鉆芯法在建筑樁基檢測中的應(yīng)用優(yōu)化研究

文／王均奇、許世琦 山東省魯建建筑工程檢測有限公司 山東濟南 250031

引言：

鉆芯法是利用專用鉆機在混凝土結(jié)構(gòu)中進行取樣，利用抗壓試驗等方式檢測混凝土強度，或是觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量。在檢測樁身強度、混凝土抗壓強度、樁身缺陷及樁底沉渣厚度方面，都具有直觀性優(yōu)勢，同時還能夠較為準(zhǔn)確的評定樁底持力層巖土性質(zhì)是否能夠滿足設(shè)計要求。在當(dāng)前建筑工程、橋梁工程、水利工程等項目質(zhì)量檢測中，鉆芯法都具有廣泛應(yīng)用，具有直觀性強、檢測結(jié)果準(zhǔn)確等特征，但也存在會對樁身產(chǎn)生一定破壞、無法同時靜載試驗，缺陷漏判風(fēng)險較大等方面問題，因此在檢測作業(yè)時，必須要嚴格依照規(guī)范要求進行操作，確保檢測結(jié)果精準(zhǔn)性，為樁基質(zhì)量評定提供精準(zhǔn)參考。

1.工程概況

某房建工程項目施工中，采用鉆芯法檢測混凝土樁的樁長、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度及樁身完整性，判定或鑒別樁端持力層巖土性狀。前期地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，地質(zhì)類型包括雜填土、黃土樁粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、碎石、膠結(jié)碎石、中風(fēng)化閃長巖、全風(fēng)化泥灰?guī)r、強風(fēng)化泥灰?guī)r、強風(fēng)化石灰?guī)r、中風(fēng)化石灰?guī)r等。

為全面檢測樁基質(zhì)量，為后續(xù)施工作業(yè)提供參考，采用鉆芯法進行檢測。樁基抽樣基數(shù)為183 根，抽樣數(shù)量為19 根。檢測結(jié)果顯示，確定所測19 根受檢樁身完整性為：I 類樁13 根，Ⅱ類樁6 根；樁底沉渣厚度滿足設(shè)計要求；確定所測樁172#的樁端持力層符合設(shè)計要求，其余18根樁樁端持力層巖芯破碎～極破碎，采取率低，不符合設(shè)計要求。

2.建筑樁基檢測中鉆芯檢測工藝流程

2.1 試樁清理

鉆芯檢測作業(yè)實施前，應(yīng)當(dāng)做好試樁清理工作，盡量減少現(xiàn)場環(huán)境對取樣效果的影響，確保檢測結(jié)果精準(zhǔn)性。根據(jù)建筑物類型、施工圖紙及現(xiàn)場情況，確定合適的抽樣數(shù)量及分布位置，確保所選取的樁基具有一定代表性，同時還需要考慮現(xiàn)場施工便利性及安全性要求。在確定鉆芯數(shù)量后，依照建筑工程質(zhì)量檢測規(guī)范，合理確定鉆進取芯深度。通常情形下，關(guān)鍵部位和較為容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的部位，應(yīng)當(dāng)在考慮材質(zhì)和設(shè)計要求等要素下，合理增加鉆芯數(shù)量和深度。在確定鉆進數(shù)量、部位及深度等參數(shù)后，將現(xiàn)場清理到位，選擇合適的樁體進行試樁，并做好對應(yīng)的記錄，為正式鉆進檢測提供參考。

2.2 鉆孔設(shè)備安裝

在鉆孔作業(yè)前，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)規(guī)范要求和現(xiàn)場情況，確定合適的鉆進直徑，選擇合適的鉆孔設(shè)備。通常情形下，鉆孔直徑有56mm、75mm 和91mm 等規(guī)格，更大的鉆孔直徑，能夠提供更多的巖心材料樣本，提升分析結(jié)果準(zhǔn)確性，但由此也會帶來操作難度和成本增加等方面問題[1]。通常是選用轉(zhuǎn)速大、振動小、液壓操縱和大扭矩的高速鉆機，并在此基礎(chǔ)上，依照相關(guān)規(guī)定選擇合適的鉆頭裝置，確保鉆芯樣品與樁身質(zhì)量保持一致。鉆孔設(shè)備安裝應(yīng)當(dāng)確保垂直軸、天車滑輪中心與孔口中心保持在同一鉛錘線線上，確保垂直度和穩(wěn)定性，保持基面水平。在安裝作業(yè)時，將底座調(diào)平，確保安裝穩(wěn)固性，防止鉆具運動而降低壽命。在選擇鉆孔設(shè)備是，還應(yīng)當(dāng)確保鉆桿剛性，避免由于孔內(nèi)回轉(zhuǎn)及復(fù)雜受壓條件影響，導(dǎo)致鉆桿發(fā)生撓曲運動而出現(xiàn)鉆孔彎曲現(xiàn)象。

