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摘要：鉆芯法在檢測灌注樁樁長、樁底沉渣厚度，判定或鑒別樁端巖土性狀，判定樁身完整性類別等方面非常直觀，往往能夠取得較好的檢測效果。鉆芯法用來檢測樁身混凝土強度時卻受到鉆進工藝、芯樣試件制作方法及其尺寸等諸多方面因素的影響。本文結合工程實例的試驗數據介紹了以上因素對鉆芯法檢測樁身混凝土強度的影響程度，綜合國家有關現行規范推倒出了芯樣試件抗壓強度和混凝土立方體強度的換算公式，并對檢測結果和樁身設計混凝土強度等級的關系進行了討論。

0 前言

      目前，檢驗樁身質量的方法有低應變法、高應變法、鉆芯法和聲波透射法。隨著大直徑樁的應用，鉆芯法的應用越來越多。鉆芯法在檢測灌注樁樁長、樁底沉渣厚度，判定或鑒別樁端巖土性狀，判定樁身完整性類別等方面非常直觀，往往能夠取得較好的檢測效果。但鉆芯法用來檢測樁身混凝土強度卻受到鉆進工藝、芯樣試件制作方法及其尺寸等諸多方面的影響，其檢測結果的應用更有值得探討的地方。本文結合一基樁鉆芯檢測實例，綜合應用我國現行的有關規范，并參照這些規范編制專家的意見，對鉆芯法檢驗樁身混凝土強度的有關問題進行分析探討，供同行討論。

1 鉆芯檢測實例

   濟南市某重點工程采用人工挖孔樁，樁徑900～1500mm，總樁數568支，以石灰巖作為樁端持力層，設計混凝土強度等級C40。該工程采用低應變法、高應變法、鉆芯法、聲波透射法及樁端地質雷達等多種檢測方法。鉆芯采用XY－1型地質鉆機，采用Φ89合金鉆具，選取外觀質量中等芯樣，加工后進行抗壓試驗，加工后巖芯試件尺寸Φ72×144，經試壓，芯樣試件平均試驗壓力為108kN，按照下式（1）計算混凝土立方體抗壓強度標準值：

      f_{cu, k}= 4βF /(πd²)+5     （1）

f_cu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值；

F——芯樣試件抗壓試驗測得的最大壓力；

d——芯樣試件的平均直徑；

β——非標準試件折算系數，系參照《普通混凝土力學性能試驗方法》（GBT50081-2002）規定的非標準尺寸測得的強度值均應乘以尺寸換算系數，其值對200×200×200試件為1.05，對100×100×100試件為0.95內插或外推得到。

強度調整值5MPa為根據該規范附錄B的條文說明得出的圓柱體試件強度轉換為立方體試件強度的增加值。

按照式（1）計算，β為0.92，則

f_cu^c =f_cu+5=29.4MPa

因此，判定混凝土強度不能滿足設計要求。這一結論對2家樁基施工單位和5家混凝土供應單位會造成嚴重的經濟損失，對整個工程建設在經濟、進度上會造成嚴重后果。因此各單位對該問題非常重視，并結合現行的多種規范進行了思考。綜合考慮，作者認為式（1）的非標準試件折算系數和強度調整值5MPa均沒有理論依據，并根據多種規范條文提出了自己的見解，檢測單位采納后重新取芯檢測，混凝土強度滿足了設計要求。

2 芯樣試件抗壓強度和混凝土強度等級的關系

《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）第4.1.1條規定：混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。立方體抗壓強度標準值系指按照標準方法制作養護（溫度20±3℃，相對濕度>90%）的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度。為了獲得質量良好的混凝土，混凝土結構成型后必須進行適當的養護，而實際構件的養護條件（溫度、濕度）與標準條件很難一致，則結構中混凝土強度與試塊混凝土強度之間總有一定的差異，試件混凝土強度的修正系數取為0.88。

按照《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：88）第6.0.2條規定應根據芯樣試件不同的長徑比乘以混凝土換算系數α，即：

f_cu^c = 4αF /(πd²)      （2）

式中：f_cu^c ——芯樣試件混凝土強度換算值；

 α——不同高徑比的芯件試樣混凝土強度換算系數，根據該規范6.0.2確定,其中當高徑比為2.0時取1.24。

因此按照《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）和《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：88）由芯樣試件抗壓壓力推算混凝土立方體抗壓強度標準值f_{cu, k}（即混凝土強度等級）應按以下公式進行：

f_{cu, k}＝ 4αF /(0.88πd²)

即：

f_{cu, k}＝4.545αF /(πd²)         （3）

按上式計算，以上實例工程f_{cu, k}＝37.4MPa，已接近C40的設計要求。

3 鉆芯法檢測樁身混凝土強度的影響因素

      芯樣試件的抗壓強度與鉆進工藝、芯樣選取、試件制作精度及尺寸等因素密切相關。要確定芯樣試件的抗壓強度，必須按相關規范規定對各試驗過程嚴格控制，并確定以上因素對抗壓強度的影響程度。

