运用钻芯检测法检验桩端持力层
袁杰
广州建设工程质量安全检测中心有限公司
摘要：本文根据本地区的岩性特点结合多个工程桩端持力层的特征，分析了钻芯法检验桩端持力层的重要性，对提高桩基安全性有一定的指导意义。
关键词：钻芯检测法；桩端持力层；检验
前言
基桩承载力检测是基桩检测规范的强制性条文。规范规定对设计等级为甲级、乙级的桩基；地质条件复杂、桩施工质量可靠性低；本地区采用的新桩型或新工艺的三种情况，应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力特征值。由于人工挖孔一般都是端承大直径灌注桩，一般单桩设计承载力特征值较高，由于试桩荷载大或场地限制，有时很难甚至无法进行单桩竖向抗压承载力静载检测。对此检测规范规定，可采用多种方法配合，优势互补的原则。如对混凝士灌注前的桩端持力层鉴别、深层平板载荷试验，桩端持力层钻芯鉴别(包括岩芯试件抗压强度试验等)，根据终孔时的桩端持力层岩性鉴别，来核验单桩竖向承载力是否满足设计要求。大家知道，岩石的抗压强度指标是岩石的一个最基本的参数，也是划分岩石坚硬程度的直接指标，因此，对桩端岩石持力层强度的研究，在大吨位人工挖孔桩的承载力验收检测上拥有实际和现实的意义。另一种是钻芯法测试。该试验的优点是：试验设备小型轻便，现场和室内均可进行，可用岩芯、方块体和不规则岩块进行试验，大大降低了试验成本，缩短了试验周期，在施工现场即可提供试验结果，因此对钻芯法进行研究对基桩持力层检测具有现实意义
1．桩端持力层
某商住楼位于一低山残丘的坡脚，场地地质情况依次为素填土，可塑粉质粘土层(打桩前均已挖去)；硬塑一坚硬残积土(砂质粘性土)层厚2．0—17.3m，顶板埋深0～7．8m，含水率21．3％～30．2％，N=6—28击；全风化花岗岩层厚1．3～3，7m．顶板埋深3．7～18．5m，N=32～46击；强风化花岗岩层厚0．6—4．5m．顶板埋深5．8—23．3m，N=51—85击。设计采用直径500mm的预应力管桩，R=2300kN，持力层为全风化(或强风化)花岗岩层。该批桩入土桩长6．5～15．8m。全部采取送桩方案(最大送深2．8m，)，遗留的孔洞(未回填土)全部变成集水坑，敞口式桩尖(未采用混凝土封底)成为良好的渗流通道。桩基施工情况如下：2009年4月28日打试验桩，用D50锤施打，入土桩长7．5m(含送桩0．5m)，锤击总数为342击，最后贯入度为15mm／10击。5月20日对该桩进行钻芯法试验，分10级加荷(总量为4600kN)，加荷至第9级(4140kN)时，桩顶累计沉降量为9．09mm，加荷至第10级时，累计沉降量突然增大至49．72mm，承载力仅达到设计要求的90％。由于打桩时有部分基桩上浮(如某6桩承台基桩上浮量为24mm)，故部分人认为试验桩未达到设计承载力的原因是基桩上浮。经分析，由于该试验桩为单桩，位于场
地低洼部位，从5月初开始雨水连绵，送桩遗留的孔洞变成集水坑，场地积水从敞口式桩尖渗人并软化了持力层。后在该桩侧旁作触探试验，探得敞口式桩尖下持力层的N值(比桩尖上的)低8击。经研究，于同年8月对已打人的基桩进行全面复压，复压结果下沉量≤60mm的共78根，下沉量≤100mm的共28根，下沉量≤200mm的共34根．下沉量>200mm的共19根(最大下沉量达0．5lm)。复压后对该批桩作钻芯试验，承载力全部达到设计要求，最大累计沉降量仅18mm。
2．钻芯法
钻芯法是对成桩后桩身的混凝土质量和桩端岩土性状采用钻探方法进行的检测。已成桩桩端持力层的检测一般是在检测桩身完整性时钻穿桩身混凝土后进行。钻芯采用150型液压钻机，动力为三相异步电动机，金刚石钻头单动双管钻进，钻具外径108mm，冲洗液采用清水。根据取芯率、钻进速率及冲洗液颜色的变化对桩端持力层进行评价。(1)首先在已做钻芯试验的28试点(46号桩)旁施工比对孔468#孔，该桩在成桩前对孔底进行了钻芯试验，得出对应桩长5．8m 及7．2m的极限荷载分别为4400kN、5500kN。钻探结果为：0.00---4．