機械磨平法對圓柱體芯樣抗壓強度的影響探索和研究

張德福，林庭富，唐旭

（四川派安建材有限公司三岔分公司，四川 成都 641418）

0 前言

本文案例是空港大道二期工程，為成都天府國際機場場外配套項目，是通往新機場的城市快速路。由北端空白段工程和南端空白段工程兩部分組成，道路主線長度 6385m。其中北端空白段全長 698m，主車道為雙向八車道，設計速度 80km/h，道路紅線寬 160m。南段空白段總長 5687m，起點接機場近期紅線南端頭穿場隧道，終點接機場南高速。其中南段空白段分為地鐵共建段 387m（細分為與地鐵結構共墻段、結構分離段、船槽段）、地面段 5300m（細分為船槽終點至機場遠期紅線段 3291m，道路紅線寬度 80m；機場遠期紅線至機場南高速段 2009m，近期實施寬度 65m，遠期控制寬度 80m）。包含主線道路工程（6385m）、橋梁工程（含由 8 座大橋和 5 座中橋組合的 3 層樞紐式互通立交橋 1 座，主線全長 1290m；北端高架橋 368m；北端連線橋 55m；橋涵 10 座）、隧道工程（387m）、交通工程、綠化景觀工程（面積約 98 萬 m2）、照明工程、給排水工程（含噴淋系統）、電力工程、通信工程、消防工程、通風工程、強弱電工程、高低壓變配電工程（含箱變 5 座）、監控工程、燃氣通道工程、改河改溝工程（長度約 2km）以及配套工程等。

其中北端高架橋 368m，設計 120 多根樁。108 根左右是 15m 深的樁基，強度等級是 C35 水下；其余 12 多根靠近北端連線橋，深度是 30m，強度等級是 C35 水下。

1 混凝土攪拌站自檢立方體標養試塊的強度

北端高架橋區間第一批樁基，直徑 1.5m，深度 15～18m 不等，每一根樁混凝土需求量為 26～35m3。從 2020 年 7 月 23 日澆筑第一根樁 ZF2a-0# 開始，依據 GB/T 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》試塊留置辦法和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學性能試驗方法標準》抗壓強度試驗方法，截止 2020 年 8 月 30 日，出廠檢驗留置 28 組 7d 強度試塊和 28 組 28d 強度試塊的立方體標準試件強度已檢測出來，如表 1。

表1 出廠檢驗標準試件的 28d 強度值 MPa

根據表 1 數據，強度均達到設計要求。制定強度偏差直方圖（圖 1）。通過圖 1 可知，混凝土強度分布基本服從正態分布，質量在可控范圍內，強度雖有波動，仍處于穩定狀態。

圖1 強度偏差直方圖

2 實體鉆芯強度

2.1 樁基鉆芯由來

2020 年 8 月 20 日，我方接到施工方電話，由第三方檢測單位檢測出的一組現場制作的立方體試塊強度偏低，對應樁基是 ZF2a-0#。針對這個情況，總包單位約我方到項目會議室開專題分析會和商討解決方案。

會議認為現場制作立方體標準試件，強度偏低有以下原因：

（1）實際取樣未在 1/4～3/4 處取，樣品的代表性不強。

（2）取樣后未進行有效翻拌，入試模后骨料少。

（3）針對試塊制作不規范，采用實體抽芯檢測實體強度。

2.2 樁頭鉆芯

由于深鉆的設備不能及時到達現場，遂先用地面鉆芯機鉆該樁基的上部 80 公分的樁頭，鉆取平均直徑為 100mm 的芯樣，鉆芯后的芯樣顏色鮮亮，無夾泥現象，無漏骨無孔，芯樣外觀見圖 2。

圖2 樁頭芯樣外觀

鉆取出來的芯樣在一家石材經營店按 1:1 進行切割，切割后直接試壓，結果見表 2 和圖 3。

表2 樁頭芯樣強度直接試壓記錄 MPa

圖3 樁頭芯樣抗壓強度圖

針對本次結果，召開碰頭專題分析會議，與會各方認為：

（1）樁頭強度普遍不足。

（2）樁頭均質性還可以。

（3）樁頭本身是輕物質上浮，抗壓強度要比中下部低。

（4）采用鉆通方案，再看中下部強度。

2.3 深鉆取芯

采用地質鉆探的鉆芯機，經過 24 小時連續鉆芯，鉆取該樁基 7～8m 處，鉆取平均直徑為 78.20mm 的芯樣。鉆芯后的芯樣顏色鮮亮，無夾泥現象，無漏骨無孔洞，芯樣外觀見圖 4。按 1:1 切割大量芯樣，做抗壓強度破壞試驗，數據記錄見表 3。

圖4 深鉆芯樣外觀

表3 7～8m 處芯樣強度直接試壓記錄 MPa

針對本次結果，召開碰頭專題分析會議，施工方認為：

（1）樁基實體強度不夠，達不到設計要求。

（2）按單個樁推定實體強度，是最低值作為推定值。

作為商砼站，筆者提出以下芯樣不規范處和后期處理辦法：

（1）切割了這么多芯樣，大部分芯樣端面，即受壓面，有不平整現象，導致相鄰的兩個芯樣數據都差別較大。

（2）依據 JGJ/T 384—2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》條文說明中的 5.0.4“對芯樣試件端面加工提出要求。鋸切后芯樣的端面感官上比較平整，但一般不能符合抗壓試件的要求”。

（3）再依據 JGJ/T 384—2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》正文中的 5.0.4 第 1 條，“抗壓芯樣試件的端面處理，可采取在磨平機上磨平端面的處理方法，也可采用硫黃膠泥或環氧膠泥補平，補平層厚度不宜大于 2mm”。

（4）對大概同深度的芯樣，對端面進行磨平處理后在進行試壓，看數據強度。

（5）施工方同意此方案。

2.4 圓柱體芯樣磨平和補平處理

通過以上方案，采購了 HMP-150 磨平器（輸入功率 20kW，尺寸 (500×400×700)mm3，重量 55kg）和 HBP-100 補平器（底模 80/100mm，補平后平整度為 100mm 長度內部超過 0.1mm）。設備外觀見圖 5。

圖5 磨平器和補平器

設備采購回來后，對剩余 11 個芯樣做以下方案處理：芯樣 1～8 采用機械磨平，9～11 采用硫黃膠泥補平。圖 6 是機械磨平，圖 7 是硫黃膠泥補平。

圖6 機械磨平

圖7 硫黃膠泥補平

2.5 機械磨平和補平的圓柱體芯樣強度

磨平和補平處理后的芯樣送到第三方檢測單位做抗壓強度試驗，強度數據見表 5。

表4 磨平和補平后圓柱體芯樣抗壓強度記錄 MPa

圖8 磨平和補平的圓柱體芯樣抗壓強度圖

針對本次結果，匯合施工方、召開碰頭專題分析會議，對本次端面處理的芯樣抗壓結果，做如下總結：

（1）芯樣全部達到設計強度，最低值達到 105.14%。

（2）綜合全部數據，平均值和立方體標準試件強度，相差不大。

（3）樁基本身是豎向結構，構件組成的混凝土拌合物在逆上過程中，造成組份不均勻存在。

3 結論

（1）鋸切后芯樣一般不能符合抗壓試件的要求。

（2）經營石材加工的平臺鋸切機，由于鋸片很大，切割出來端面蹭刮棱角較多，多數邊緣不整齊。

（3）直接鋸切后芯樣用壓力機壓出來的結果，比端面處理后的抗壓強度降低 10%～30%，在本案例中平均降低了 23.5%。