鉆芯法在灌注樁成樁質量檢測中的應用

廣州市荔灣區建設工程質量監督檢測室

摘要：本文闡述了鉆芯法在檢測過程中需要注意的事項，結合工程實踐闡述它與無損檢測法相比的優缺點，在對復雜地質條件下的樁基和問題樁檢測中互為補充，能更準確地揭露樁基所存在的缺陷，避免采用低應變法技術及聲波法檢測技術時，由于樁基工程隱蔽性這一特點帶來的誤判，減少工程隱患。

關鍵詞：鉆芯法；低應變法；聲波透射法；局限性

1、引言

鉆芯法是采用巖芯鉆探技術和施工工藝，在樁身上沿長度方向鉆取混凝土芯樣及樁端巖土芯樣，通過觀察和測試，用以評價成樁質量的檢測方法，是一種微破損或局部破損檢測方法，具有科學、直觀、實用等特點，適用于檢測混凝土灌注樁的樁長、樁身混凝土強度、樁身缺陷及其位置、樁底沉渣厚度、判定或鑒別樁底持力層的巖土性狀、判定樁身完整性類別。

預留混凝土試件強度檢驗方法是現行標準規定的混凝土強度驗收方法，現場混凝土的無損檢測方法不能替代該方法。當混凝土試件強度評定不合格或對試件的代表性有懷疑時，可采用鉆芯法推定樁身混凝土的強度，檢測結果符合設計要求可按合格驗收。

2、鉆芯檢測過程中需要注意的事項

鉆芯法分為三大類：鋼粒鉆進、硬質合金鉆進和金剛石鉆進。鋼粒鉆進與硬質合金鉆進因存在芯樣直徑小，易破碎，磨損大或適用于較低硬度巖石等缺點而不適用于基樁鉆芯法檢測。金剛石鉆頭切削刀細、破碎巖石平穩、鉆具孔壁間隙小、破碎孔底環狀面積小，且由于金剛石較硬、研磨性較強，高速鉆進時、芯樣受鉆具磨損時間短，容易獲得比較真實的芯樣，是取得第一手真實資料的好辦法，因此鉆芯法檢測一般采用金剛石鉆進。但在一些特殊情況下應采取相應的處理措施：①遇松散的混凝土時，需改用合金鉆“燒結法”鉆取，必要時應回灌水泥漿護壁，待護壁穩定后再鉆取下一段芯樣；②為檢測樁底沉渣或虛土厚度，應減壓、慢速鉆進，若遇鉆具突降，應立即停鉆，及時測量機上余尺，準確記錄孔深；③當持力層為中、微風化巖石時，可將樁底0.5m左右的混凝土芯樣、0.5m左右的持力層以及沉渣納入同一回次；④當持力層為強風化巖層或土層時，鉆至樁底后，立即改用合金鉆頭干鉆、反循環吸取法等適宜的鉆芯方法和工藝，鉆取沉渣并測定其厚度。

3、鉆芯法檢測與無損檢測的關系

無損檢測時候發現信號異常提出的疑問，對此，檢測單位往往建議進行鉆芯法檢測作進一步的判斷，因此，鉆芯法檢測結果，對樁基的取舍處理是至關重要。

3.1 鉆芯法檢測與低應變法檢測技術的關系

鉆芯法和低應變法是目前檢測樁身完整性比較常用的兩種方法，各有優缺點，鉆芯法和低應變法相比存在時間長，費用高等不足，鉆芯法檢測樁的數量也不宜過多。低應變法檢測周期短，可以進行普測，但對檢測人員的技術要求較高。也正因為鉆芯法具有直觀性，因此如果在低應變法檢測基礎上對有疑議的樁采用鉆芯法復檢驗證，則能做到準確判斷，也可以積累對比資料，提高低應變法的分析能力。對于超長樁的檢測，二者則都有一定的難度。將兩種方法結果配合使用，可以取長補短，互相驗證，提高檢測結果的準確性。

