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摘要：鉆芯法在檢測灌注樁樁長、樁底沉渣厚度，判定或鑒別樁端巖土性狀，判定樁身完整性類別等方面非常直觀，往往能夠取得較好的檢測效果。鉆芯法用來檢測樁身混凝土強(qiáng)度時卻受到鉆進(jìn)工藝、芯樣試件制作方法及其尺寸等諸多方面因素的影響。本文結(jié)合工程實(shí)例的試驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹了以上因素對鉆芯法檢測樁身混凝土強(qiáng)度的影響程度，綜合國家有關(guān)現(xiàn)行規(guī)范推倒出了芯樣試件抗壓強(qiáng)度和混凝土立方體強(qiáng)度的換算公式，并對檢測結(jié)果和樁身設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級的關(guān)系進(jìn)行了討論。

0 前言

      目前，檢驗(yàn)樁身質(zhì)量的方法有低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、鉆芯法和聲波透射法。隨著大直徑樁的應(yīng)用，鉆芯法的應(yīng)用越來越多。鉆芯法在檢測灌注樁樁長、樁底沉渣厚度，判定或鑒別樁端巖土性狀，判定樁身完整性類別等方面非常直觀，往往能夠取得較好的檢測效果。但鉆芯法用來檢測樁身混凝土強(qiáng)度卻受到鉆進(jìn)工藝、芯樣試件制作方法及其尺寸等諸多方面的影響，其檢測結(jié)果的應(yīng)用更有值得探討的地方。本文結(jié)合一基樁鉆芯檢測實(shí)例，綜合應(yīng)用我國現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范，并參照這些規(guī)范編制專家的意見，對鉆芯法檢驗(yàn)樁身混凝土強(qiáng)度的有關(guān)問題進(jìn)行分析探討，供同行討論。

1 鉆芯檢測實(shí)例

   濟(jì)南市某重點(diǎn)工程采用人工挖孔樁，樁徑900～1500mm，總樁數(shù)568支，以石灰?guī)r作為樁端持力層，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級C40。該工程采用低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、鉆芯法、聲波透射法及樁端地質(zhì)雷達(dá)等多種檢測方法。鉆芯采用XY－1型地質(zhì)鉆機(jī)，采用Φ89合金鉆具，選取外觀質(zhì)量中等芯樣，加工后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，加工后巖芯試件尺寸Φ72×144，經(jīng)試壓，芯樣試件平均試驗(yàn)壓力為108kN，按照下式（1）計(jì)算混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：

      f_{cu, k}= 4βF /(πd²)+5     （1）

f_cu,k——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

F——芯樣試件抗壓試驗(yàn)測得的最大壓力；

d——芯樣試件的平均直徑；

β——非標(biāo)準(zhǔn)試件折算系數(shù)，系參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GBT50081-2002）規(guī)定的非標(biāo)準(zhǔn)尺寸測得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，其值對200×200×200試件為1.05，對100×100×100試件為0.95內(nèi)插或外推得到。

強(qiáng)度調(diào)整值5MPa為根據(jù)該規(guī)范附錄B的條文說明得出的圓柱體試件強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為立方體試件強(qiáng)度的增加值。

按照式（1）計(jì)算，β為0.92，則

f_cu^c =f_cu+5=29.4MPa

因此，判定混凝土強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求。這一結(jié)論對2家樁基施工單位和5家混凝土供應(yīng)單位會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，對整個工程建設(shè)在經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度上會造成嚴(yán)重后果。因此各單位對該問題非常重視，并結(jié)合現(xiàn)行的多種規(guī)范進(jìn)行了思考。綜合考慮，作者認(rèn)為式（1）的非標(biāo)準(zhǔn)試件折算系數(shù)和強(qiáng)度調(diào)整值5MPa均沒有理論依據(jù)，并根據(jù)多種規(guī)范條文提出了自己的見解，檢測單位采納后重新取芯檢測，混凝土強(qiáng)度滿足了設(shè)計(jì)要求。

