淺談鉆芯檢測(cè)法在湖南高速公路橋梁樁基工程中的應(yīng)用
2015-12-03
一、概述
隨著湖南高速公路建設(shè)的發(fā)展，橋梁樁基工程被大量的應(yīng)用。由于樁基屬于地下隱蔽工程，因此對(duì)樁基的質(zhì)量檢查是十分的重要。
樁基礎(chǔ)在橋梁工程中，主要有鉆孔灌注樁與挖孔灌注樁。樁基的質(zhì)量檢測(cè)方法主要常用的有：超聲波檢測(cè)法、低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法、鉆芯取樣檢測(cè)法等。超聲波與低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法屬無(wú)破損檢測(cè)法，對(duì)于重要工程或重要部位的樁基宜逐根進(jìn)行，而鉆芯檢測(cè)法屬局部破損檢測(cè)法，應(yīng)按照規(guī)定的抽檢比例及對(duì)樁的質(zhì)量有疑問(wèn)時(shí)采用。通過(guò)鉆芯檢測(cè)法可以判斷樁身的完整性、混凝土強(qiáng)度、樁長(zhǎng)、樁底沉碴及持力層性狀能否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。
二、芯樣鉆取的要求
在鉆芯檢測(cè)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(duì)整個(gè)樁基質(zhì)量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。鉆取的混凝土芯樣可分為兩種狀況，一種是形狀規(guī)則完整、表面平整光滑；另一種是取出的芯樣表面粗糙，完整性差，粗骨料與水泥膠結(jié)差，甚至難于鉆取完整的芯樣。產(chǎn)生后一種芯樣的原因除了由于樁基本身質(zhì)量較差外，還與鉆探設(shè)備、操作工藝導(dǎo)致芯樣破損有關(guān)。顯然，由操作引起的芯樣不完整性不能代表該樁的混凝土質(zhì)量。因此，鉆取芯樣過(guò)程，要求保證芯樣的原狀性、代表性，對(duì)不完整的、破碎的芯樣要能作出準(zhǔn)確的分析判斷。
1、鉆機(jī)的使用要求
應(yīng)選擇有資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)的鉆探單位進(jìn)行鉆芯取樣工作。鉆機(jī)應(yīng)選擇振動(dòng)小、調(diào)速范圍廣、扭矩大、液壓操縱的高速鉆機(jī)。鉆機(jī)設(shè)備安裝必須水平、周正、穩(wěn)固，如鉆機(jī)不穩(wěn)，則鉆機(jī)容易發(fā)生晃動(dòng)、位移，這不僅影響芯樣質(zhì)量，也影響鉆機(jī)的使用壽命，且容易發(fā)生卡鉆。
2、鉆取混凝土芯樣直徑的選擇
《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ053）規(guī)定芯樣直徑應(yīng)為混凝土所用集料最大粒徑的3倍，一般為150mm或100mm。樁基所用粗集料最大粒徑一般為40mm，則取芯直徑應(yīng)為120mm，但芯樣直徑大，取芯費(fèi)用較高。因此，通常是選用100mm左右的芯樣直徑。
3、取芯要求
取出的芯樣要自上而下按順序編號(hào)排列，不得顛倒、丟失、更換，芯樣上寫明孔號(hào)、回次數(shù)、起至深度、總塊數(shù)、塊號(hào)，并在取樣試驗(yàn)前及時(shí)拍攝芯樣全部照片。取芯過(guò)程及取出的芯樣應(yīng)由監(jiān)理工程師監(jiān)督檢查及驗(yàn)收，芯樣還應(yīng)妥善進(jìn)行保存。
三、鉆芯取樣判斷樁身完整性
樁基需要進(jìn)行鉆芯取樣的情況有：①按樁基總數(shù)的百分率抽檢（公路施工手冊(cè)《橋梁》提供的比例為5%～10%）。②對(duì)樁的質(zhì)量有疑問(wèn)，這疑問(wèn)有二方面：一是施工過(guò)程發(fā)現(xiàn)的疑問(wèn)；二是進(jìn)行無(wú)破損檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常提出的疑問(wèn)，對(duì)此，檢測(cè)單位往往建議進(jìn)行鉆芯檢測(cè)作進(jìn)一步的判斷。因此，鉆芯檢測(cè)結(jié)果，對(duì)樁基的取舍處理是至關(guān)重要。根據(jù)鉆芯檢測(cè)法判斷樁身的完整性及質(zhì)量狀況就一定要做到準(zhǔn)確可靠。
