鉆芯法在建筑樁基檢測中的應用優化研究

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構中進行取樣，利用抗壓試驗等方式檢測混凝土強度，或是觀察混凝土內部質量。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，都具有直觀性優勢，同時還能夠較為準確的評定樁底持力層巖土性質是否能夠滿足設計要求。在當前建筑工程、橋梁工程、水利工程等項目質量檢測中，鉆芯法都具有廣泛應用，具有直觀性強、檢測結果準確等特征，但也存在會對樁身產生一定破壞、無法同時靜載試驗，缺陷漏判風險較大等方面問題，因此在檢測作業時，必須要嚴格依照規范要求進行操作，確保檢測結果精準性，為樁基質量評定提供精準參考。

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。前期地質勘查結果顯示，地質類型包括雜填土、黃土樁粉質黏土、粉質黏土、碎石、膠結碎石、中風化閃長巖、全風化泥灰巖、強風化泥灰巖、強風化石灰巖、中風化石灰巖等。

為全面檢測樁基質量，為后續施工作業提供參考，采用鉆芯法進行檢測。樁基抽樣基數為183 根，抽樣數量為19 根。檢測結果顯示，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計要求；確定所測樁172#的樁端持力層符合設計要求，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

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

2.2 鉆孔設備安裝

在鉆孔作業前，首先應當根據規范要求和現場情況，確定合適的鉆進直徑，選擇合適的鉆孔設備。通常情形下，鉆孔直徑有56mm、75mm 和91mm 等規格，更大的鉆孔直徑，能夠提供更多的巖心材料樣本，提升分析結果準確性，但由此也會帶來操作難度和成本增加等方面問題[1]。通常是選用轉速大、振動小、液壓操縱和大扭矩的高速鉆機，并在此基礎上，依照相關規定選擇合適的鉆頭裝置，確保鉆芯樣品與樁身質量保持一致。鉆孔設備安裝應當確保垂直軸、天車滑輪中心與孔口中心保持在同一鉛錘線線上，確保垂直度和穩定性，保持基面水平。在安裝作業時，將底座調平，確保安裝穩固性，防止鉆具運動而降低壽命。在選擇鉆孔設備是，還應當確保鉆桿剛性，避免由于孔內回轉及復雜受壓條件影響，導致鉆桿發生撓曲運動而出現鉆孔彎曲現象。

2.3 鉆探取芯

鉆探取芯是影響檢測結果準確性的關鍵因素，在鉆進過程中必須要采取有效措施做好鉆進控制，確保取芯結果符合規范要求。首先是要合理確定鉆進技術參數，根據鉆孔直徑確定轉速、壓力及水量等參數，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，確保鉆芯部位準確性，并盡量避免對樁體質量產生影響。如在鉆進中出現鉆孔偏離現象，應當立即停止作業并查找原因，直至問題解決后再繼續鉆進。再次在鉆進作業過程中，應當確保鉆孔內保持持續性的水循環，水壓設定合理，確保能夠將孔內的巖粉徹底排出。在鉆進至樁端部位的持力層結構時，應當采取提鉆或合適措施，確保能夠利用一次鉆進作業準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。最后是在鉆進作業中，出現鉆具突然下落或其他異常情形時，應當依照實際情況記錄問題發生的位置、程度、沉渣厚度等，做好后續分析。

在提鉆作業時，應當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，或是某些性能參數變化，導致檢測結果不夠精準。

2.4 現場取樣

現場取樣需要根據實際情況確定取樣數量，通常情形下，應當在依據樁基質量檢測標準，結合樁長設定合適的取樣數量。如樁基長度在10m 以下，可以在上下半部各取兩組芯樣，每組連續制取三個芯樣試件。樁長在10m～30m 之間的，應當在上中下各個部位，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，應當根據實際情況，適當增加取樣數量[2]。將芯樣從取樣器中推出時，應當保持平穩、作用力均衡，避免造成試樣受彎或受拉現象。芯樣取出后需要使用符合規范要求的芯樣箱進行保存，并使用塑料薄膜進行完整包封，避免由于水分蒸發而對檢測結果產生影響。芯樣在保存和運輸過程中，應當避免出現受壓、震動、直曬及受凍現象，避免出現失水或吸水等現象，以此確保檢測結果準確性。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

