机械磨平法对圆柱体芯样抗压强度的影响探索和研究

张德福，林庭富，唐旭

（四川派安建材有限公司三岔分公司，四川 成都 641418）

0 前言

本文案例是空港大道二期工程，为成都天府国际机场场外配套项目，是通往新机场的城市快速路。由北端空白段工程和南端空白段工程两部分组成，道路主线长度 6385m。其中北端空白段全长 698m，主车道为双向八车道，设计速度 80km/h，道路红线宽 160m。南段空白段总长 5687m，起点接机场近期红线南端头穿场隧道，终点接机场南高速。其中南段空白段分为地铁共建段 387m（细分为与地铁结构共墙段、结构分离段、船槽段）、地面段 5300m（细分为船槽终点至机场远期红线段 3291m，道路红线宽度 80m；机场远期红线至机场南高速段 2009m，近期实施宽度 65m，远期控制宽度 80m）。包含主线道路工程（6385m）、桥梁工程（含由 8 座大桥和 5 座中桥组合的 3 层枢纽式互通立交桥 1 座，主线全长 1290m；北端高架桥 368m；北端连线桥 55m；桥涵 10 座）、隧道工程（387m）、交通工程、绿化景观工程（面积约 98 万 m2）、照明工程、给排水工程（含喷淋系统）、电力工程、通信工程、消防工程、通风工程、强弱电工程、高低压变配电工程（含箱变 5 座）、监控工程、燃气通道工程、改河改沟工程（长度约 2km）以及配套工程等。

其中北端高架桥 368m，设计 120 多根桩。108 根左右是 15m 深的桩基，强度等级是 C35 水下；其余 12 多根靠近北端连线桥，深度是 30m，强度等级是 C35 水下。

1 混凝土搅拌站自检立方体标养试块的强度

北端高架桥区间第一批桩基，直径 1.5m，深度 15～18m 不等，每一根桩混凝土需求量为 26～35m3。从 2020 年 7 月 23 日浇筑第一根桩 ZF2a-0# 开始，依据 GB/T 50107—2010《混凝土强度检验评定标准》试块留置办法和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》抗压强度试验方法，截止 2020 年 8 月 30 日，出厂检验留置 28 组 7d 强度试块和 28 组 28d 强度试块的立方体标准试件强度已检测出来，如表 1。

表1 出厂检验标准试件的 28d 强度值 MPa

根据表 1 数据，强度均达到设计要求。制定强度偏差直方图（图 1）。通过图 1 可知，混凝土强度分布基本服从正态分布，质量在可控范围内，强度虽有波动，仍处于稳定状态。

图1 强度偏差直方图

2 实体钻芯强度

2.1 桩基钻芯由来

2020 年 8 月 20 日，我方接到施工方电话，由第三方检测单位检测出的一组现场制作的立方体试块强度偏低，对应桩基是 ZF2a-0#。针对这个情况，总包单位约我方到项目会议室开专题分析会和商讨解决方案。

会议认为现场制作立方体标准试件，强度偏低有以下原因：

（1）实际取样未在 1/4～3/4 处取，样品的代表性不强。

（2）取样后未进行有效翻拌，入试模后骨料少。

（3）针对试块制作不规范，采用实体抽芯检测实体强度。

2.2 桩头钻芯

由于深钻的设备不能及时到达现场，遂先用地面钻芯机钻该桩基的上部 80 公分的桩头，钻取平均直径为 100mm 的芯样，钻芯后的芯样颜色鲜亮，无夹泥现象，无漏骨无孔，芯样外观见图 2。

图2 桩头芯样外观

钻取出来的芯样在一家石材经营店按 1:1 进行切割，切割后直接试压，结果见表 2 和图 3。

表2 桩头芯样强度直接试压记录 MPa

图3 桩头芯样抗压强度图

针对本次结果，召开碰头专题分析会议，与会各方认为：

（1）桩头强度普遍不足。

（2）桩头均质性还可以。

（3）桩头本身是轻物质上浮，抗压强度要比中下部低。

（4）采用钻通方案，再看中下部强度。

2.3 深钻取芯

采用地质钻探的钻芯机，经过 24 小时连续钻芯，钻取该桩基 7～8m 处，钻取平均直径为 78.20mm 的芯样。钻芯后的芯样颜色鲜亮，无夹泥现象，无漏骨无孔洞，芯样外观见图 4。按 1:1 切割大量芯样，做抗压强度破坏试验，数据记录见表 3。

图4 深钻芯样外观

表3 7～8m 处芯样强度直接试压记录 MPa

针对本次结果，召开碰头专题分析会议，施工方认为：

（1）桩基实体强度不够，达不到设计要求。

（2）按单个桩推定实体强度，是最低值作为推定值。

作为商砼站，笔者提出以下芯样不规范处和后期处理办法：

（1）切割了这么多芯样，大部分芯样端面，即受压面，有不平整现象，导致相邻的两个芯样数据都差别较大。

（2）依据 JGJ/T 384—2016《钻芯法检测混凝土强度技术规程》条文说明中的 5.0.4“对芯样试件端面加工提出要求。锯切后芯样的端面感官上比较平整，但一般不能符合抗压试件的要求”。

（3）再依据 JGJ/T 384—2016《钻芯法检测混凝土强度技术规程》正文中的 5.0.4 第 1 条，“抗压芯样试件的端面处理，可采取在磨平机上磨平端面的处理方法，也可采用硫黄胶泥或环氧胶泥补平，补平层厚度不宜大于 2mm”。

（4）对大概同深度的芯样，对端面进行磨平处理后在进行试压，看数据强度。

（5）施工方同意此方案。

2.4 圆柱体芯样磨平和补平处理

通过以上方案，采购了 HMP-150 磨平器（输入功率 20kW，尺寸 (500×400×700)mm3，重量 55kg）和 HBP-100 补平器（底模 80/100mm，补平后平整度为 100mm 长度内部超过 0.1mm）。设备外观见图 5。

图5 磨平器和补平器

设备采购回来后，对剩余 11 个芯样做以下方案处理：芯样 1～8 采用机械磨平，9～11 采用硫黄胶泥补平。图 6 是机械磨平，图 7 是硫黄胶泥补平。

图6 机械磨平

图7 硫黄胶泥补平

2.5 机械磨平和补平的圆柱体芯样强度

磨平和补平处理后的芯样送到第三方检测单位做抗压强度试验，强度数据见表 5。

表4 磨平和补平后圆柱体芯样抗压强度记录 MPa

图8 磨平和补平的圆柱体芯样抗压强度图

针对本次结果，汇合施工方、召开碰头专题分析会议，对本次端面处理的芯样抗压结果，做如下总结：

（1）芯样全部达到设计强度，最低值达到 105.14%。

（2）综合全部数据，平均值和立方体标准试件强度，相差不大。

（3）桩基本身是竖向结构，构件组成的混凝土拌合物在逆上过程中，造成组份不均匀存在。

3 结论

（1）锯切后芯样一般不能符合抗压试件的要求。

（2）经营石材加工的平台锯切机，由于锯片很大，切割出来端面蹭刮棱角较多，多数边缘不整齐。

（3）直接锯切后芯样用压力机压出来的结果，比端面处理后的抗压强度降低 10%～30%，在本案例中平均降低了 23.5%。