2.3 鉆探取芯

鉆探取芯是影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，在鉆進過程中必須要采取有效措施做好鉆進控制，確保取芯結(jié)果符合規(guī)范要求。首先是要合理確定鉆進技術(shù)參數(shù)，根據(jù)鉆孔直徑確定轉(zhuǎn)速、壓力及水量等參數(shù)，同時還需要合理確定沖洗液類型。通常情形下，在孔壁較為穩(wěn)定情形下，可以選擇清水作為沖洗液。其次是要將鉆芯孔傾斜率控制在0.5%以內(nèi)，確保鉆芯部位準(zhǔn)確性，并盡量避免對樁體質(zhì)量產(chǎn)生影響。如在鉆進中出現(xiàn)鉆孔偏離現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)立即停止作業(yè)并查找原因，直至問題解決后再繼續(xù)鉆進。再次在鉆進作業(yè)過程中，應(yīng)當(dāng)確保鉆孔內(nèi)保持持續(xù)性的水循環(huán)，水壓設(shè)定合理，確保能夠?qū)⒖變?nèi)的巖粉徹底排出。在鉆進至樁端部位的持力層結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)采取提鉆或合適措施，確保能夠利用一次鉆進作業(yè)準(zhǔn)確反映樁端接觸帶的持力層性狀，做好回水含砂量、回水顏色及鉆進速度等方面記錄。最后是在鉆進作業(yè)中，出現(xiàn)鉆具突然下落或其他異常情形時，應(yīng)當(dāng)依照實際情況記錄問題發(fā)生的位置、程度、沉渣厚度等，做好后續(xù)分析。

在提鉆作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)同時利用均勻的水泥漿進行回灌。提鉆完成后，將鉆頭和擴孔器拆除，但應(yīng)避免大力敲打方式進行處理，避免造成所取的芯樣受損，或是某些性能參數(shù)變化，導(dǎo)致檢測結(jié)果不夠精準(zhǔn)。

2.4 現(xiàn)場取樣

現(xiàn)場取樣需要根據(jù)實際情況確定取樣數(shù)量，通常情形下，應(yīng)當(dāng)在依據(jù)樁基質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合樁長設(shè)定合適的取樣數(shù)量。如樁基長度在10m 以下，可以在上下半部各取兩組芯樣，每組連續(xù)制取三個芯樣試件。樁長在10m～30m 之間的，應(yīng)當(dāng)在上中下各個部位，分別制取三組代表性芯樣。如樁長超過30m，或者是芯樣均勻性較差時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況，適當(dāng)增加取樣數(shù)量[2]。將芯樣從取樣器中推出時，應(yīng)當(dāng)保持平穩(wěn)、作用力均衡，避免造成試樣受彎或受拉現(xiàn)象。芯樣取出后需要使用符合規(guī)范要求的芯樣箱進行保存，并使用塑料薄膜進行完整包封，避免由于水分蒸發(fā)而對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。芯樣在保存和運輸過程中，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)受壓、震動、直曬及受凍現(xiàn)象，避免出現(xiàn)失水或吸水等現(xiàn)象，以此確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確性。以本工程項目為例，某樁號鉆芯法檢測芯樣綜合柱狀圖如圖1 所示。

圖1 某樁號鉆芯法檢測芯樣綜合柱狀圖

2.5 芯樣制作

芯樣制作的參數(shù)設(shè)定，對檢測結(jié)果準(zhǔn)確性有較為顯著的影響，同時在制作過程中，還由于誤差因素存在，導(dǎo)致檢測結(jié)果不夠精準(zhǔn)，因此必須要嚴格依照規(guī)范要求進行制作，以實現(xiàn)對建筑樁基質(zhì)量的精準(zhǔn)評估。芯樣制作時，首先應(yīng)當(dāng)確定平均直徑、高徑比、垂直度、平整度等方面要求，確保在加工后，芯樣試件高度應(yīng)當(dāng)大于平均直徑的0.95倍，同時還應(yīng)當(dāng)將試件端面與軸線形成的角度控制在2°以內(nèi)，避免由于偏差較大對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。