芯樣制作的參數設定，對檢測結果準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，導致檢測結果不夠精準，因此必須要嚴格依照規范要求進行制作，以實現對建筑樁基質量的精準評估。芯樣制作時，首先應當確定平均直徑、高徑比、垂直度、平整度等方面要求，確保在加工后，芯樣試件高度應當大于平均直徑的0.95倍，同時還應當將試件端面與軸線形成的角度控制在2°以內，避免由于偏差較大對檢測結果產生影響。

結合相關研究及工程實踐，在芯樣制作中，較為容易出現如下幾種誤差現象，對芯樣抗壓試驗結果產生影響。一是系統誤差，如所選取的取樣部位、樣本數量較少、鉆孔設備本身誤差等，都會導致制作的芯樣本身存在一定誤差。在樁基檢測中，系統誤差是必然存在的，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，這是對樁基檢測結果精準度影響最大的誤差，例如在所鉆去的芯樣內存在鋼筋，在鋼筋距端面距離較小時，必然會導致芯樣被劈裂破壞。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，也會導致抗壓試驗結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，在操作時出現振動過大現象，會導致芯樣存在較大缺陷而影響結果準確性。因此在芯樣制作時，應當采取合理措施控制誤差，在出現誤差過大時，必須要在現有取芯位置以上10cm 處重新取樣，并重新制作芯樣，以確保檢測結果準確性。

芯樣制作完成后，還應當依照規范要求做好養護，并進行編號，避免由于養護處理與現場情況存在偏差，或是編號混亂導致檢測結果錯誤。

2.6 抗壓試驗

抗壓試驗應當依照規范要求選擇合適的試驗設備，在圓柱體芯樣類型的構件進行抗壓強度試驗時，需先使用游標卡尺測量芯樣高度和直徑，確保高徑比在0.95～1.05之間，平整度公差應當能夠控制在芯樣直徑0.00005 倍以內，同時將承壓面擦拭干凈，以此才能夠有效規避檢測誤差。在各項準備工作完成后，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，應當及時減緩加載速度，直至達到破壞狀態為止[4]。在初始加載過程中，加載速度無波動現象，在加載到一定力值時，芯樣會由于細微裂縫出現而出現聲響。在后續加載過程中，兩側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，試驗結束。

3.鉆芯檢測標準及結果分析

3.1 檢測標準

在建筑樁基檢測中，應當采用單根受檢樁檢測結果進行成樁質量評價，如有下列任一情況發生時，則判定該受檢樁質量不滿足設計要求：

（1）混凝土芯樣試件抗壓強度值達不到設計強度等級；

（2）樁長或樁底沉渣厚度達不到設計要求；

（3）樁底持力層巖土性狀（強度）或厚度達不到設計要求。依照相關檢測標準，根據檢測結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，不會影響樁身結構承載力的正常發揮；Ⅲ類樁樁身有明顯缺陷，對樁身結構承載力有影響；Ⅳ類樁樁身存在嚴重缺陷。

3.2 結果分析

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用要點

4.1 鉆芯法應用中的問題

4.1.1 芯樣受損

鉆芯法作業過程中，受多方面因素影響，會導致芯樣受損而對檢測結果產生影響。例如鉆進施工技術不合理，沒有做好施工方案設計，在施工中出現操作不當，導致芯樣無法滿足檢測要求。例如鉆機設備安裝質量控制不到位，底座部位沒有完全固定或水平度不足，在鉆進作業時出現水平振動現象，或是離心力偏大，進而導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，也會導致研磨性較差，甚至是無法鉆進現象，芯樣受損嚴重。

