灌注桩桩径及长径比对基桩钻芯法检测的影响分析.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7灌注桩桩径及长径比对基桩钻芯法检测的影响分析陈荣杰（广东科致检测技术服务有限公司，广东 广州 510700）【摘要】为解决灌注桩基桩钻芯法检测环节存在的长径比过大尧偏孔频发问题袁规避由此引发的检测质量下降困境袁提升混凝土灌注桩基桩强度及完整性袁进行了系统深入的探究遥首先简要介绍案例工程概况袁其次借工程试验契机对灌注桩桩径尧长径比及钻芯法检测质量的相关性进行研究袁最后发现增大桩径有助于提升钻芯法检测成功率袁长径比的上升则会影响钻芯法检测质量袁加剧钻头偏出风险遥 在此基础上归纳可行的基桩钻芯法检测优化方法袁提出了科学编制检测方案尧安装钻杆扶正器等建议遥【关键词】灌注桩曰桩径曰长径比曰钻芯法检测【中图分类号】TU473.16【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0103-030 引言混凝土灌注桩是当前建筑工程中较为常见的基桩类型，就位成孔灌注施工形成的灌注桩，单桩承载力大且挤土效应小，能够较好地适应各种工程应用场景。在灌注桩质量检测中，钻芯法检测有十分关键的地位，操作环节需要使用专用钻机设备，从满 28 d龄期的基桩结构，或是预留的同条件养护试块中钻取芯样，对芯样进行多项参数检测，最终得到桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度、桩身完整性等评估结果，为子项目验收和后续施工组织提供依据。钻芯法拥有直观、可靠的优势，因此得到了公路、桥梁、住宅等诸多建筑工程的青睐。但钻芯法在实际施工中也存在一定问题，如灌注桩长径比过大，钻孔垂直度难以保障、偏孔甚至无法钻至桩底1等情况时有发生，很容易影响质量评定全面性和可靠性，有必要对其进行技术探究和优化把控。1 案例工程概况为直观说明灌注桩桩径及长径比对基桩钻芯法检测的影响，本文引入某工程施工案例辅助阐述。案例工程总占地面积为 129 360.5 m2，包括两幢商业用楼，1#楼主楼 32 层，裙楼 6 层，另设地下室 2 层，重要性等级一级，建筑桩基设计等级为甲级；2#及 3#楼设 1 层连体满铺地下室，重要性等级为二级，建筑桩基设计等级为乙级，两幢楼基底占地总面积达到了 4 352.71 m2。从岩土勘查报告上看，现场地质分层淤耀俞层分别为杂填土、粉土、淤泥质土夹砂、中砂、淤泥质土、粉质黏土、中砂、卵石和强风化花岗岩。工程采用冲孔灌注桩+预应力高强度混凝土（pre谣stressed high谣strength concrete,PHC）复合桩基形式，其中，1#楼冲孔灌注桩设计桩径为 1 100 mm，桩长 28.31耀40.56 m；2#楼同样为冲孔灌注桩，设计桩径为 900 mm，桩长 19.57耀40.68 m；3#楼为 PHC 管桩，设计桩径为 600 mm，桩长 23.77耀43.11 m；地下室部分同样使用冲孔灌注桩，设计桩径为 800 mm，桩长 22.69耀41.97 m。按照 建筑基桩检测技术规范（JGJ 1062014）（简称 规范），钻芯法检测灌注桩质量时，需要重点关注长径比问题，受检基桩的长径比通常不宜超过 30，桩径通常不宜小于 800 mm。案例工程所采用的基桩中，桩径均符合 规范 要求，但长径比却稍大于推荐数值，后期钻芯取样时，很可能发生钻芯孔偏离、无法达到桩底的状况，需要借助试验进行分析验证。2 灌注桩桩径及长径比对基桩钻芯法检测的影响2.1 理论最小取样长度计算阻碍灌注桩通长取芯的因素较多，常见的主要包含以下 3 种（图 1）：淤钻芯孔倾斜，多与钻机就位安装不当，钻动过程中底座出现偏移有关，钻芯孔垂直度偏差通常超过了 规范 所述的 0.5%，最终导致钻芯孔难以到达桩底。于灌注桩桩身倾斜，规范 中对灌注桩垂直度偏差同样做出了明确要求，通常不能超过 1%的限值，若超出允许上限，即便钻芯孔垂直度控制再严格，也很容易偏出桩外。