钻芯法检测重点及灌浆处理分析

2021-04-24李志林

广东建材 2021年3期

关键词：芯法沉渣桩基

李志林

（广东省地质实验测试中心）

1 钻芯法检测要素

钻芯法检测的重点就是利用钻机钻取的芯样对影响桩基质量的各种因素进行探明。钻芯法的检测目的有5 个：桩长、完整性、混凝土强度、桩底沉渣厚度、桩端持力层岩土性状。

1.1 桩长

无论是摩擦桩还是嵌岩桩，混凝土灌注桩桩长与桩基设计承载力有直接关系。检测桩长是否与施工桩长相符，首先需要确定桩顶检测标高，再结合实际的检测桩长来确定桩长是否符合；而在水泥搅拌桩及旋喷桩抽芯中，受钻芯采取率影响，桩长一般需要测量孔深来判断。实际的检测过程中应该严格把控摩擦桩和复合地基增强体桩基的桩长是否与设计相符。

1.2 桩身完整性

桩身混凝土质量缺陷直接影响（并非唯一）的是桩身（结构）承载力，进一步影响桩的竖向抗压、抗拔及水平承载力。

钻芯法评价桩身完整性主要是对桩身混凝土密实性和连续性的综合判断，而对桩身截面尺寸变化无法准确评价。在桩身完整性评价方面钻芯法检测存在局限性，所以在检测过程中使得钻芯孔要具有代表性。首先开孔的数量位置要满足规范要求，对于大直径灌注桩，遇到异常情况可以增加钻孔。对于无损不评定桩，需要结合无损报告，在怀疑有缺陷位置的上方开孔，使得钻芯孔更能反映桩基真实情况。使用单动双管金刚石钻头进行钻进，对于异常情况及时记录、分析，控制回次进尺。卸载芯样应按规范要求，严禁随意敲打，暴力取芯。现场编录时对每回次的拼接性、表面光滑程度、粗细骨料的均匀度、缺陷位置的表观特征、范围都需要进行详细纪录。对桩身完整性严重影响到桩基承载力的缺陷位置应取样试验。

1.3 混凝土强度

桩的承载力由地基土所提供的反力和桩身混凝土强度决定，混凝土强度所决定的承载力是任何情况下桩所能承受的最大荷载。

混凝土强度除了受材料本身的影响，还受完整性的影响，蜂窝沟槽离析、骨料的均匀性都会影响混凝土强度。检测过程中取样位置和数量按规范执行，应重视缺陷部位和上部位置的取样，并避开大尺寸骨料。一方面桩头受灌注工艺影响，混凝土质量下部相对较差，不密实，强度低；一方面桩基上部位置受力集中，对混凝土质量要求更高。截取的芯样应放入箱中，运输过程避免反复碰撞。钻芯法检测混凝土强度要特别重视芯样制作，试样高度任一直径与评价直径相差达到2mm 以上时不得用作抗压强度试验。芯样的平整度也很关键。芯样表面平整度达不到标准的试样，就算是高等级的混凝土芯样，压出来的强度也会偏低，造成实验结果与实际情况偏差大，形成误判。

1.4 桩底沉渣厚度

桩底沉渣对桩基承载力有显著影响。

桩底沉渣厚度过厚，不但影响桩端阻力的发挥，也会影响桩基侧摩阻力的发挥,造成桩基承载力不够或者沉降过大。《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[1]对端承桩底沉渣厚度的要求是不大于5cm，摩擦桩沉渣厚度要求不大于10㎝，抗拔或水平桩不大于20cm。《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）[2]中规定：摩擦桩沉淀厚度应符合设计规定，设计无要求时，对于直径≤1.5m 的桩，≤200mm；对桩径＞1.5m 或桩长＞40m 或土质较差时，≤300mm。端承桩的沉渣厚度不大于设计规定，无设计要求时小于等于50mm。钻芯法检测沉渣厚度，关键在于穿桩回次的控制，桩基抽芯到桩底时，要控制好最后一个回次的下钻和起钻，并测量好孔深，穿桩过程中密切关注回流水状况，出现异常及时调低转速，调低水泵，缩短本回次进尺，提钻卸样后及时编录描述，并计算沉渣厚度。沉渣的采取率一直不高，实际的检测工作中经常发生争议，一方面需要控制好穿桩回次的见证纪录，一方面在出现争议的时候可以使用高清孔内电视进行复核。