圖1 3-48#樁低應變曲線

某樁基工程為嵌巖端承樁，采用旋挖成孔灌注方式施工，樁的設計長度為6.00m～28.00m，設計混凝土強度等級為C30，樁端持力層要求為中風化巖fr≥6MPa，其中3-48#樁樁徑為1.40m，設計樁長為10.81m，低應變法檢測結論樁身完整性Ⅲ類，描述為樁底明顯缺陷，根據低應變動測曲線（見圖1），認為樁端有沉渣或者持力層未達到較完整中風化巖。

采用鉆芯法對該樁進行驗證檢測發現1、2號鉆芯孔（見圖2、圖3）

圖2 3-48#樁鉆芯1號孔

圖3 3-48#樁鉆芯2號孔

樁身混凝土部分連續、完整、膠結好，但樁底持力層部分1、2號孔均揭露樁底以下約2m范圍內為強風化巖或較破碎中風化巖，本例體現了鉆芯法檢測是低應變法檢測判定嵌巖樁樁底明顯缺陷強而有力的補充。經過多次對類似低應變曲線進行鉆芯法驗證檢測，均與低應變判定的一致。

某工程地處舊城區，該工程地質狀況復雜，廢舊基礎零散藏于地下。該工程樁基礎為嵌巖端承樁，采用鉆孔灌注方式施工，樁的設計長度為18.00m～40.00m，其中ADK30#樁樁徑為1.00m，設計樁長為19.82m，低應變動測結論為完整性Ⅲ類，描述為約4.2m處明顯缺陷，低應變動測曲線（見圖4）。

圖4 ADK30#樁低應變曲線

采用鉆芯法對該樁進行檢測發現（見圖5）

圖5 ADK30#樁鉆芯孔

樁身4.2m處混凝土部分連續、完整、膠結好，并未發現缺陷，鉆芯法檢測結果與低應變法檢測結果發生了矛盾，經過多次對類似低應變曲線也進行了鉆芯法進行驗證，較大部分鉆芯法檢測結果均與低應變結果的產生矛盾。出現結果不一致的情況可能是該工程地質狀況復雜，對低應法檢測過程中產生較大影響，造成誤判，更有可能是兩種方法各自的局限性而造成的。由于低應變法的測試結果反映的是樁身某個截面的集總特征，對樁的局部嚴重缺陷并不能準確定位；而鉆芯法只能反映鉆孔范圍內的小部分混凝土質量。對于樁身縮徑、局部離析或局部夾泥的情況，當鉆芯未鉆到該缺陷位置時，無法進行判定。當鉆芯過程造成芯樣破碎對樁身離析程度的準確判定也會有影響。所以，對于低應變法測出的樁身局部缺陷采用鉆芯法驗證時，往往難以抽中缺陷。這時，只有增加鉆孔的數量方能準確判定。

3.2 鉆芯法檢測與聲波檢測技術的關系

聲波透射法是利用超聲波在金屬構件中傳播和反射的原理，以探測構件內部缺陷的大小、性質、位置以及材質的某些物理性能的方法，檢測范圍可覆蓋全樁長的各個截面，測試精度高，但需要預埋聲測管，檢測成本也相對較高，且對樁徑有一定的要求，聲波透射法現場操作簡便迅速，不受樁長、長徑比以及場地的限制，通過預埋聲測管可以檢測樁身混凝土的質量及樁底沉渣，精確檢測到樁身混凝土缺陷并且能夠確定樁身缺陷的位置、程度和范圍，其檢測結果準確可靠。但聲波透射法時常因破樁頭施工造成聲波管被挖斷或因管頂的封蓋脫落造成堵管現象，無法正常檢測至樁底，對樁基整體進行判定，此時，常采用低應變法或者鉆芯法補充檢測。