影響樁身完整性及質(zhì)量的主要缺陷有：斷樁、夾泥樁、縮徑、樁底沉渣太厚、混凝土離析、膠結(jié)差、強(qiáng)度不足等。在取芯過(guò)程，遇到鉆進(jìn)速度突然加快，則可能鉆遇斷層、夾層、混凝土嚴(yán)重離析層、縮徑層、灌注時(shí)坍落進(jìn)入樁身的砂土等，遇此情況應(yīng)立即停鉆，測(cè)量孔深位置，記錄異常情況，然后才可繼續(xù)鉆進(jìn)穿過(guò)病害層并取出相應(yīng)層位的芯樣。對(duì)局部缺陷的樁，如夾泥、縮徑等，因缺陷范圍只占樁截面的部分，則有可能取芯孔未穿過(guò)該部分而未能發(fā)現(xiàn)缺陷，從而留下事故隱患。對(duì)此，當(dāng)施工過(guò)程或無(wú)破損檢測(cè)懷疑樁基有此類缺陷，就應(yīng)增加鉆芯孔數(shù)，鉆孔位置布置時(shí)可將孔位偏向外側(cè)，如按等距離布置三個(gè)鉆孔取芯，這樣才能比較準(zhǔn)確反映此類樁的缺陷情況。鉆孔布置一般又不能太靠近邊緣，且鉆孔要垂直鉆進(jìn)，否則易碰上鋼筋籠而無(wú)法鉆進(jìn)或鉆眼斜出樁體外而取不到芯樣。
樁身出現(xiàn)缺陷的原因主要有：清孔不徹底、灌注水下混凝土過(guò)程中導(dǎo)管進(jìn)水、坍孔等。對(duì)挖孔樁非水下灌注混凝土，如孔內(nèi)有一定的滲水量，在混凝土澆筑過(guò)程中間又有停頓，混凝土頂面易形成積水層，如積水達(dá)到一定量又未能排除，繼續(xù)澆筑混凝土則該處會(huì)出現(xiàn)混凝土嚴(yán)重離析、膠結(jié)不良的缺陷。
四、芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
鉆取芯樣之后，除了對(duì)樁基的完整性作出評(píng)價(jià)外，當(dāng)混凝土試塊強(qiáng)度不足或?qū)υ噳K的強(qiáng)度結(jié)果有懷疑時(shí)，應(yīng)對(duì)鉆取的芯樣取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)樁身混凝土強(qiáng)度作出評(píng)價(jià)。影響混凝土芯樣強(qiáng)度的因素很多，除了原材料、施工工藝方面的因素外，芯樣試件的取樣位置、試件的尺寸及數(shù)量等方面也是重要的影響因素。因此，如何選擇具有代表性的試件是評(píng)價(jià)樁身混凝土強(qiáng)度的重要條件。
1、取樣位置的影響
一根樁的芯樣通常都比較長(zhǎng)，選取芯樣抗壓的試件只是其中的很小一部分，而樁身混凝土灌注過(guò)程受到許多不確定因素的影響，取出的芯樣在各個(gè)不同的位置強(qiáng)度差別就可能比較大，如有些部位混凝土膠結(jié)較差、骨料較少、試樣表面粗糙，這些部位強(qiáng)度一般都比較低，如芯樣表面光滑、完整，則強(qiáng)度會(huì)比較高。要如何取樣，現(xiàn)在試驗(yàn)規(guī)程還沒(méi)有一個(gè)明確的規(guī)定。因此，會(huì)出現(xiàn)不同的取樣位置會(huì)有不同的試驗(yàn)結(jié)果，這樣就容易出現(xiàn)爭(zhēng)議。公路施工手冊(cè)《橋梁》2000版介紹的取樣方法是每根樁按不同位置采取3個(gè)試件，也沒(méi)能說(shuō)明取樣位置是如何確定。從對(duì)質(zhì)量嚴(yán)格要求的角度出發(fā)，應(yīng)取最差部位的芯樣進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，但持不同觀點(diǎn)認(rèn)為，最差部位如混凝土離析、膠結(jié)差等是屬于工藝操作問(wèn)題，該部位芯樣不能代表混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，不能象混凝土試塊那樣取樣過(guò)程拌和料比較均勻，試件制作比較標(biāo)準(zhǔn)，代表性比較好。因此，如何選取具有代表性的芯樣試件，應(yīng)該有一個(gè)比較具體的規(guī)定。
按不同取樣位置、取樣方法，在湖南邵懷高速公路高架橋樁基工程進(jìn)行了三根樁的取樣試驗(yàn)對(duì)比，對(duì)比條件是把芯樣按外觀情況相對(duì)分為好、中、差三種，然后按好、中、差三種芯樣的不同組合進(jìn)行取樣，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
取樣方法說(shuō)明：1#樁是按上、中、下三個(gè)部位，取好、中、差三種芯樣，各種芯樣截取一組三個(gè)試件。