結(jié)合相關(guān)研究及工程實踐，在芯樣制作中，較為容易出現(xiàn)如下幾種誤差現(xiàn)象，對芯樣抗壓試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。一是系統(tǒng)誤差，如所選取的取樣部位、樣本數(shù)量較少、鉆孔設(shè)備本身誤差等，都會導(dǎo)致制作的芯樣本身存在一定誤差。在樁基檢測中，系統(tǒng)誤差是必然存在的，只能采取一定的措施進行降低誤差而無法完全消除。二是隨機誤差，這是對樁基檢測結(jié)果精準(zhǔn)度影響最大的誤差，例如在所鉆去的芯樣內(nèi)存在鋼筋，在鋼筋距端面距離較小時，必然會導(dǎo)致芯樣被劈裂破壞。例如在芯樣中存在直徑較大的粗骨料，或者是有氣孔、裂縫等缺陷時，也會導(dǎo)致抗壓試驗結(jié)果與實際情況存在較大偏差[3]。三是鉆芯工藝及芯樣制作中的誤差，例如在鉆芯過程中，鉆機底座固定不到位，在操作時出現(xiàn)振動過大現(xiàn)象，會導(dǎo)致芯樣存在較大缺陷而影響結(jié)果準(zhǔn)確性。因此在芯樣制作時，應(yīng)當(dāng)采取合理措施控制誤差，在出現(xiàn)誤差過大時，必須要在現(xiàn)有取芯位置以上10cm 處重新取樣，并重新制作芯樣，以確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確性。

芯樣制作完成后，還應(yīng)當(dāng)依照規(guī)范要求做好養(yǎng)護，并進行編號，避免由于養(yǎng)護處理與現(xiàn)場情況存在偏差，或是編號混亂導(dǎo)致檢測結(jié)果錯誤。

2.6 抗壓試驗

抗壓試驗應(yīng)當(dāng)依照規(guī)范要求選擇合適的試驗設(shè)備，在圓柱體芯樣類型的構(gòu)件進行抗壓強度試驗時，需先使用游標(biāo)卡尺測量芯樣高度和直徑，確保高徑比在0.95～1.05之間，平整度公差應(yīng)當(dāng)能夠控制在芯樣直徑0.00005 倍以內(nèi)，同時將承壓面擦拭干凈，以此才能夠有效規(guī)避檢測誤差。在各項準(zhǔn)備工作完成后，將芯樣放置在試驗機前，將上下墊板清理干凈，將芯樣放置在試驗機下點板的圓心部位，確保軸心保持對齊。試驗機開啟后，芯樣與試驗機墊板逐漸接觸，開始時可以采用較大的加載速度，在觀測到顯示曲線有顯著上升時，應(yīng)當(dāng)及時減緩加載速度，直至達到破壞狀態(tài)為止[4]。在初始加載過程中，加載速度無波動現(xiàn)象，在加載到一定力值時，芯樣會由于細微裂縫出現(xiàn)而出現(xiàn)聲響。在后續(xù)加載過程中，兩側(cè)裂縫會逐漸向中間延伸，至整個裂縫完全貫通，有材料脫落情形下，試驗結(jié)束。

3.鉆芯檢測標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果分析

3.1 檢測標(biāo)準(zhǔn)

在建筑樁基檢測中，應(yīng)當(dāng)采用單根受檢樁檢測結(jié)果進行成樁質(zhì)量評價，如有下列任一情況發(fā)生時，則判定該受檢樁質(zhì)量不滿足設(shè)計要求：

（1）混凝土芯樣試件抗壓強度值達不到設(shè)計強度等級；

（2）樁長或樁底沉渣厚度達不到設(shè)計要求；

（3）樁底持力層巖土性狀（強度）或厚度達不到設(shè)計要求。依照相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)檢測結(jié)果將樁身完整性劃分為四個級別，Ⅰ類樁樁身完整；Ⅱ類樁樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮；Ⅲ類樁樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響；Ⅳ類樁樁身存在嚴重缺陷。

