运用其他检测方法进行辅助检测，由此综合判定桩的施工质量。《建筑地基基础检测规范》（DBJ/T 15-60—2019）规定：大直径灌注桩一般同时选用两种或多种的方法检测，使各种方法能相互补充印证，优势互补。而对于一般情况下的桩基，可以采用钻芯法检测桩身完整性。

钻芯法检测出的强度值是相对于整个桩体来说的。当桩身出现问题时，可通过对整个桩体进行检测来判断桩身是否存在缺陷或异常情况。因此，在实际操作过程中，应根据实际情况来选择合适的方法进行检测[2]。

钻芯法是一种半破损检测技术，它虽然会对桩身混凝土有局部损伤，但通过对钻芯孔进行灌浆处理，因此可以避免在运用钻芯法检测过程中对桩身质量造成较大的影响。

1.2 钻芯法检测过程

钻芯法检测桩身完整性是通过对钻芯取样，用室内试验来测定桩的承载力的方法[3]。①现场准备。安装钻机、检查钻具及其他有关设备。②取样。根据设计要求及地质情况，选择合适的芯样。③钻进。按照规范要求在规定的钻孔深度内钻取芯样，钻时应注意芯样不受破坏，并应在钻进过程中记录钻头的位置和钻进速度。④取样。对钻芯取样后所得的芯样进行编号、整理及计算，以确定桩身混凝土质量是否满足设计要求。⑤芯样试验。按规范要求在桩身中抽取一定数量的芯样试件，进行抗剪强度试验和抗压强度试验。⑥确定承载力特征值。根据基桩质量评定方法及判定标准，确定承载力特征值。⑦建立桩身完整性数据库。对所取芯样进行抗剪强度、抗压强度检测和统计处理。建立桩身完整性数据库，为设计提供可靠依据。

钻芯法是一种比较简单实用的检测方法，检测速度快、效率高、准确性好，但也存在一定的局限性，受现场条件限制较大，在实际工程中需要根据具体情况进行选择。

2 运用钻芯法检测端承型大直径灌注桩承载力存在的问题

2.1 无法反映桩的真实承载力

桩的承载力主要受桩身与桩周土摩擦力及桩端承载力的影响，钻芯法检测的只是桩身的混凝土强度及桩身完整性，桩身混凝土强度达到要求，只是表明其桩身具备设计要求的相应的承载力，但无法体现桩顶在受荷条件下，不产生较大的沉降位移。当桩身强度足够，但桩顶在相应荷载条件下产生较大位移，桩的承载力也是不符合要求的[4]。

2.2 对岩土完整性及强度较差的持力层判定存在较大误差

岩土完整性及强度较差的持力层，即节理、裂隙及相关结构面发育的岩层，在钻芯取样的过程中，由于动力的影响，导致芯样严重破碎，从而造成持力层岩土性状及强度判断困难。对于结构相对较好的岩层，即使能取出较完整的芯样，但仍无法取样加工进行抗压强度试验且其软弱部位也会破碎，形成碎渣，从而也很难判定其持力层性状及强度。

例如，在广州市黄埔区某项目中，某桥桩基础由于现场无法进行静载试验及高应变，则在对桥桩进行百分百的声波透射法检测完整性之后，按比例对桩进行钻芯法检测，以此来评判桩的成桩质量。在对混凝土灌注桩2#桩进行钻芯法检测过程中，该桩桩身混凝土质量较好，但在持力层钻进中发现，桩底有30cm 左右岩样极度破碎，原岩风化剧烈，此后6m 范围内的岩样呈柱状、短柱状，局部破碎至块状、碎渣状。由此判定其持力层无法达到要求[5]。

为了解其桩端持力层的真实情况，利用三维智能高清钻孔电视成像仪对该钻芯孔进行了成孔摄像，成孔摄像影像揭示桩底以下3m 左右持力层风化剧烈，裂隙发育，局部呈破碎状，判定该层为强风化带，由此可以发现，其跟钻芯法所揭示的岩土性状存在一定的差异。2#桩钻芯孔孔内摄像导出图如图1 所示。

图1 2# 桩钻芯孔孔内摄像导出图

2.3 对岩土参数的准确测试存在困难

《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 94—2012）规定：钻芯法检测的承载力为极限承载力特征值，对于桩身混凝土质量而言，应采用抽芯进行。采用钻芯法对端承型大直径灌注桩进行承载力检测时，由于岩土参数的不准确会直接影响检测结果，导致检测结果的不准确。

在对基桩进行单桩极限承载力特征值的测试时，由于所取芯样的长度有限，只能将被测基桩顶面以下一定范围内的岩土参数取为试件的截面面积和体积，再换算成单根桩试件的极限承载力特征值。但由于试验条件和所取芯样的长度有限，无法将被测基桩顶面处岩土参数取为试件的截面面积和体积。这样就使检测结果在一定程度上存在误差。

3 运用钻芯法检测端承型大直径灌注桩承载力的要点

3.1 试桩位置的确定

在钻芯法检测中，试桩的位置非常重要。因为一个工程桩是否有质量问题，在现场很难判断，钻芯法只能从桩身质量缺陷处取芯检测，所以，试桩位置的选择是钻芯法检测的关键。

《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）附录C 中对试桩位置的要求：试桩应在设计要求的试验桩位进行。这就要求在试桩前要先确定桩位。通常我们所说的试桩位置通常是指工程桩基设计图纸中规定的桩位，也就是设计人员在设计图纸上标注的桩位。

