淺析灌注樁樁徑及長徑比對基樁鉆芯法檢測的影響

林 超

（福建省建研工程檢測有限公司，福建 福州 350000）

基樁檢測主要是檢測樁基的承載力或評價樁身完整性，為設計、施工和驗收提供可靠依據。目前，工程建設領域常用的基樁檢測方法有靜載試驗、鉆芯法、低應變法、高應變法和聲波透射法?；鶚稒z測受場地條件、樁型、使用狀態等綜合因素限制，通常不同檢測方法的適用范圍有所不同。為了在基樁檢測中落實國家的技術經濟政策，做到安全適用、技術先進、數據準確、評價正確，應根據不同檢測方法的特點，作出合理選擇。樁徑及長徑比是灌注樁的重要尺寸參數，在選擇檢測方法時不可忽略。如聲波透射法檢測應根據樁徑大小確定聲測管數量，低應變法檢測不適用于超長樁及長徑比過小的樁，在鉆芯法檢測時，應慎重考慮灌注樁的樁徑及長徑比。

1 鉆芯法

鉆芯法是一種直觀的樁基檢測方法，適用范圍廣，可檢測混凝土灌注樁的樁長、樁底沉渣厚度和樁身完整性，尤其是可用于檢驗灌注樁樁身混凝土強度、判定或鑒別樁端持力層巖土性狀。但由于受鉆孔尺寸的限制，很難適用于判斷局部缺陷、水平裂縫等，屬于破壞性試驗，成本相對較高。鉆芯法適用于大直徑灌注樁，而在超長樁或大長徑比的灌注樁中應用鉆芯法往往很難鉆至樁底，應根據實際情況作詳細分析。

2 工程實例

某工程由一幢主樓34層、裙樓6層的1#樓，一幢主樓29層、裙樓6層的2#樓和一幢15層的3#樓組成。1#樓下設2層滿鋪地下室，2#樓、3#樓及其相間綠地下設1層連體滿鋪地下室。工程總建筑面積約129 271.19m2，其中，地下室面積約17 844.9m2。該建筑基底占地面積約4 530.84m2。

本工程下設有1～2層連體滿鋪地下室，1F基坑支護結構的安全等級為二級，2F基坑支護結構的安全等級為一級。擬建1#樓的工程重要性等級為一級，地基基礎設計等級為甲級，建筑樁基設計等級為甲級；其余各擬建物的工程重要性等級為二級，地基基礎設計等級為乙級，建筑樁基設計等級為乙級。場地及地基復雜程度等級均為二級，巖土工程勘察等級為甲級。建筑抗震設防類別為標準設防類（以下簡稱丙類）。

依據巖土工程勘察報告，擬建工程的場地地質條件如下：

①雜填土：灰色、灰黃色等，松散，稍濕，其成分主要是由碎石、黏性土混合混凝土塊、磚渣等建筑垃圾組成，均勻性差。

②粉土：灰黃色，稍密，很濕。該層部分地段直接露出地表，因擬建場地原為園林種植園，受種植影響，部分地段面上約50cm為耕植土。

③淤泥質土夾砂：以淤泥質土為主，局部地段為淤泥，偶夾5～20cm片狀粉細砂，土層一般呈深灰色，流塑，飽和。

④中砂：褐黃色，稍密，飽和。主要成分為石英。

⑤淤泥質土：以淤泥質土為主，局部地段為淤泥，土層一般呈深灰色，流塑，飽和。

⑥中砂：灰色、灰黃色，中密，飽和。主要成分為石英。

⑦淤泥夾砂：以淤泥為主，局部地段為淤泥質土。

⑦-夾中砂：灰黃色，中密，飽和。主要成分為石英。

⑧粉質黏土：以粉質黏土為主，局部地段為粉土。

⑨中砂：灰黃色，中密，飽和。主要成分為石英。

⑨-夾淤泥質土夾砂：深灰色，流塑，飽和。

⑩淤泥夾砂：深灰色，流塑，飽和，以淤泥為主。

?卵石：灰白、灰黃色、黃褐色等，中密為主，局部稍密，飽和。

?全風化花崗巖：灰黃、灰白色，密實，飽和。

?強風化花崗巖：根據其巖石物質組成成分不同，細分為如下兩個亞層。

?-1強風化花崗巖（砂土狀）：灰黃、灰白色，密實，飽和。

?-2強風化花崗巖（碎塊狀）：灰白色、灰黃色，稍硬，飽和。

?中-微風化花崗巖：灰黃、灰白、灰黑色，致密堅硬，花崗結構，塊狀構造，主要礦物成分為長石和石英。

本工程1#樓沖孔灌注樁設計樁徑為1 100mm，樁長27.94～42.26m；2#樓PHC管樁設計樁徑為600mm，樁長19.65～43.20m；3#樓沖孔灌注樁設計樁徑為900m，樁長40.44～53.43m；地下室PHC管樁設計樁徑為500mm，樁長23.70～41.65m，后設計變更地下室PHC管樁為直徑800mm的沖孔灌注樁。

《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）中未明確規定灌注樁采用鉆芯法檢測的長徑比范圍，但條文解釋中提到“受檢樁長徑比較大時，成孔的垂直度和鉆芯孔的垂直度很難控制，鉆芯孔容易偏離樁身，故要求受檢樁樁徑不宜小于800mm、長徑比不宜大于30。”