2#樁是按上、中、下三個(gè)部位，各部位取好、中、差三種芯樣作為一組。
3#樁是按取芯鉆探編號(hào)取樣，每鉆號(hào)各取一個(gè)中等芯樣試件。
從表1取芯抗壓結(jié)果分析，不同的取樣方法對(duì)樁基混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度評(píng)定影響很大。例如1#樁好的一組芯樣強(qiáng)度為45Mpa，差的一組只有27.5 Mpa，組間差值比較大；2#樁三組芯樣都是取好、中、差三種芯樣組合，同組各試樣之間的強(qiáng)度差值也非常大；3#樁全部取中等的芯樣試件，各組試件與各單個(gè)試件之間強(qiáng)度就比較接近。由此可以看出，抽取好的芯樣與抽取差的芯樣，對(duì)芯樣的強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果有很大的差異，因而很有必要對(duì)芯樣強(qiáng)度試件取樣方法作一個(gè)合理的規(guī)定。
芯樣強(qiáng)度是以單個(gè)測(cè)值還是以三個(gè)一組測(cè)定值進(jìn)行評(píng)定也會(huì)有較大差異。以2#樁為例，中部一組三個(gè)試件抗壓強(qiáng)度分別為23.9 Mpa、31.7 Mpa、34.2 Mpa。如按單個(gè)測(cè)定值的最低值評(píng)定，其值為23.9 Mpa，按三個(gè)一組平均值為29.9 Mpa，按《公路工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTJ053規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)抗壓試塊以3個(gè)試件的平均值作為測(cè)定值，如任一個(gè)測(cè)值與中值的差值超過(guò)15%時(shí)，以中間值作為測(cè)定值，按此評(píng)定該組評(píng)定值為31.7 Mpa，因此不同的評(píng)定方法會(huì)作出不同的評(píng)定結(jié)果。
2、芯樣抗壓強(qiáng)度的換算
在施工技術(shù)規(guī)范中，是以邊長(zhǎng)15cm的立方體試塊的強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。因此，芯樣強(qiáng)度必須根據(jù)其直徑、高徑比轉(zhuǎn)換成立方體試塊的強(qiáng)度。這種轉(zhuǎn)換包括三個(gè)部分內(nèi)容：①芯樣試件長(zhǎng)度與直徑比（高徑比）的換算。②不同直徑芯樣的強(qiáng)度換算成直徑15cm的強(qiáng)度。③圓柱體試件強(qiáng)度換算成標(biāo)準(zhǔn)方塊試件強(qiáng)度。根據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》及公路施工手冊(cè)
《橋梁》提供的換算系數(shù)參見(jiàn)表2、表3、表4。
根據(jù)上面3表?yè)Q算值，當(dāng)有一芯樣直徑為100mm、長(zhǎng)度為100mm、芯樣抗壓強(qiáng)度為28 Mpa，則換算為標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度為：28.0×0.89×1.03×1.20=30.8 Mpa。
根據(jù)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》CECS 03：88規(guī)定,高度和直徑均為100mm或150mm芯樣試件的抗壓強(qiáng)度值可直接作為混凝土的強(qiáng)度換算值。依此，上述芯樣抗壓強(qiáng)度28.0Mpa，就不用換算可直接作為換算值。
從上述二種芯樣抗壓強(qiáng)度的換算方法可以看出其評(píng)定結(jié)果也有一定的差異。
五、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，不同的取芯位置、取樣方法，不同的芯樣直徑、強(qiáng)度換算方法等對(duì)樁基的質(zhì)量評(píng)定都會(huì)有很大的影響，因而就不容易從客觀上對(duì)樁基質(zhì)量作出準(zhǔn)確的認(rèn)定。為此，建議對(duì)橋梁樁基鉆芯檢測(cè)應(yīng)制定出專用的試驗(yàn)檢測(cè)評(píng)定方法，對(duì)取芯位置、取樣方法、芯樣直徑、強(qiáng)度換算、異常值舍棄等作出明確的規(guī)定。