值得注意的是，虽然《建筑桩基技术规范》中要求试桩位置应在设计要求的试验桩位进行，但并未规定试桩位置应在何位置。为此，笔者认为对试桩位置应该作如下理解：工程桩基设计图纸中已注明桩位，则试桩位置应在该桩位上；当工程桩基图纸未注明桩位时，应根据以往工程经验及桩基施工经验，确定试桩位置是否在设计要求的试验桩位上，当工程桩基图纸中未注明桩位时，应由监理工程师根据实际情况确定。如果现场测量确定的桩位与设计要求不符时，监理工程师应与建设单位、设计单位协商后进行调整。

此外，在工程桩基施工过程中，施工方往往会根据实际情况对试桩位置进行调整，尤其是一些桩基工程项目现场测量和施工难度较大时更是如此。此时，监理工程师应根据施工方调整后的试桩位置进行验证。如未调整则需重新进行试桩；如已调整则必须明确调整原因。

3.2 钻孔方式

由于钻芯取样有一定的危险性，应尽量避免采用机械钻孔、旋挖钻孔和人工开挖等方式。采用机械钻孔、旋挖钻孔和人工开挖等方式时，要严格按照操作规程进行施工，以免造成伤害事故。

对于采用机械钻孔方式，首先应选择合适的钻机，钻具的规格应与设计桩径相匹配，且应保证有足够的扭矩和扭矩系数；其次应采用小直径钻头钻进，以免因大直径钻头产生的泥浆或其他杂物使芯样破碎。

对于采用人工开挖方式时，应对开挖面进行处理，将桩头挖除后用1:2 水泥砂浆修补，以保证桩头完整；人工开挖时应避免对芯样造成损坏。若用人工开挖方式时，宜选择在施工速度较慢的时间段进行，以减少对桩身造成的扰动。若用人工开挖方式时，应该采取保护措施。

采用机械钻孔和旋挖钻孔方式时，钻孔孔壁的泥浆要及时清除干净，避免造成桩身混凝土的离析。

3.3 钻芯取样

钻芯取样是检验桩身质量的重要手段，应在对桩进行静载试验前进行。

对于存在缺陷或质量缺陷的桩，应先进行静载试验，检测结果未达到设计要求时才能对桩进行钻芯取样检测。对于承载力不足的桩，其混凝土强度往往达不到设计要求，若直接对该桩进行钻芯取样检测，所得结果往往不能真实反映该桩身混凝土的实际强度。

对桩身存在缺陷或质量缺陷的桩，应采取先低应变后高应变或直接低应变的方法进行检测。如当桩身混凝土强度不满足设计要求时，则应采用高应变检测方法。

采用低应变法检测时，应在钻取的芯样上制作直径为10～15mm 的剖面图，以便于与钻孔取芯时观察到的混凝土芯样进行对比。如桩身存在缺陷或质量缺陷，可将芯样先用高应变检测方法检测，如果桩身存在缺陷或质量缺陷不明显，则可将芯样用低应变方法检测。

在使用低应变法检测时，应根据当地经验确定芯样制作时的最大钻芯取样高度。当桩身存在缺陷或质量缺陷时，最大钻芯取样高度应比设计桩长多出10～15cm，当桩身存在质量缺陷时，最大钻芯取样高度应比设计桩长多出15～20cm。钻芯取样的最大钻深不宜小于设计桩深的2/3。

对采用低应变法检测的桩身混凝土强度低于设计要求时，应对该桩身混凝土进行重新取芯取样检测。

3.4 芯样制作

在进行钻芯检测时，应在桩侧壁钻取芯样。取芯前应在芯样上钻一个直径为10～12cm 的小孔，用铁丝扎紧，防止钻孔时混凝土碎块掉入孔内。取芯时应由下往上进行，避免先将芯样从孔底向上挖起后再钻取。芯样应尽量少伤桩身，如在钻芯过程中发现有桩身混凝土局部脱落的现象，应将完整的混凝土块留在钻芯位置，并在芯样上钻孔后再钻取芯样。当发现桩身有局部混凝土脱落但仍能保证其完整性时，可将完整的混凝土块留在原位，并继续钻芯检测。

当取芯部位出现钢筋笼时，应根据钢筋笼直径、钢筋间距等情况适当增加取芯数量。当混凝土强度达到C35 及以上时，可根据实际情况适当增加取芯数量。如钢筋笼直径为32mm 的桩，取芯样时应采用6 根，如钢筋笼直径为36mm 的桩，取芯样时可采用5 根，如钢筋笼直径为40mm 的桩，取芯样时可采用5 根。

当钻芯过程中发现桩身有局部混凝土脱落或因其他原因而无法保证其完整性时，可采取对其进行补强的方法处理。补强后的桩身混凝土强度等级应大于C35。

4 结语

运用钻芯法检测端承型大直径灌注桩承载力的研究具有重要意义。通过深入研究钻芯法的原理、试验方法和数据分析技术，可以准确评估灌注桩的承载性能，为工程设计和施工提供科学依据。未来，还需进一步完善钻芯法检测技术，提高其在端承型大直径灌注桩工程中的适用性和可靠性，以推动工程质量的提升和安全性的保障。