某工程KB176#樁，樁徑1.2m，設計樁長14.32m，聲波透射法曲線（見圖6）

圖6 KB176#樁聲波曲線

曲線圖顯示AC剖面4.20～4.40m明顯缺陷，經過鉆芯法驗證（見圖7），

圖7 KB176#樁鉆芯孔

發現鉆芯孔4.00～4.55m范圍混凝土骨料分布不均勻，粗骨料偏少且4.20～4.50m范圍以砂漿為主，結果表明鉆芯檢測與聲波檢測結果取得很好的一致性。

超聲波雖能確定局部缺陷的位置，但采用鉆芯驗證時，有時也會出現相互不一致的結果。原因主要有：

①超聲波檢測過程中存在漫射、透射、反射，對檢測結果產生一定的影響，可能會造成漏判、輕判、誤判，甚至重判。

②超聲波法只能確定缺陷與聲測管的相對位置，當聲測管不垂直，使得樁頂聲測管平面位置與缺陷處聲測管的平面位置不同時，會使得鉆孔定位不準。

③鉆芯法中鉆孔存在一定的偏斜，當缺陷位置較深時，鉆孔就可能偏離缺陷區。

④對于靠近鋼筋籠附近的局部缺陷，因鉆孔可能出現偏斜使得鉆孔定位不能靠近鋼筋籠，也可能出現驗證不符的情況。

4、鉆芯法檢測的局限性

鉆芯法檢測通過鉆取基樁的混凝土芯樣以及樁端巖土芯樣、鉆芯過程的現象、以及芯樣的抗壓試驗能比較全面、直觀地反映樁身完整性、樁端持力層性狀、沉渣或虛土厚度、樁長以及混凝土強度等級，但也有其局限性，主要存在以下幾個方面。①取芯法檢測的基樁的樁徑一般≥800mm，而鉆取的芯樣直徑一般為101mm，因此檢測的面積與樁身截面積之比≤1/64。對于樁身縮徑、局部離析或局部夾泥的情況，當鉆芯未鉆到該缺陷位置時，無法進行判定。當鉆芯過程造成芯樣破碎對樁身離析程度的準確判定也會有影響。②對于樁底沉渣或虛土或持力層軟弱夾層的厚度和準確判定會有一定的誤差。③對于超長樁，由于樁身和鉆孔的傾斜，可能造成鉆到樁底前偏出樁身，對基樁的評定就不完整。④根據抗壓強度試驗對試件要求，試件有裂縫或其它較大缺陷的不可采用，因此采集的混凝土芯樣試件一般為鉆取出芯樣中較好的芯樣，且選取芯樣塊數有限，代表性不夠理想。

5、結語

鉆芯法是檢測現澆混凝土灌注樁的成樁質量的一種有效手段，不受場地條件的限制，特別適用于大直徑混凝土灌注樁。鉆芯法不僅可以直接觀測灌注樁的完整性，而且能夠檢測樁長、樁底沉渣厚度以及樁底巖土層的性狀，鉆芯法還是檢驗灌注樁樁身混凝土強度的可靠方法，這些檢測內容是其他方法無法替代的。在多種的樁身完整性檢測方法中，鉆芯法最為直觀可靠。但該法的取樣部位有局限性，只能反映鉆孔范圍內的小部分混凝土質量，容易造成一孔之見，存在較大的盲區，容易以點代面造成誤判或漏判。鉆芯法對查明大面積的混凝土疏松、離析、夾泥、孔洞等比較有效，而對局部缺陷和水平裂縫等判斷就不一定十分準確。另外，鉆芯法還存在設備龐大、費工費時、價格昂貴的缺點。因此，鉆芯法不宜用于大批量檢測，而只能用于抽樣檢查，或作為對無損檢測結果的驗證手段。實踐經驗表明，采用鉆芯法與低應變法、聲波透射法聯合檢測、綜合判定的辦法評定大直徑灌注樁的質量，是十分有效的辦法。

參考文獻：

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