10m 为第四系土层；4．10m～5．20m进尺很快，返浆为黄褐色，风化程度高，碎屑呈砂土状，为花岗岩残积土，全风化带；5．20m～6．10m进尺较快，钻进不稳定，钻具略有跳动，返浆为黄褐色，碎屑呈砂砾状，局部风化不均匀出现条带状、团块状，为花岗岩全风化带；6．10m～10．30m岩芯为短柱状及碎块状，颜色为浅紫红色～青灰色，裂隙明显，进尺缓慢稳定，返浆颜色未见有明显变化，主要成分为长石、石英，为花岗岩强风化带。与5．8m处、7．2m处静载荷试验结果比较，7．20m～10．30m处钻探所反映的特征应与极限荷载5500kN相符合。
(2)同样在钻芯试验的1#试点(1号桩)旁施工比对孔1#孔。其结果为：0.00～2．50m为第四系土层；2．50m～3．80m进尺很快，返浆为黄褐色，风化程度高，原岩结构构造不易辨认，局部具可塑性，为花岗岩残积土，全风化带；3．80m～
4．50m取碎块状岩芯10余块，浅紫红色～黄褐色，裂隙发育，钻进不稳定，略有跳动，返浆为黄褐色；4．50m～5．50m进尺较快，返浆呈黄褐色；5．50m～
5．80m进尺速度减慢；5．80m～7．10m进尺又变快。通过两个比对孔的钻探情况与钻芯试验结果的对比分析，综合反映出的桩端持力层主要特征为：花岗岩风化程度不均匀，以块状为主，风镐开挖较困难，存在条带状、团块状碎块，局部夹泥线，这在2#、3#试点的P～S曲线中已得到了佐证。对10个已灌注成桩的桩端持力层的检测结果见表2。
桩
号桩瑞层理检测厚深（m）度（m）桩端持力层钻探情况评价结果
24
25
75
77
324.05.15.55.85.63.12.22.61.23.8柱状，钻进速度慢，岩性均匀符合5500kN 的要求柱状~~块状，钻进速度均匀符合5500kN 的要求不符合5500kN 的要求符合5500kN 的要求短柱状~~块状，钻进速度不稳定，符合5500kN 的
与1#比的钻探情况一致要求碎块状，钻进速度较快，返浆呈黄褐色柱状~~块状，钻进速度均匀
39
55
68
693.03.64.35.13.72.12.52.3碎块状，钻进速度不稳定，与1#比符合5500kN 对孔的钻探情况一致的要求碎块~~短柱状，钻进速度较快不符合5500k 的要求碎块~~短柱状，钻进速度较稳定符合5500kN 的要求短柱状~~块状，钻进速度不稳定，符合5500kN
与1#比的钻探情况一致的要求
475.43.0碎块~~短柱状，钻进速度较快，不符合5500
返浆呈黄褐色kN 的要求
检测结果表明75、55、47号桩的桩端持力层不能满足设计要求，要由设计方提出处理方案。
3．检验
3．1外观成型和芯样的完整性钻取芯样后，要仔细检查样体的等距离周长。并换算为直径，计算偏差及偏差率：量测芯样的垂直度及芯样倾斜程度，判断是否可以用于其他项目的检验：观察试样整体性、判断有无断层、断裂缝隙及位置、断面接茬情况：检查上下部构造的空隙大小及密实情况；则说明该基层强度不合格，需进行返工处理。
3．2各种材料分布均匀性的检查各种材料的分布均匀性检查有两种方法：a)用肉眼或放大镜观察芯样的断面质量，分清断面层次界限和级配变化；b)用直尺量取断面外露碎石的最大截面尺寸，估测石料的粒径，分析整个芯样不同规格的石料分布状况。以便了解材料的组成特点和规律，进一步分析其现场施工工艺和质量控制的效果。
3．3压实度检验对成型或部分成型的试样，根据芯样的外观情况，通常采用水中重法或蜡封法测定压实度。因此，用上述两种方法测定时，与标准干密度确定试验时的条件和影响因素发生了变化，实际测定的压实度要偏高。
3．4厚度检查厚度检查最为直观、快捷、准确。用游标卡尺成十字对称量测，读取测值的平均值；对于芯样局部或中间断裂，不能够钻取完整的具有代表性的芯样时，则可采用钢直尺十字交叉法，量取钻坑的深度(要注意该层的底面位置)，即为芯样的厚度。
3．5实际强度检测对成型的芯样加工可采用不同的方式进行。用以评价结构的内在品质，具体可参照《公路工程水泥混凝土试验规程》(J，11GE30—2005)中规定的水泥砼芯样的处理方式。对于满足尺寸要求的芯样，用压力机或路测仪试验试样的极限破坏强度，计算现场的实际强度。芯样试件砼强度换算值按下列公式计算：