本工程灌注樁設計樁徑均不小于800mm，長徑比多大于30，按業主要求，采用鉆芯法檢測。鉆芯法檢測所用XY-2B型鉆機振動小、調速范圍廣、扭矩大，采用液壓操縱，使鉆機立軸的徑向跳動不超過0.1mm。取芯工具采用單動性能好、各部件同心度符合要求、管材無傷裂的單動雙管鉆具，并配以擴孔器、卡簧和其他常規鉆具。鉆頭粒度、濃度、胎體硬度符合要求，外徑為1 100mm。試驗過程中，2根直徑800mm、1根直徑900mm的灌注樁未能通長取芯。

3 簡易模型分析

假設灌注樁直徑為D的圓柱體，O、O’點分別為頂底面的圓心，OO′長度為L，頂面過O點的垂線交底面于A點，則OA為圓柱體的高h，不考慮鉆孔OB的直徑大小，灌注樁傾斜率為k1，鉆孔傾斜率為k2。

若灌注樁通長取芯，則：

整理得出：

在傾斜率極小的情況下，可視為：

式（3）中L/D即為灌注樁的長徑比，當鉆孔傾斜方向與灌注樁傾斜方向相反時，鉆芯法鉆取的長度最小，此時，取最小值：

根據《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008），在大多數情況下，混凝土灌注樁允許的垂直度偏差為1%，而在《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）中規定“鉆機在鉆芯過程中不得發生傾斜、移位，鉆芯孔垂直度偏差不得大于0.5%”。因此，在這里取k1=1%、k2=0.5%，則：

式（6）總體上符合規范條文解釋中的“受檢樁長徑比不宜大于30”。

4 實例分析及解決辦法

按工程樁基設計圖紙和規范規定，樁身的垂直度允許偏差為1%。通過對簡易模型的分析可知，當樁身垂直度偏差與鉆芯孔垂直度偏差滿足要求時，鉆孔長度應不小于樁徑的33倍。鉆芯法檢測情況見表1。

表1 鉆芯法檢測情況

從表1可以看出，實際最小取樣長度或取到鋼筋時的長度小于33倍樁徑長度，但不應就此判定樁身垂直度偏差或鉆芯孔垂直度偏差不滿足要求，主要原因是：

（1）按規范要求，當鉆芯孔為1個時，宜在距樁中心10～15cm位置開孔；當鉆芯孔為2個或2個以上時，開孔位置宜在距樁中心0.15～0.25D范圍內均勻對稱布置，因此，鉆芯孔開孔中心點并不與樁頂面中心點重合。

（2）規范規定鉆頭外徑不宜小于100mm，本工程鉆頭的外徑為1 100mm。由于鋼筋籠保護層有厚度要求，因此，鋼筋籠并不在灌注樁的最外側，且當鉆頭接觸到鋼筋籠保護層后，鉆頭方向有可能發生變化。

（3）由于樁身橫截面不規則，且對于樁身垂直度與鉆芯孔垂直度偏差的要求，并沒有明確指出垂直度允許偏差是針對平均垂直度偏差還是任意區域的垂直度偏差，因此，有可能存在某一區域垂直度偏差大于垂直度允許偏差，但平均垂直度偏差小于垂直度允許偏差的情況。

目前，并沒有標準的檢測樁身垂直度或鉆芯孔垂直度偏差的方法，即使使用測斜儀等方法來確定鉆芯孔垂直度偏差，也很難確定問題的根本所在，應綜合考慮其他檢測方法。本工程樁基檢測結果（包括靜載試驗、鉆芯法、低應變法、高應變法、聲波透射法）均達到了設計要求，業主召集各參與方討論，決定不再增加鉆芯法檢測數量，采用高應變法對3根未鉆至樁底的灌注樁進行完整性及承載力驗證，最終檢測結果均滿足設計要求。

從表1中的樁徑與未鉆至樁底的樁數可以看出，當受檢樁樁徑為800mm且長徑比大于30時，鉆芯法檢測通長取樣的成功率較低；當受檢樁樁徑大于800mm，長徑比略大于30時，鉆芯法檢測通長取樣的成功率有所提升，且灌注樁的樁徑越大，鉆芯法檢測通長取樣的成功率越高。同時，灌注樁的樁徑越大，實際最小的取樣長度或取到鋼筋時的長度越大，而且幾乎呈線性增長，并且灌注樁的樁徑越大，實際最小的取樣長度或取到鋼筋時的長度與樁徑的比值也越大，但變大的幅度變緩。相反，當灌注樁長徑比相同時，在一定范圍內，樁徑越大，鉆芯法檢測通長取樣的成功率越高。

5 結語

綜上所述，可以得出以下結論：

（1）采用鉆芯法檢測，應考慮灌注樁的長徑比，當受檢樁樁徑小于800mm且長徑比大于30時，建議優先考慮其他檢測方法；當受檢樁樁徑大于800mm，長徑比略大于30時，可以考慮采用鉆芯法。

（2）采用鉆芯法檢測鉆取單個孔，灌注樁長徑比相同時，在一定范圍內，樁徑越大，成功率越高。

（3）采用鉆芯法檢測鉆取單個孔，灌注樁長徑比相同時，在一定范圍內，成功率隨樁徑增長的趨勢變緩。

（4）當鉆芯法檢測無法鉆至樁底時（或鉆取長度小于30倍樁徑時），不應直接判定樁身垂直度偏差或鉆芯孔垂直度偏差不滿足要求。

目前的鉆芯法檢測方法不適用于判定樁身垂直度偏差，但在確定鉆芯孔垂直度偏差的前提下，可供參考。