盂灌注桩和钻芯孔垂直度偏差均在允许范围内，但二者的空间位置关系较为特殊，从断面上看属于反向倾斜，此时二者的偏差夹角 琢+茁 较大，若灌注桩本身的长径比过大，就会加剧钻芯孔偏出风险2。本次工程中使用 XY谣2B 型钻机，钻机本身采用液压控制系统，试验发现其立轴径向跳动可以控制在 0.1 mm 以内，同时配备扩孔器、卡簧等钻具。本次工程严格控制了灌注桩设置偏差和钻芯孔垂直度偏差，因此计算环节仅考虑第 3 种情况。通过计算得到建筑 节能103LOW CARBON WORLD 2023/7序号 桩径/mm 长径比理论最小取样长度/m实际取样长度/m未钻至桩底桩数/根180028.3638.5738.61231.5436.5235.4233.8932.7030.21290026.5437.7538.95131.7936.2036.4732.5635.8933.2131 10025.4649.7550.90030.7845.6647.2732.7639.8341.66表 1 案例工程钻芯法检测情况汇总钻芯孔垂直度偏差允许范围内理论可达到的最小取样长度，并与实际取样长度进行对比。假设灌注桩为一理想圆柱体，顶面和底面圆心分别为 O、O，且直径为 D，灌注桩长度为 L，灌注桩倾斜率为 k1，钻芯孔倾斜率为 k2。当发生钻芯孔偏心问题，且原因为钻芯孔与桩身反向倾斜时，钻芯法钻取的长度最小，计算公式如下：12 k1依k2min=12 （k1依k2）。（1）2.2 试验设计及结果分析试验设计环节，选择了 3 种桩径规格，每个组别中设置 3 种不同长径比的灌注桩，根据长径比确定具体的 k1、k2取值上限，并计算得到理论最小取样长度，与实际取样长度对比（表 1）。结果发现 1、2 号共6 个试验组别中，共有 3 个组别未钻至桩底，表现为实际取样长度小于理论最小取样长度。分析后发现这种状况可能受到钻芯孔开孔位置影响，也可能受到桩身横截面形状规则性影响。由于工程中使用的灌注桩承载力较高，钢筋笼外部保护层厚度较大，因此钻芯环节钻头很可能在钢筋笼影响下出现钻头方向偏转的情况。再加上桩身横截面并不规则，纵向尺度上很可能发生钻芯孔局部垂直度偏差过大的状况。但从数据汇总情况看，实际取样长度随桩径的增大而增加，在灌注桩桩径为 900 mm 和 1 100 mm 的试验组别中，即便出现了长径比稍大于 30 的情况，钻芯取样环节钻头仍旧可以钻至桩底。而在桩径为800 mm 的组别中，仅有长径比低于 30 的灌注桩能够钻至桩底。在桩径相同的前提下，长径比与理论最小取样长度、实际取样长度则呈现负相关关系，长径比越大，理论取样长度、实际取样长度越短，钻芯成功率越低。基于此，在实践过程中要科学开展灌注桩的检测工作，对于桩径较大的灌注桩，可以适当放松长径比限制3，对于桩径较小且长径比超过 30 的灌注桩，推荐使用其他方式，如低应变法、高应变法、声波投射法等进行检测，以确保检测结果的可靠性和真实性。3 提高灌注桩基桩钻芯法检测质量的策略方法3.1 科学编制检测方案从上述分析中可以得知，钻芯法应用于灌注桩基桩检测时，对于基桩桩径、长径比有较高要求，当基桩桩径偏小，且长径比超过 30 时，钻头偏出风险会明显上升。基于此，实践过程中必须科学编制检测方案，根据基桩尺寸确定钻芯作业方法。对于必须采用钻芯法检测的长斜基桩、长基桩，可以适当调整开孔位置，调节钻芯倾角，进而缩小整体倾角系数，确保钻头正常钻入桩底。调整前可以使用测斜仪检测孔洞的水平偏移量，综合偏孔取得的芯样长度计算出偏孔角度（图 2），进一步推算出桩身倾角4，计算公式如下：茁=arctanD2-啄-b-d-cl2-c2姨晌尚上上上上上上上上裳捎梢梢梢梢梢梢梢梢。（2）式中：茁桩身倾角；啄基桩保护层厚度；b钻芯孔与桩中心的距离；c钻芯孔水平偏移量；d钻芯孔直径；l偏孔处取得的芯样长度。h偏孔问题发生时的钻孔深度；H桩长；D桩径；b钻芯孔与桩中心的距离；琢钻芯孔垂直偏差角度；茁桩身垂直偏差角度。