F e cu =4aF/πd2
式中：Fe cu ——芯样试件砼强度换算值（Mpa）,精确至0.1Mpa；
F——样试件抗压试验测得的最大压力(N)；
d——样试件的平均直径(mm)；
a——不同高径比的芯样试件砼强度换算系数。
值得注意的是，对于高度和直径均为lOOmm或150mm芯样试件的抗压强度测值，可直接作为砼的强度换算值；对于单个构件或单个构件的局部区域，可取芯样砼强度值的最小值作为其代表值。
4．结束语
本文对人工挖孔桩的钻芯质量检验法作了简单的介绍，并通过一工程实例进行示范，旨在使大家对桩基的局部破损检测有一个较完整的、正确的认识，以便在工程实践中能恰当地运用这一方法为工程建设服务，芯样钻取是对工程实体抽样检验的一种方法。摸索其内在原因和影响因素，可实现理论设计与现场实。同时也建议国家有关部门对桥梁桩基钻芯检测尽快制定出更科学、更详细具体的试验检测评定方法，提高钻芯检测法的准确性、可操作性。
5．参考文献
【1】JTGE30—2005，公路工程水泥混凝土试验规程【S】．
【2】JTJ034—2000，公路工程路面基层施工技术规范【S】．
【3】J，I'GF80／I一2004，公路工程质量检验评定标准【S】．
【4】JTGF30—2003，公路水泥混凝土路面施工技术规范【S】．
运用钻芯检测法检验桩端持力层作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：袁杰广州建设工程质量安全检测中心有限公司城市建设理论研究（电子版）ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu2011(21)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_csjsllyj201121198.aspx
运用钻芯检测法检验桩端持力层
袁杰
广州建设工程质量安全检测中心有限公司
摘要：本文根据本地区的岩性特点结合多个工程桩端持力层的特征，分析了钻芯法检验桩端持力层的重要性，对提高桩基安全性有一定的指导意义。
关键词：钻芯检测法；桩端持力层；检验
前言
基桩承载力检测是基桩检测规范的强制性条文。规范规定对设计等级为甲级、乙级的桩基；地质条件复杂、桩施工质量可靠性低；本地区采用的新桩型或新工艺的三种情况，应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力特征值。由于人工挖孔一般都是端承大直径灌注桩，一般单桩设计承载力特征值较高，由于试桩荷载大或场地限制，有时很难甚至无法进行单桩竖向抗压承载力静载检测。对此检测规范规定，可采用多种方法配合，优势互补的原则。如对混凝士灌注前的桩端持力层鉴别、深层平板载荷试验，桩端持力层钻芯鉴别(包括岩芯试件抗压强度试验等)，根据终孔时的桩端持力层岩性鉴别，来核验单桩竖向承载力是否满足设计要求。大家知道，岩石的抗压强度指标是岩石的一个最基本的参数，也是划分岩石坚硬程度的直接指标，因此，对桩端岩石持力层强度的研究，在大吨位人工挖孔桩的承载力验收检测上拥有实际和现实的意义。另一种是钻芯法测试。该试验的优点是：试验设备小型轻便，现场和室内均可进行，可用岩芯、方块体和不规则岩块进行试验，大大降低了试验成本，缩短了试验周期，在施工现场即可提供试验结果，因此对钻芯法进行研究对基桩持力层检测具有现实意义
1．桩端持力层