3.2 結(jié)果分析

以本工程項目為例，受檢樁施工樁長介于19.88m～至24.56m 之間，鉆孔深度介于24.8～29.5m 之間，檢測樁長介于19.8～24.5m之間，沉渣厚度介于1～3cm之間。檢測結(jié)果中樁身完整性為Ⅱ類的受檢樁持力層，主要存在巖心呈塊狀、較破碎、采取率低、下部呈短柱狀等問題。

4.鉆芯法在建筑樁基檢測中的應(yīng)用要點

4.1 鉆芯法應(yīng)用中的問題

4.1.1 芯樣受損

鉆芯法作業(yè)過程中，受多方面因素影響，會導(dǎo)致芯樣受損而對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。例如鉆進施工技術(shù)不合理，沒有做好施工方案設(shè)計，在施工中出現(xiàn)操作不當(dāng)，導(dǎo)致芯樣無法滿足檢測要求。例如鉆機設(shè)備安裝質(zhì)量控制不到位，底座部位沒有完全固定或水平度不足，在鉆進作業(yè)時出現(xiàn)水平振動現(xiàn)象，或是離心力偏大，進而導(dǎo)致芯樣無法滿足檢測要求。例如所選用的鉆頭硬度不足或鉆桿剛度不足時，也會導(dǎo)致研磨性較差，甚至是無法鉆進現(xiàn)象，芯樣受損嚴重。

4.1.2 鉆進遇阻或傾斜

在鉆進作業(yè)中，還會出現(xiàn)不同程度的阻力或傾斜現(xiàn)象，也會導(dǎo)致芯樣無法滿足檢測要求，或者是檢測結(jié)果不夠精準(zhǔn)等現(xiàn)象。例如在鉆進作業(yè)過程中，會伴隨有跳震或金屬切割的聲音，這種情況通常是遇到鋼筋，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況采取合適的處理措施。在鉆進過程中，如遇到骨料粒徑發(fā)生顯著變化，或是較為松散，有較大孔洞現(xiàn)象時，也會導(dǎo)致鉆頭壓力明顯波動，進而出現(xiàn)較大偏離現(xiàn)象。

4.1.3 穿孔及孔內(nèi)事故

在鉆芯法作業(yè)過程中，如在鉆孔中出現(xiàn)2 個或以上孔位，則有可能會出現(xiàn)多孔鉆通現(xiàn)象，導(dǎo)致芯樣呈半側(cè)半月樁，無法滿足后續(xù)檢測要求[5]。同時在鉆進作業(yè)過程中，由于鉆進工藝設(shè)計不合理，還會出現(xiàn)燒鉆、卡鉆、或者是埋鉆等現(xiàn)象，在處理不到位情形下，會導(dǎo)致孔內(nèi)落入金屬塊、芯樣破碎片等現(xiàn)象，導(dǎo)致芯樣受損，無法滿足后續(xù)檢測取樣要求。對于這些方面問題，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況做好及時調(diào)整，確保芯樣能夠符合檢測規(guī)范要求，確保檢測結(jié)果精準(zhǔn)性。

4.2 鉆芯法的應(yīng)用要點

4.2.1 鉆孔過程控制

對于芯樣受損現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)采取如下處理措施：根據(jù)混凝土強度合理調(diào)整鉆頭壓力，合理控制初次轉(zhuǎn)速，在正常鉆進時再保持高轉(zhuǎn)速鉆進。同時還需要做好鉆機固定，避免出現(xiàn)較大擺動現(xiàn)象，選擇合適的鉆頭、鉆具，根據(jù)鉆頭大小合理控制清水量，以有效避免芯樣受損。對于鉆進過程中出現(xiàn)的遇阻現(xiàn)象，首先要及時停止鉆進，更換原有鉆頭。同時判斷鋼筋所處位置，如是在樁體上部位置，則應(yīng)當(dāng)及時進行回灌，并重新定位開孔位置進行檢測。如鋼筋分布于樁體下部位置，則需要及時調(diào)整鉆機垂直度，將鋼筋避開。如鋼筋分布于樁體底部位置，則需要采用多節(jié)鉆管拼接方式，鉆進底部位置，才能將芯樣提出。對于鉆進過程中出現(xiàn)的垂直度偏差較大現(xiàn)象，同樣應(yīng)當(dāng)先采取停機方式進行處理，確定偏斜度是否在允許范圍內(nèi)，如超出允許范圍，則應(yīng)當(dāng)采取重新定位進行取樣方式進行處理。針對鉆進過程中出現(xiàn)的穿孔現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)先停止鉆進作業(yè)，檢查鉆桿垂直度、平穩(wěn)度等是否符合要求，如出現(xiàn)偏差較大情形，應(yīng)當(dāng)將半月芯樣部位用混凝土回填，重新調(diào)整孔位并確保垂直度等達到設(shè)計要求[6]。針對卡鉆、燒鉆等現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)先使用輪滑組+升降機等方式，將鉆具強力提升出來，或者是使用卡管器等將脫落的鉆具撈取出來。如孔內(nèi)還遺落有其他設(shè)備或是雜物，則應(yīng)當(dāng)利用油壓鉆機將設(shè)備頂拔出來，使用磁鐵將雜物撈取出來，之后再采取合適方式進行處理。

