钻芯检测技术在基桩工程中的应用

摘要:本文笔者针对钻芯法在基桩结构完整性检测应用中存在的问题,为了能对混凝土桩基工程质量实施快速有效地大范围检测,结合某工程实例,对比静载试验结果,综合考虑桩身完整性、芯样强度、桩底持力层及其它因素,提出了使用钻芯法进行混凝土基桩质量检测的评价方法, 来综合评价桩身完整性,提高判断的准确性。

关键词: 桩基础;钻芯检测法;芯样;抗压强度

前 言

桩基础是建筑工程中较普遍采用的基础型式之一。我国灌注桩工程于1963年始于河南省，之后随着国家基础建设的快速发展，众多的高楼、桥梁、码头等工程陆续开始采用大直径、大深度钻(冲)孔灌注桩的地基基础形式。

桩基工程属地下隐蔽工程，由于桩基施工工艺及复杂的地质条件等，使得灌注桩有时会产生桩身砼离析、峰窝、气孔、粗细骨料分布不均、砼强度偏低、断桩、桩长未达到设计要求或进入持力层、沉渣或虚土厚度不符合设计要求等。而大直径灌注桩一般单桩竖向承载力较高，部分桩不仅受垂直竖向荷载的作用，还受水平力的作用，所以对大直径混凝土灌注桩的精确检验就尤为重要。

然而，桩身结构完整性检查一般多采用低应变动力检测法,尤以反射波法为主,应用波动理论分析桩的完整性,但不够直观,对实测波形复杂情况下有时还要采用其他方法进一步确认基桩的可用性。而钻芯检测技术是采用金刚石岩芯钻探技术和施工工艺,对桩基工程中的基桩,钻取混凝土芯样及桩端持力层性状的检测方法[1]。

1、抽芯检测方案的制定

1)桩基检测桩数的确定方法

检测桩数可参照国家标准《建筑地基基础设计规程》(GB5007-2002)、国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)、国家行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)、广东省行业标准《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)(以下简称《08规范》加以确定，也可结合工程实际情况(如成孔、施工、场地、桩型等)及工程中存在的某些问题，由建设、施工、设计、监理方共同商定所检测的桩基、孔位、桩数。方案确定后，施工方须向检测单位提供工程资料，以指导检测施工。

2)对施工人员及设备的要求

桩基检测受到检测仪器、设备性能、现场试验条件、人员素质诸多因素的影响，为保证检测结果的权威性，需要聘请具有专业资质的检测单位，配备高素质的检测技术人员。检测仪器设备要按规定定期检验、校正，保持仪器的稳定可靠及精确性。

2、芯样钻取

在钻芯法检测中,钻取芯样是第一个环节,采取的芯样质量的好坏直接关系到对整个基桩评价的准确性。钻取的混凝土芯样外观大致有两种情况,一种是形状规则,表面平整光滑;另一种取出的芯样表面粗糙,芯样完整性差,粗骨料与水泥胶结差,甚至难于钻取完整的芯样。产生后一种芯样的原因除了由于基桩本身质量较差外, 还与钻探设备、操作工艺导致芯样完整性差有关。显然,由后者引起的非原状结构的样品测试结果不能代表该桩的混凝土质量,欲保留原状结构则需要一定的钻探设备、技术。因此,在钻探取样过程中,要力求保证芯样的原状性、代表性。

1)钻机的选择和调试

根据《08规范》对钻机的选择和调试的要求主要考虑两个方面的因素,一是动力性能,二是防振措施。一般能满足规程提出的具体参数和要求的钻机都能保证有足够的动力,完成取芯任务。对钻机的防振要求,规程规定\"钻机立轴的径向跳动不应超过0.1mm\"、\"钻机设备安装必须水平、周正、稳固,钻机立轴、天轮中心与孔口应在同一条中心线上\"等。

由于混凝土的抗剪、抗拉能力很弱,在钻芯过程中,如果钻机安装不平稳,容易发生振动和位移,这样不仅影响钻机和钻头的使用寿命,而且使得孔中芯样要承受水平的剪力,容易造成芯样断裂,甚至破碎。同样当钻机立轴径向跳动过大,也会对芯样造成破坏。因此特别是对于长径比大的桩,更应该注意钻机的稳固性, 钻机立轴应经常进行校正,纠正编差,也保证了钻芯孔的垂直度。根据实践经验建议采用150 型和300型的钻机设备,对长桩(超过30m) 多采用300型,这种大钻机动力性能好,自身重量大,稳定性好,高速旋转中钻具不易摆动, 钻芯时平稳,因而对于混凝土扰动较小。

2)钻具和钻头的选择

除了选择一台好的钻机之外,性能优良的钻具和钻头也是必不可少的,这是因为钻具和钻头在取芯的过程中直接与混凝土的芯样接触。钻具与钻头的选择主要根据芯样的尺寸和芯样的原状性的要求。

《08规范》规定:取芯工具宜采用单动性能好,各部件同心度符合要求,管材无伤裂的单动双管钻具。而单管钻具没有内管保护芯样,在钻进过程中芯样随着钻具的转动和振动,造成取出的芯样的平稳,保护芯样。

《08规范》还规定: 钻取的混凝土芯样直径不宜小于100mm,在任何情况不得小于骨料最大粒径的2倍。福州地区混凝土桩大都采用卵石或花岗岩类粗骨料,粗骨料粒径一般4cm左右,个别可达到5cm 以上,因此,芯样直径应不小于80mm,最好为100mm 以上。由于混凝土中的花岗岩粗骨料的强度和硬度较高,这就要求采用人造金刚石薄壁钻头时,其钻头的粒度、浓度、胎体硬度都要适合施工的要求,钻头的胎体不得有肉眼可见的裂缝、缺边、少角、倾斜及喇叭口变形或径向跳动过大。这种钻头出刃小, 回转钻芯平稳,有利于保护芯样,否则不仅降低钻头的寿命,而且会影响钻芯质量。当由于桩身混凝土存在严重离析时,则应及时更换成带钢丝的合金钻头,以打捞破碎芯样,钻穿严重离析位置后,再更换成金刚石钻头。

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