某商住楼位于一低山残丘的坡脚，场地地质情况依次为素填土，可塑粉质粘土层(打桩前均已挖去)；硬塑一坚硬残积土(砂质粘性土)层厚2．0—17.3m，顶板埋深0～7．8m，含水率21．3％～30．2％，N=6—28击；全风化花岗岩层厚1．3～3，7m．顶板埋深3．7～18．5m，N=32～46击；强风化花岗岩层厚0．6—4．5m．顶板埋深5．8—23．3m，N=51—85击。设计采用直径500mm的预应力管桩，R=2300kN，持力层为全风化(或强风化)花岗岩层。该批桩入土桩长6．5～15．8m。全部采取送桩方案(最大送深2．8m，)，遗留的孔洞(未回填土)全部变成集水坑，敞口式桩尖(未采用混凝土封底)成为良好的渗流通道。桩基施工情况如下：2009年4月28日打试验桩，用D50锤施打，入土桩长7．5m(含送桩0．5m)，锤击总数为342击，最后贯入度为15mm／10击。5月20日对该桩进行钻芯法试验，分10级加荷(总量为4600kN)，加荷至第9级(4140kN)时，桩顶累计沉降量为9．09mm，加荷至第10级时，累计沉降量突然增大至49．72mm，承载力仅达到设计要求的90％。由于打桩时有部分基桩上浮(如某6桩承台基桩上浮量为24mm)，故部分人认为试验桩未达到设计承载力的原因是基桩上浮。经分析，由于该试验桩为单桩，位于场
地低洼部位，从5月初开始雨水连绵，送桩遗留的孔洞变成集水坑，场地积水从敞口式桩尖渗人并软化了持力层。后在该桩侧旁作触探试验，探得敞口式桩尖下持力层的N值(比桩尖上的)低8击。经研究，于同年8月对已打人的基桩进行全面复压，复压结果下沉量≤60mm的共78根，下沉量≤100mm的共28根，下沉量≤200mm的共34根．下沉量>200mm的共19根(最大下沉量达0．5lm)。复压后对该批桩作钻芯试验，承载力全部达到设计要求，最大累计沉降量仅18mm。
2．钻芯法
钻芯法是对成桩后桩身的混凝土质量和桩端岩土性状采用钻探方法进行的检测。已成桩桩端持力层的检测一般是在检测桩身完整性时钻穿桩身混凝土后进行。钻芯采用150型液压钻机，动力为三相异步电动机，金刚石钻头单动双管钻进，钻具外径108mm，冲洗液采用清水。根据取芯率、钻进速率及冲洗液颜色的变化对桩端持力层进行评价。(1)首先在已做钻芯试验的28试点(46号桩)旁施工比对孔468#孔，该桩在成桩前对孔底进行了钻芯试验，得出对应桩长5．8m 及7．2m的极限荷载分别为4400kN、5500kN。钻探结果为：0.00---4．10m 为第四系土层；4．10m～5．20m进尺很快，返浆为黄褐色，风化程度高，碎屑呈砂土状，为花岗岩残积土，全风化带；5．20m～6．10m进尺较快，钻进不稳定，钻具略有跳动，返浆为黄褐色，碎屑呈砂砾状，局部风化不均匀出现条带状、团块状，为花岗岩全风化带；6．10m～10．30m岩芯为短柱状及碎块状，颜色为浅紫红色～青灰色，裂隙明显，进尺缓慢稳定，返浆颜色未见有明显变化，主要成分为长石、石英，为花岗岩强风化带。与5．8m处、7．2m处静载荷试验结果比较，7．20m～10．30m处钻探所反映的特征应与极限荷载5500kN相符合。
(2)同样在钻芯试验的1#试点(1号桩)旁施工比对孔1#孔。其结果为：0.00～2．50m为第四系土层；2．50m～3．80m进尺很快，返浆为黄褐色，风化程度高，原岩结构构造不易辨认，局部具可塑性，为花岗岩残积土，全风化带；3．80m～
4．50m取碎块状岩芯10余块，浅紫红色～黄褐色，裂隙发育，钻进不稳定，略有跳动，返浆为黄褐色；4．50m～5．50m进尺较快，返浆呈黄褐色；5．50m～
5．80m进尺速度减慢；5．80m～7．10m进尺又变快。通过两个比对孔的钻探情况与钻芯试验结果的对比分析，综合反映出的桩端持力层主要特征为：花岗岩风化程度不均匀，以块状为主，风镐开挖较困难，存在条带状、团块状碎块，局部夹泥线，这在2#、3#试点的P～S曲线中已得到了佐证。对10个已灌注成桩的桩端持力层的检测结果见表2。
桩
号桩瑞层理检测厚深（m）度（m）桩端持力层钻探情况评价结果
24
25
75
77
324.05.15.55.85.63.12.22.61.23.8柱状，钻进速度慢，岩性均匀符合5500kN 的要求柱状~~块状，钻进速度均匀符合5500kN 的要求不符合5500kN 的要求符合5500kN 的要求短柱状~~块状，钻进速度不稳定，符合5500kN 的
与1#比的钻探情况一致要求碎块状，钻进速度较快，返浆呈黄褐色柱状~~块状，钻进速度均匀
39
55