4.2.2 安全操作規(guī)范

在鉆芯操作過程中，為確保作業(yè)安全有序推進，還應(yīng)當(dāng)做好現(xiàn)場安全管理，避免出現(xiàn)不必要的安全事故。首先是在作業(yè)活動開展前，要做好安全教育，確保所有參與人員都能夠明確鉆進過程中可能存在的安全隱患，提升安全意識，所有操作人員都應(yīng)當(dāng)佩戴合適的勞動防護用品，嚴格依照流程要求進行操作，無關(guān)人員不得進入作業(yè)現(xiàn)場。。其次是在鉆進作業(yè)開展前，應(yīng)當(dāng)做好設(shè)備安全檢查，確保設(shè)備性能保持良好運行，避免由于設(shè)備運行隱患帶來安全事故。再次是在鉆進過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況隨時調(diào)整鉆速，如出現(xiàn)鉆進遇阻或鉆具突然滑落等現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)立即停止鉆進，并在做好記錄后，及時采取下一步處理措施。最后是在鉆進作業(yè)中產(chǎn)生的廢水及廢氣等，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過處理后才能進行排放，減少對周邊環(huán)境的污染，確保生產(chǎn)作業(yè)符合建筑現(xiàn)場管理要求。

4.2.3 異常取樣處理

在樁基施工過程中，由于設(shè)計及施工等各個環(huán)節(jié)影響因素差異，由于檢測時所需要的樁基資料不同，在進行檢驗時，也會出現(xiàn)不完全取樣現(xiàn)象，對最終取芯質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如在樁基前期施工作業(yè)中出現(xiàn)施工質(zhì)量控制不到位，或是在澆筑作業(yè)中出現(xiàn)夾渣、斷樁等現(xiàn)象，也會導(dǎo)致芯樣不完整，無法實現(xiàn)對樁基質(zhì)量的精準(zhǔn)檢測。針對這種情況，應(yīng)當(dāng)對不完全樣本進行分析，如樣本數(shù)量與質(zhì)量控制目標(biāo)存在較大偏差，就需要在此基礎(chǔ)上增加抽樣次數(shù)，以有效確保評估結(jié)果準(zhǔn)確性，為整體質(zhì)量評估提供參考[7]。同時在鉆芯取樣過程中，還要求操作人員具備良好的技術(shù)操作水平，能夠嚴格依照規(guī)范要求進行操作，依照現(xiàn)場取芯條件，適當(dāng)增加鉆孔孔數(shù)，精準(zhǔn)定位鉆孔位置，以此才能夠準(zhǔn)確反映樁體質(zhì)量，準(zhǔn)確判斷樁體完整性。在鉆芯作業(yè)開始前，應(yīng)當(dāng)全面檢查設(shè)備性能和狀態(tài)，確保設(shè)備保持良好運行狀態(tài)。

結(jié)語：

鉆芯法能夠較為直觀、準(zhǔn)確的判斷樁基質(zhì)量，為后續(xù)工程施工組織提供參考依據(jù)，在鉆進作業(yè)過程中，必須要嚴格依照流程進行操作，及時準(zhǔn)確做好現(xiàn)場記錄，有針對性處理現(xiàn)場作業(yè)問題。在確保取芯質(zhì)量基礎(chǔ)上，采用合理方式進行檢測，以此才能夠更為全面精準(zhǔn)的做好試件檢測，準(zhǔn)確評估樁基質(zhì)量，為建筑工程項目質(zhì)量管理提供參考依據(jù)。