4.1.2 鉆進遇阻或傾斜

在鉆進作業中，還會出現不同程度的阻力或傾斜現象，也會導致芯樣無法滿足檢測要求，或者是檢測結果不夠精準等現象。例如在鉆進作業過程中，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，應當根據實際情況采取合適的處理措施。在鉆進過程中，如遇到骨料粒徑發生顯著變化，或是較為松散，有較大孔洞現象時，也會導致鉆頭壓力明顯波動，進而出現較大偏離現象。

4.1.3 穿孔及孔內事故

在鉆芯法作業過程中，如在鉆孔中出現2 個或以上孔位，則有可能會出現多孔鉆通現象，導致芯樣呈半側半月樁，無法滿足后續檢測要求[5]。同時在鉆進作業過程中，由于鉆進工藝設計不合理，還會出現燒鉆、卡鉆、或者是埋鉆等現象，在處理不到位情形下，會導致孔內落入金屬塊、芯樣破碎片等現象，導致芯樣受損，無法滿足后續檢測取樣要求。對于這些方面問題，應當根據實際情況做好及時調整，確保芯樣能夠符合檢測規范要求，確保檢測結果精準性。

4.2 鉆芯法的應用要點

4.2.1 鉆孔過程控制

對于芯樣受損現象，應當采取如下處理措施：根據混凝土強度合理調整鉆頭壓力，合理控制初次轉速，在正常鉆進時再保持高轉速鉆進。同時還需要做好鉆機固定，避免出現較大擺動現象，選擇合適的鉆頭、鉆具，根據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的遇阻現象，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，則應當及時進行回灌，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的垂直度偏差較大現象，同樣應當先采取停機方式進行處理，確定偏斜度是否在允許范圍內，如超出允許范圍，則應當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的穿孔現象，應當先停止鉆進作業，檢查鉆桿垂直度、平穩度等是否符合要求，如出現偏差較大情形，應當將半月芯樣部位用混凝土回填，重新調整孔位并確保垂直度等達到設計要求[6]。針對卡鉆、燒鉆等現象，應當先使用輪滑組+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。如孔內還遺落有其他設備或是雜物，則應當利用油壓鉆機將設備頂拔出來，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 安全操作規范

在鉆芯操作過程中，為確保作業安全有序推進，還應當做好現場安全管理，避免出現不必要的安全事故。首先是在作業活動開展前，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，所有操作人員都應當佩戴合適的勞動防護用品，嚴格依照流程要求進行操作，無關人員不得進入作業現場。。其次是在鉆進作業開展前，應當做好設備安全檢查，確保設備性能保持良好運行，避免由于設備運行隱患帶來安全事故。再次是在鉆進過程中，根據現場情況隨時調整鉆速，如出現鉆進遇阻或鉆具突然滑落等現象，應當立即停止鉆進，并在做好記錄后，及時采取下一步處理措施。最后是在鉆進作業中產生的廢水及廢氣等，應當經過處理后才能進行排放，減少對周邊環境的污染，確保生產作業符合建筑現場管理要求。

4.2.3 異常取樣處理

在樁基施工過程中，由于設計及施工等各個環節影響因素差異，由于檢測時所需要的樁基資料不同，在進行檢驗時，也會出現不完全取樣現象，對最終取芯質量產生影響。例如在樁基前期施工作業中出現施工質量控制不到位，或是在澆筑作業中出現夾渣、斷樁等現象，也會導致芯樣不完整，無法實現對樁基質量的精準檢測。針對這種情況，應當對不完全樣本進行分析，如樣本數量與質量控制目標存在較大偏差，就需要在此基礎上增加抽樣次數，以有效確保評估結果準確性，為整體質量評估提供參考[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操作水平，能夠嚴格依照規范要求進行操作，依照現場取芯條件，適當增加鉆孔孔數，精準定位鉆孔位置，以此才能夠準確反映樁體質量，準確判斷樁體完整性。在鉆芯作業開始前，應當全面檢查設備性能和狀態，確保設備保持良好運行狀態。

結語：

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