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摘要：目前，在现代建筑工程施工中，为了确保桩基施工质量，需要对桩基的完整性进行质量检测。而钻芯法检测技术，操作方便，检测精度高，具有代表性，同时，钻芯法中岩石芯样试件的制备，特别是芯样的直径及高径比一直是大家忽视的问题。本文对这两个问题进行了探讨，明确了基桩钻芯法对桩底持力层钻探的要求，尤其对岩溶地区的基桩钻芯提出了更高的要求。同时，借鉴其他行业规范，对芯样的直径及高径比提出了相对合理的标准。
关键词：基桩检测；钻芯法；桩底持力层；抽芯法；岩溶；岩石芯样
1、概述
钻芯检测法在桩基础的施工中有着重要的作用，在检测混凝土灌注桩方面应用较广。主要用于检测灌注桩的混凝土强度、桩身完整性、桩长、沉渣厚度，判定或鉴别桩端持力层岩土性状。尤其是桩端持力层岩土性状的准确判定或鉴别直接关系到受检桩的使用安全。然而，行标《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 1006－2003）中对桩底持力层钻探的要求较为简单；同时，岩石芯样试件单轴抗压强度试验是判断持力层岩土性状一个重要手段。长期以来，钻芯法中岩石芯样试件的制备，特别是芯样的直径及高径比一直是大家忽视的问题，行业的规范、标准也大都回避了此问题。为此本文通过对一个基桩钻芯法工程实例的分析，对基桩钻芯法对桩底持力层钻探的要求进行了探讨；同时，根据多年的工作实践，对芯样的直径及高径比提出了相对合理标准。
2、桩底持力层钻探的要求
2.1工程实例
某医院一期场地占地面积约15000m2，建筑物规模3～18层，主体建筑物为住院大楼，基础采用冲孔灌注桩，桩径1.6m。场地地层自上而下为：
1）第四系冲洪积层（Qal+pl）
粉质粘土：可塑状态。层厚 0.90～10.80 m。
粉砂：饱和，松散－稍密状态。层厚 0.30～4.30 m
2）第四系沼泽相沉积层（Qh）
泥炭质粉质粘土：含大量朽木，软塑状态。层厚 0.50～12.10 m，层顶埋深0.00～6.60m。
3）第四系残积层（Qel）
砂质粉质粘土：局部分布，由泥质粉砂岩风化残积而成，可塑状态。层厚 1.40～6.50m，层顶埋深2.50～4.20m。
4）石炭系下统大理岩（C1）：坚硬岩，层顶埋深 0.00～12.10 m。大理岩岩面起伏大，隐伏型岩溶较发育。
一期场地冲孔桩 33 根，图1为其中17号桩的钻芯结果：17－1号钻芯孔桩底 1.97 m 发现土层、17－2号钻芯孔桩底为完整基岩、17－3号钻芯孔在 29.89～29.47m段为碎岩，三个钻孔同处一个基桩内距离 0.3～0.7m，岩芯差异悬殊。分析17－1号钻芯孔孔桩底土为溶槽，经研究作注浆处理。
图1 某医院冲孔桩17号桩的钻芯结果.png)
同时，钻芯检测及勘察钻探出现岩芯半边岩现象（见图 2、图 3），钻孔只要稍稍偏离完全可能出现钻入岩石或是钻入溶洞两种结果。
图2 勘察钻探出现岩芯半边岩现象.png)
图3 钻芯检测出现岩芯半边岩现象.png)
2.2桩底持力层钻探的要求
行标《建筑基桩检测技术规范》（JGJ1006－2003）中7.3.1条第三款规定：对桩底持力层的钻探，每根受检桩不应少于一孔，且钻探深度满足设计要求。显然，此要求较为简单。其一，每根受检桩不应少于一孔对于特殊地质条件显然不够；其二，只对一孔的钻探深度提出了要求，同桩的其他钻芯孔钻探深度没有明确。
从上述工程实例可以看出：对于17号桩的钻芯检测，如果只将保证17－2号钻芯孔钻探深度满足设计要求，那么该孔桩底为完整基岩。这就导致对17号桩的质量错误的判断，后果十分严重。
岩溶作为一种复杂的地质现象，其空间发育和分布在宏观上虽有一定规律，但在微观上几乎无规律可循，具体表现为钻孔在平面上移动很小的距离，所揭露出的岩芯岩溶情况可能完全不同或差异很大。此外，由于施工勘察时对钻孔数量、钻孔间距等的限制，土洞、溶洞、溶槽、溶隙现象未充分揭露。因此，为了消除隐患，确保检测工作的科学性、准确性，建议岩溶等复杂地质条件场地每根受检桩各孔均应钻入岩层足够深度，深度满足设计要求。
行标只对一孔的钻探深度提出了要求，同桩的其他钻芯孔钻探深度如何确定？建议其余孔钻入桩底持力层深度不宜小于1m。这是因为：桩基钻芯检测中，钻进时还要求“当持力层为中、微风化岩石时，可将桩底0.5m 左右的混凝土芯样、0.5m 左右的持力层以及沉渣纳入同一回次”。为了确保0.5m 左右的持力层，规定钻入桩底持力层深度不宜小于1m。