2 芯樣試件抗壓強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度等級的關(guān)系

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）第4.1.1條規(guī)定：混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值系指按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)（溫度20±3℃，相對濕度>90%）的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度。為了獲得質(zhì)量良好的混凝土，混凝土結(jié)構(gòu)成型后必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，而實(shí)際構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)條件（溫度、濕度）與標(biāo)準(zhǔn)條件很難一致，則結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與試塊混凝土強(qiáng)度之間總有一定的差異，試件混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)取為0.88。

按照《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03：88）第6.0.2條規(guī)定應(yīng)根據(jù)芯樣試件不同的長徑比乘以混凝土換算系數(shù)α，即：

f_cu^c = 4αF /(πd²)      （2）

式中：f_cu^c ——芯樣試件混凝土強(qiáng)度換算值；

 α——不同高徑比的芯件試樣混凝土強(qiáng)度換算系數(shù)，根據(jù)該規(guī)范6.0.2確定,其中當(dāng)高徑比為2.0時取1.24。

因此按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）和《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03：88）由芯樣試件抗壓壓力推算混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f_{cu, k}（即混凝土強(qiáng)度等級）應(yīng)按以下公式進(jìn)行：

f_{cu, k}＝ 4αF /(0.88πd²)

即：

f_{cu, k}＝4.545αF /(πd²)         （3）

按上式計(jì)算，以上實(shí)例工程f_{cu, k}＝37.4MPa，已接近C40的設(shè)計(jì)要求。

3 鉆芯法檢測樁身混凝土強(qiáng)度的影響因素

      芯樣試件的抗壓強(qiáng)度與鉆進(jìn)工藝、芯樣選取、試件制作精度及尺寸等因素密切相關(guān)。要確定芯樣試件的抗壓強(qiáng)度，必須按相關(guān)規(guī)范規(guī)定對各試驗(yàn)過程嚴(yán)格控制，并確定以上因素對抗壓強(qiáng)度的影響程度。

3.1  鉆進(jìn)工藝

基樁鉆芯法檢測采用的設(shè)備主要為具有液壓操縱功能的地質(zhì)鉆機(jī)，按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2003）規(guī)定，鉆具應(yīng)采用單動雙管鉆具，鉆頭應(yīng)采用金剛石鉆頭或人造金剛石薄壁鉆頭，這與《建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ87-92）中對巖層鉆進(jìn)的規(guī)定相一致。這是因?yàn)榻饎偸@頭切削刀細(xì)、破碎混凝土平穩(wěn)，且由于金剛石較硬、研磨性較強(qiáng)，高速鉆進(jìn)時芯樣受鉆具磨損時間短，容易獲得比較真實(shí)的試樣。

前面實(shí)例的工程開始采用單管鉆具合金鉆頭鉆進(jìn)，由于取樣方法不符合規(guī)范要求，后改為采用單動雙管鉆具金剛石鉆頭對檢測樁重新鉆進(jìn)，芯樣外觀質(zhì)量明顯提高，同樣選取外觀質(zhì)量中等芯樣加工試件后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，高徑比1.2和1.0芯樣試件的平均抗壓強(qiáng)度分別提高18％、16％。

3.2  芯樣選取

      在鉆芯檢測法中，鉆取芯樣是主要環(huán)節(jié)，采取的芯樣質(zhì)量好壞直接關(guān)系到對整個樁基質(zhì)量評價的準(zhǔn)確性。芯樣試件不象混凝土試塊那樣制作標(biāo)準(zhǔn)，代表性較好。而國家規(guī)范對如何選取具有代表性的芯樣試件，也沒有比較具體的規(guī)定。為建立不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)芯樣試件間抗壓強(qiáng)度差別程度，在實(shí)例工程采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)的12支樁的芯樣中分別選取好、中、差三種芯樣制作試件（高徑比1：1），三種芯樣的抗壓強(qiáng)度平均值分別為42.2MPa、37.7MPa、29.2MPa，按照式（3）計(jì)算f_{cu, k}分別為48.0 MPa、42.8MPa、33.2MPa，級差0.36。可見選取的芯件質(zhì)量對抗壓強(qiáng)度影響較大。根據(jù)中等質(zhì)量芯件試樣試驗(yàn)壓力按照式（3）推算的推算混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和試塊結(jié)果較為接近。