68
693.03.64.35.13.72.12.52.3碎块状，钻进速度不稳定，与1#比符合5500kN 对孔的钻探情况一致的要求碎块~~短柱状，钻进速度较快不符合5500k 的要求碎块~~短柱状，钻进速度较稳定符合5500kN 的要求短柱状~~块状，钻进速度不稳定，符合5500kN
与1#比的钻探情况一致的要求
475.43.0碎块~~短柱状，钻进速度较快，不符合5500
返浆呈黄褐色kN 的要求
检测结果表明75、55、47号桩的桩端持力层不能满足设计要求，要由设计方提出处理方案。
3．检验
3．1外观成型和芯样的完整性钻取芯样后，要仔细检查样体的等距离周长。并换算为直径，计算偏差及偏差率：量测芯样的垂直度及芯样倾斜程度，判断是否可以用于其他项目的检验：观察试样整体性、判断有无断层、断裂缝隙及位置、断面接茬情况：检查上下部构造的空隙大小及密实情况；则说明该基层强度不合格，需进行返工处理。
3．2各种材料分布均匀性的检查各种材料的分布均匀性检查有两种方法：a)用肉眼或放大镜观察芯样的断面质量，分清断面层次界限和级配变化；b)用直尺量取断面外露碎石的最大截面尺寸，估测石料的粒径，分析整个芯样不同规格的石料分布状况。以便了解材料的组成特点和规律，进一步分析其现场施工工艺和质量控制的效果。
3．3压实度检验对成型或部分成型的试样，根据芯样的外观情况，通常采用水中重法或蜡封法测定压实度。因此，用上述两种方法测定时，与标准干密度确定试验时的条件和影响因素发生了变化，实际测定的压实度要偏高。
3．4厚度检查厚度检查最为直观、快捷、准确。用游标卡尺成十字对称量测，读取测值的平均值；对于芯样局部或中间断裂，不能够钻取完整的具有代表性的芯样时，则可采用钢直尺十字交叉法，量取钻坑的深度(要注意该层的底面位置)，即为芯样的厚度。
3．5实际强度检测对成型的芯样加工可采用不同的方式进行。用以评价结构的内在品质，具体可参照《公路工程水泥混凝土试验规程》(J，11GE30—2005)中规定的水泥砼芯样的处理方式。对于满足尺寸要求的芯样，用压力机或路测仪试验试样的极限破坏强度，计算现场的实际强度。芯样试件砼强度换算值按下列公式计算：
F e cu =4aF/πd2
式中：Fe cu ——芯样试件砼强度换算值（Mpa）,精确至0.1Mpa；
F——样试件抗压试验测得的最大压力(N)；
d——样试件的平均直径(mm)；
a——不同高径比的芯样试件砼强度换算系数。
值得注意的是，对于高度和直径均为lOOmm或150mm芯样试件的抗压强度测值，可直接作为砼的强度换算值；对于单个构件或单个构件的局部区域，可取芯样砼强度值的最小值作为其代表值。
4．结束语
本文对人工挖孔桩的钻芯质量检验法作了简单的介绍，并通过一工程实例进行示范，旨在使大家对桩基的局部破损检测有一个较完整的、正确的认识，以便在工程实践中能恰当地运用这一方法为工程建设服务，芯样钻取是对工程实体抽样检验的一种方法。摸索其内在原因和影响因素，可实现理论设计与现场实。同时也建议国家有关部门对桥梁桩基钻芯检测尽快制定出更科学、更详细具体的试验检测评定方法，提高钻芯检测法的准确性、可操作性。
5．参考文献
【1】JTGE30—2005，公路工程水泥混凝土试验规程【S】．
【2】JTJ034—2000，公路工程路面基层施工技术规范【S】．
【3】J，I'GF80／I一2004，公路工程质量检验评定标准【S】．
【4】JTGF30—2003，公路水泥混凝土路面施工技术规范【S】．
运用钻芯检测法检验桩端持力层作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：袁杰广州建设工程质量安全检测中心有限公司城市建设理论研究（电子版）ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu2011(21)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_csjsllyj201121198.aspx