此外，规范要求“对桩底持力层的钻探，每根受检桩不应少于一孔，且钻探深度满足设计要求”，如果设计未有明确的要求时该如何处理？建议规定：钻探深度满足进入持力层3倍桩径且不少于5m。这是因为：《建筑地基基础设计规范》GB 50007－2011 规定：“嵌岩灌注桩端以下3倍桩径且不小于5 m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面。”
3、桩底岩石芯样直径及高径比问题
3.1岩石芯样直径的确定
行标《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 1006－2003）中7.5.5条规定：“桩底岩石芯样试件单轴抗压强度试验时可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）附录 J 执行”，该附录要求：“岩石芯样试件尺寸一般为Φ50 mm×100 mm”，即通常讲的“高径比 2∶1 的小芯样”。在国标《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266－99）第 2.7.3 条中也规定，试件直径宜为 48～54 mm，高径比宜为 2.0～2.5。
目前，在桩基钻芯检测中，Φ50 mm 岩石芯样试件获取几乎没有可能。这是因为：第一，在桩基钻芯检测中要求钻具外径不宜小于100mm。现场普遍采用101 mm 外径83mm 内径的单动双管钻具和金刚石钻头，钻取的芯样直径在 83 mm 左右。采用较大直径的钻具的优点是提高了桩身混凝土的采取率、岩样获得率，以便较客观、准确地反映桩身混凝土、沉渣、持力层的情况。第二，钻芯检测中钻进时要求“当持力层为中、微风化岩石时，可将桩底0.5m 左右的混凝土芯样、0.5m 左右的持力层以及沉渣纳入同一回次”。亦即在钻头入岩时不宜变换钻头的直径。实际上由桩长、进尺等偏差，很难实现钻头刚入岩即换变小直径钻头的愿望。第三，考虑到岩石属不均质体，为降低其节理、裂隙等结构面对岩样试件抗压强度的影响，为减小不同试件间强度的离散，宜采用较大直径的钻头。第四，由于和桩底接触部位的岩石对单桩抗压承载力最为关键，应尽可能采取此部分岩样进行抗压试验。综合以上多种因素，要求采用“小钻头”钻取，获取Φ50 mm 岩石芯样试件技术上是不太可能的。
3.2岩石芯样高径比的确定
在最早的中国工程建设标准化委员会标准《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS 03：88）中将高径比为 2∶1的混凝土芯样试件强度换算成 1∶1的时，乘以1.24的系数，亦即将高径比为1∶1 的混凝土芯样试件强度换算成2∶1的时，乘以0.81的系数。在《工程地质试验手册》（中国铁道出版社，1995）表4.3.5中提供的统计数据表明，高径比为2∶1的岩石芯样试件强度是高径比 1∶1的0.85～0.90倍。在交通行业标准《公路工程岩石试验规程》（JTG E41－2005）中提出了将任意高径比的抗压强度 R 换算成高径比为2∶1 的标准强度值Re的公式：.png)
因此，关于岩样高径比，为了能使其和现行相关标准相协调，应在条件允许时，尽可能采用高径比为2∶1的芯样试件。当无法采取、制做时，可采用1∶1的试件，抗压试验后再将其抗压强度进行换算，换算可采取上述系数或公式。
4、建议
1）岩溶等复杂地质条件场地每根受检桩各孔均应钻入岩层足够深度，深度满足设计要求。
2）对桩底持力层的钻探，每根受检桩不应少于一孔，且钻探深度满足设计要求；其余孔钻入桩底持力层深度不宜小于 1 m。
3）对桩底持力层的钻探，每根受检桩不应少于一孔，且钻探深度满足设计要求。如设计未有明确的要求时，钻探深度满足进入持力层 3 倍桩径且不少于 5 m。
4）获取 Φ50 mm 岩石芯样试件实际工作中是不太可行的，建议芯样试件直径在 83mm 左右。
5）岩石芯样试件高径比应在条件允许时，尽可能采用高径比为 2∶1 的芯样试件。当无法采取、制做时，方可采用 1∶1 的试件，抗压试验后再将其抗压强度进行换算。
参考文献：
[1]中国建筑科学研究院.JGJ1006－2003建筑基桩检测技术规范[S].
[2]中国建筑科学研究院.GB 50007－2011 建筑地基基础设计规范[S].
[3]铁道部第一勘测设计院编.工程地质试验手册[M].北京：中国铁道出版社，1995.
[4]中国建筑科学研究院.GB50007－2002 建筑地基基础设计规范[S].
[5]中交第二公路勘察设计研究院.JTG E41－2005 公路工程岩石试验规程[S].
论文作者:曹丽军
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/19
标签：岩石论文; 深度论文; 直径论文; 岩溶论文; 抗压强度论文; 钻头论文; 桩基论文; 《基层建设》2016年13期论文;