3.3  芯樣加工

芯樣加工質(zhì)量對混凝土強(qiáng)度的影響較大，因此芯樣試件的加工及技術(shù)要求應(yīng)符合《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03：88）的規(guī)定。作者建議：芯樣直徑應(yīng)不小于混凝土最大粗骨料的3倍，芯樣試件的高徑比采用1.0，芯樣鋸切后應(yīng)在磨平機(jī)上磨平，特別要控制試件端面與軸線的垂直度。

4 鉆芯法檢測數(shù)據(jù)的應(yīng)用討論

4.1 芯樣試件強(qiáng)度和立方體強(qiáng)度之間關(guān)系的試驗(yàn)研究

   據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2003）7.5.4條的條文說明，為考察小芯樣取芯的離散性，廣東、河南、福建等6家單位在標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊中鉆取芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，目的是排除齡期、振搗和養(yǎng)護(hù)條件的差異。結(jié)果表明：芯樣試件強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值分別為0.689、0.848、0.895、0.915、1.106、1.106，可見試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性很大，為安全起見，該規(guī)范暫不推薦采用1／0.88對芯樣強(qiáng)度進(jìn)行提高修正。盡管普遍認(rèn)同芯樣強(qiáng)度低于立方體強(qiáng)度，尤其是在樁身混凝土中鉆芯更是如此，但規(guī)范還是規(guī)定：當(dāng)受檢樁混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值小于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的樁判定為不滿足設(shè)計(jì)要求。因?yàn)樾緲釉嚰?qiáng)度很難如實(shí)反映混凝土強(qiáng)度等級，以此作為判斷樁基施工質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，對施工單位很不公平，對工程建設(shè)造成浪費(fèi)。

4.2  樁身混凝土強(qiáng)度要求

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）第8.5.9條規(guī)定：樁身混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)滿足樁的承載力設(shè)計(jì)要求。樁身強(qiáng)度應(yīng)符合下式要求：

 Q≤A_pf_cψ_c                  （4）

式中：f_c——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

Q——單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值；

A_p——樁身橫截面積；

 ψ_c——工作條件系數(shù)，灌注樁取0.6～0.7（水下灌注樁或長樁時取低值）。

可以看出，樁身實(shí)際采用的混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值僅為《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2002）規(guī)定的混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的60～70％，這是考慮到樁身混凝土屬隱蔽施工，其混凝土施工質(zhì)量不易保證。因此采用鉆芯法檢測樁身混凝土強(qiáng)度時，根據(jù)式（3）計(jì)算的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為式（4）中的f_cψ_c ，即達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級的60～70％即可滿足設(shè)計(jì)要求。因此《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2003）規(guī)定的“當(dāng)受檢樁混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值小于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的樁判定為不滿足設(shè)計(jì)要求”不符合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。檢測結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)要求應(yīng)由設(shè)計(jì)單位根據(jù)其采用的混凝土施工工作條件系數(shù)確定。

5 結(jié)語

  由于芯樣試件抗壓強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度等級之間的關(guān)系缺乏更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論根據(jù)，因此除非對混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的測試結(jié)果有懷疑時，一般情況下不宜采用鉆芯法判斷混凝土強(qiáng)度等級。確要采用鉆芯法判斷混凝土強(qiáng)度等級時，鉆進(jìn)工藝、芯樣試件的加工及技術(shù)要求應(yīng)滿足規(guī)范要求，并宜選取中等質(zhì)量的芯樣制作試件，并建議按照式（3）計(jì)算立方體強(qiáng)度。對于基樁，判斷樁身混凝土強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求時，應(yīng)由設(shè)計(jì)單位根據(jù)其采用的混凝土施工工作條件系數(shù)確定。