1.5 桩端持力层岩土性状

桩基的承载力除了受桩身完整性及混凝土强度影响外，还取决于桩端持力层岩土性状是否满足设计要求。

《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）[3]规定嵌岩灌注桩要求按端承桩设计，桩端3 倍桩径不少于5米范围无软弱夹层、断裂破碎和洞隙分布，且在桩底应力扩散范围无岩体临空面。

在桩基持力层鉴别工作中，一方面要重视收集到的地勘资料，一方面需要根据实际的钻探情况客观分析。要保证采取率，对于土层或者全风化强风化岩层，可以使用单管合金钻头干钻，每回次控制在0.5m 左右；对于岩溶地区，如遇溶洞，需要及时量测记录主轴钻杆余尺，轻压慢速钻至孔底，计算溶洞深度，并记录是否有漏水等现象。如溶洞底有大量碎屑充填物，可使用金刚石钻头单管钻进，以免卡钻。对于强风化及全风化岩层，应该进行标准贯入试验，用以进行鉴别分类划分。一般情况在桩底1m 范围内进行标贯试验。对于中微风化岩层，应截取岩芯作抗压强度试验，每桩截取一组，如遇岩石分层，每层截取一组，为保持岩样不受环境影响强度，花岗岩或者灰岩可以选择清水浸泡，泥岩砂岩等易失水干裂的可以用保鲜膜包裹，再用透明胶带密封。桩基持力层鉴别要做到客观严谨，真实全面，对夹层溶洞等异常情况要高度警惕。

在岩溶地区和区域地质构造有断裂带及软弱夹层地区，往往是同一条桩一孔符合、一孔不符合设计要求，稍微偷工减料或者麻痹大意就可能对有问题的桩基漏判。编审人员要熟悉桩基所处范围的地质构造情况，对易发的桩基质量事故做到心中有谱，如岩溶地区桩基容易斜孔、跨孔，造成桩身离析、夹泥、沉渣厚度超标、持力层有溶洞等。

2 灌浆处理案例分析

对于钻芯检测有缺陷的桩，对桩身混凝土离析、桩底沉渣厚度超标以及持力层出现溶洞的桩基，现阶段可以利用钻芯孔进行高压灌浆处理，使其质量满足桩基使用条件。实施过程中可用高清钻孔电视进行灌浆前检查，避免处理失败。下面就以某高速桩基桩底溶洞及沉渣超标进行高压灌浆处理为例进行分析。

2.1 桩基情况

1 号桩为持力层要求为中风化灰岩的端承桩，经钻芯法检测持力层不满足设计要求，桩底3d 范围内存在溶洞，半充填至全充填，无明显漏水。2 号桩为持力层要求为中风化砂岩的端承桩，经钻芯法检测沉渣厚度超标，桩底沉渣厚度为10cm，超出规范≤5cm 的要求，钻芯孔3 孔相通，沉渣多为卵石、碎石、中粗砂。

2.2 处理方案

针对桩基钻芯情况，决定采取高压清水切割和高压注浆方式进行处理，利用原有钻孔，并增加1-2 个注浆孔，先钻孔至溶洞底板（2 号桩为桩底）,然后对溶洞段进行高压清水切割，并利用高清钻孔电视进行清洗效果检测，确保清洗到位.清洗完成后用高压泵进行灌注水泥净浆（M30），注浆完成后进行低应变和钻芯法检测处理效果。

2.3 实施过程

施工前准备：采用华润水泥有限公司的P.042.5R袋装水泥，M30 配合比为：水胶比0.47、水泥1415Kg、水665Kg。采用XY-150 钻机，配备3W-TB4 高压泵。

施工工艺流程:孔位布置→钻机对位钻进→钻至目标深度→进行高压清水旋喷切割→进行反循环气举清渣→钻孔电视检测→高压水泥净浆灌注→二次注浆。高压旋喷切割压力为20～25MPa,转数12～15r/min，提升速度为15～18/min，清水排量为150L/min，反复切割清洗3 次以上，直到回流水清澈为止。注浆时采用高压注浆机将注浆管插入孔底，由下往上注浆，直到孔口返浆浓度与注浆浓度基本一致时，注浆机压力保持0.5～1MPa，稳定2F 分钟；采用止浆阀将孔口封闭，压浆时压力保持2～4MPa，当水泥浆排量小于20L/min 后，稳压10 分钟，封闭孔口。