图 1 钻芯孔倾角与桩身倾角关系a.钻芯孔倾斜b.桩身倾斜c.钻芯孔与桩身反向倾斜Hh琢b茁DHh琢b茁DHh琢b茁D建筑 节能104LOW CARBON WORLD 2023/7在计算得到桩身倾角的基础上，搭建出二维、三维分析模型，并对应模型确定开孔位置调整方法、钻芯角度调整方法。部分情况下还可以同时调整钻芯角度和开孔位置，以达到缩小倾角系数、保证钻芯法检测质量的目的。注意钻芯法检测是较为典型的半破损检测手段，在取得芯样并检测完毕后，还需要用0.5 MPa耀1.0 MPa 的工作压力，从钻芯孔底部开始回灌水泥浆，直至钻芯孔彻底封闭，以修复基桩由于钻芯出现的破损，保证基桩质量和工程质量双重提升。3.2 安装钻杆扶正器在常规长基桩检测中，钻芯法成功的关键就在于钻芯孔垂直度情况，只有将垂直度偏差维持在允许范围之内，才能保证和优化钻芯法检测质量。实践环节要从多角度入手保障钻芯孔垂直度，要切实优化检桩工作面，提前检查钻机就位平台的平整度和持力情况，避免钻机运行过程中出现移位、倾斜问题，同时要做好前期的工艺交底工作，确保提升操作人员操作水平。条件允许的情况下，还可以安装扶正器调节和约束钻杆。钻杆偏斜的诱因主要与轴向压力、离心力、横向摆振5等相关，钻进深度加深时，接杆数量会进一步增多，而钻杆、钻芯孔之间留有间隙，在钻压作用下很容易弯曲变形，进而诱发偏斜状况。再加上钻杆本身受到的侧向约束力不足，约束点仅有头尾 2 点，很难保障钻杆质量。增加扶正器后，钻杆受到侧向约束力的作用，受到的离心力、弯曲应力均会明显减少，横向摆振及弯曲风险也会明显降低，多点约束的方式可以显著提高钻杆抗弯曲受力性能（图 3）。本次工程引入扶正器进行钻芯法检测试验，结果发现在长基桩的检测中，加装扶正器的组别钻芯成功率要高出 50%以上，钻芯法检测可靠性、有效性明显改善，实践中可以合理引入和应用扶正器。4 结语通过本次试验分析，主要得出以下 3 项结论。（1）混凝土灌注桩基桩钻芯法检测试验项目中，可能存在的质量影响因素较为多样，基桩设置倾斜、钻芯孔倾斜，或者基桩轴线与钻芯孔反向倾斜，均可能增加钻头偏出风险，导致钻芯取样无法到达底部，影响技术人员对混凝土灌注桩桩身完整性、桩底沉渣厚度等的评估，因此实践过程中必须严格控制偏差问题，尽可能保证钻芯法检测的顺利进行。（2）从试验结果看，在长径比一定的情况下，混凝土灌注桩桩径越大，钻芯法检测成功率越高，在桩径为 900耀1 100 mm 的组别中，即便长径比稍高于30 的推荐值，也能够达到通长取芯的目标。在桩径一定的情况下，长径比越高，理论最小取样长度和实际取样长度越短，钻芯环节钻头偏出风险相对更高，此时要合理分析和调整检测方案，适当引入超声检测、低应变法、高应变法等辅助检测方法。（3）在长基桩、长斜基桩中应用钻芯法检测基桩质量存在一定难度，工艺把控不当很容易出现钻头偏出问题，实践过程中要科学分析基桩形式，对应计算桩身倾角并搭建二维、三维模型，在原有方案基础上适当加孔，调整加孔位置、加孔倾角，并做好取芯孔的处理恢复工作，为工程质量的优化提升奠定坚实基础。参考文献1 李博.混凝土灌注桩钻芯法检测基岩判定探索J.建筑监督检测与造价，2022，15（4）：1-6.2 罗春旺.桥梁灌注桩钻芯法检测过程中常见的质量问题及原因分析J.黑龙江交通科技，2022，45（6）：116-118.3 林超.浅析灌注桩桩径及长径比对基桩钻芯法检测的影响J.散装水泥，2022（1）：163-165.4 卜中平.钻芯法与孔内摄像技术在桥梁灌注桩质量检测中的综合应用J.交通世界，2021（20）：131-132.5 马驰.声波透射法结合钻芯法检测灌注桩桩身完整性的应用J.建材与装饰，2020（6）：231-232.作者简介院陈荣杰（1986），男，汉族，广东汕尾人，大专，工程师，主要从事建筑工程地基基础检测工作。图 2 长斜桩钻芯偏孔与加孔位置Hh琢茁Dd啄b啄图 3 钻杆安装扶正器前后对比扶正器钻杆钻杆建筑 节能105