3.1  鉆進工藝

基樁鉆芯法檢測采用的設備主要為具有液壓操縱功能的地質鉆機，按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2003）規定，鉆具應采用單動雙管鉆具，鉆頭應采用金剛石鉆頭或人造金剛石薄壁鉆頭，這與《建筑工程地質鉆探技術標準》（JGJ87-92）中對巖層鉆進的規定相一致。這是因為金剛石鉆頭切削刀細、破碎混凝土平穩，且由于金剛石較硬、研磨性較強，高速鉆進時芯樣受鉆具磨損時間短，容易獲得比較真實的試樣。

前面實例的工程開始采用單管鉆具合金鉆頭鉆進，由于取樣方法不符合規范要求，后改為采用單動雙管鉆具金剛石鉆頭對檢測樁重新鉆進，芯樣外觀質量明顯提高，同樣選取外觀質量中等芯樣加工試件后進行抗壓試驗，高徑比1.2和1.0芯樣試件的平均抗壓強度分別提高18％、16％。

3.2  芯樣選取

      在鉆芯檢測法中，鉆取芯樣是主要環節，采取的芯樣質量好壞直接關系到對整個樁基質量評價的準確性。芯樣試件不象混凝土試塊那樣制作標準，代表性較好。而國家規范對如何選取具有代表性的芯樣試件，也沒有比較具體的規定。為建立不同質量標準芯樣試件間抗壓強度差別程度，在實例工程采用金剛石鉆頭鉆進的12支樁的芯樣中分別選取好、中、差三種芯樣制作試件（高徑比1：1），三種芯樣的抗壓強度平均值分別為42.2MPa、37.7MPa、29.2MPa，按照式（3）計算f_{cu, k}分別為48.0 MPa、42.8MPa、33.2MPa，級差0.36。可見選取的芯件質量對抗壓強度影響較大。根據中等質量芯件試樣試驗壓力按照式（3）推算的推算混凝土立方體抗壓強度標準值和試塊結果較為接近。

3.3  芯樣加工

芯樣加工質量對混凝土強度的影響較大，因此芯樣試件的加工及技術要求應符合《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：88）的規定。作者建議：芯樣直徑應不小于混凝土最大粗骨料的3倍，芯樣試件的高徑比采用1.0，芯樣鋸切后應在磨平機上磨平，特別要控制試件端面與軸線的垂直度。

4 鉆芯法檢測數據的應用討論

4.1 芯樣試件強度和立方體強度之間關系的試驗研究

   據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2003）7.5.4條的條文說明，為考察小芯樣取芯的離散性，廣東、河南、福建等6家單位在標準立方體試塊中鉆取芯樣進行抗壓強度試驗，目的是排除齡期、振搗和養護條件的差異。結果表明：芯樣試件強度與立方體強度的比值分別為0.689、0.848、0.895、0.915、1.106、1.106，可見試驗數據離散性很大，為安全起見，該規范暫不推薦采用1／0.88對芯樣強度進行提高修正。盡管普遍認同芯樣強度低于立方體強度，尤其是在樁身混凝土中鉆芯更是如此，但規范還是規定：當受檢樁混凝土芯樣試件抗壓強度代表值小于混凝土設計強度等級的樁判定為不滿足設計要求。因為芯樣試件強度很難如實反映混凝土強度等級，以此作為判斷樁基施工質量的標準，對施工單位很不公平，對工程建設造成浪費。

4.2  樁身混凝土強度要求

《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）第8.5.9條規定：樁身混凝土強度等級應滿足樁的承載力設計要求。樁身強度應符合下式要求：

 Q≤A_pf_cψ_c                  （4）

式中：f_c——混凝土軸心抗壓強度設計值；

Q——單樁豎向承載力設計值；

A_p——樁身橫截面積；

 ψ_c——工作條件系數，灌注樁取0.6～0.7（水下灌注樁或長樁時取低值）。

可以看出，樁身實際采用的混凝土強度設計值僅為《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2002）規定的混凝土強度設計值的60～70％，這是考慮到樁身混凝土屬隱蔽施工，其混凝土施工質量不易保證。因此采用鉆芯法檢測樁身混凝土強度時，根據式（3）計算的混凝土立方體抗壓強度標準值應為式（4）中的f_cψ_c ，即達到設計混凝土強度等級的60～70％即可滿足設計要求。因此《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2003）規定的“當受檢樁混凝土芯樣試件抗壓強度代表值小于混凝土設計強度等級的樁判定為不滿足設計要求”不符合《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）的設計計算方法，應進行調整。檢測結果是否滿足設計要求應由設計單位根據其采用的混凝土施工工作條件系數確定。

5 結語

  由于芯樣試件抗壓強度和混凝土強度等級之間的關系缺乏更多的試驗數據和理論根據，因此除非對混凝土試塊抗壓強度的測試結果有懷疑時，一般情況下不宜采用鉆芯法判斷混凝土強度等級。確要采用鉆芯法判斷混凝土強度等級時，鉆進工藝、芯樣試件的加工及技術要求應滿足規范要求，并宜選取中等質量的芯樣制作試件，并建議按照式（3）計算立方體強度。對于基樁，判斷樁身混凝土強度是否滿足設計要求時，應由設計單位根據其采用的混凝土施工工作條件系數確定。