2015钻芯试验培训讲义

钻芯法

石利锋高级工程师单位：福建省建设工程物探试验检测中心联系电话Q：338001042015福建省基桩检测上岗证培训2基桩类型：1、预制桩，如，预制方桩、PHC(高强度预应力管桩)，成桩方法主要有静压、锤击，主要优点施工速度快，但抗水平能力差；2、(冲)钻孔灌注桩，成孔方法主要有冲孔、钻孔和旋挖等，高层建筑首选，抗水平能力强，施工速度慢；3、人工挖孔桩，人工作业，有时有一定危险；4、其它桩型有沉管灌注桩、水泥土桩、钢桩等。3工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。承载力检测分竖向抗压检测、竖向抗拔静载、水平静载。竖向抗压检测可用抗压静载和高应变等方法进行检测。完整性检测主要有低应变法、钻芯法、声波透射法和高应变法。桩基检测钻芯法一般应用在灌注桩上，灌注桩的缺陷包括松散、夹泥、断裂等。本方法适用于检测混凝土灌注桩的桩长，桩身混凝土强度、桩底沉渣和桩身完整性。当本方法判定或鉴别桩端持力层岩土性状时，钻孔深度应满足设计要求。41-4&US192

灌注桩常会出现缺陷，经常需要采用钻芯法检测仅有的连接混凝土检测依据混凝土桩(墙)钻芯试验

《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03：2007)《基桩钻芯法检测技术规程》(DBJ13-28-1999)

水泥土桩钻芯试验福建省工程建设地方标准

《建筑地基检测技术规程》DBJ/T13-146-2012适用范围检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩底持力层岩土性状。注意：《地基规范》规定，嵌岩灌注桩要求按端承桩设计，桩端以下3倍桩径范围内无软弱夹层、断裂破碎带和洞隙分布，在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。因此对桩端持力层进行足够深度的钻探。受检桩桩径和长径比限制：桩径≥800mm，长径比≤30。原因是：受检桩长径比较大时，成孔的垂直度和钻芯孔的垂直度很难控制，钻芯孔容易偏离桩身。为什么要做钻孔取芯法？检测数量的规定一是为工程验收做依据对于端承型大直径灌注桩，当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时，可采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层。抽检数量不应少于总桩数的10%，且不少于10根。3.3.3条第3款规定：大直径嵌岩灌注桩或设计等级为甲级的大直径灌注桩，应在规定的检测桩数范围内，按不少于总桩数10%的比例采用采用钻芯法或声波透射法检测。为什么要做钻孔取芯法？二是验证其它方法的准确性和可靠性3.4.4单孔钻芯检测发现桩身混凝土质量问题时，应在同一基桩增加钻孔验证。3.4.5对低应变法检测中不能明确桩身完整性类别的桩或Ⅲ类桩，可根据实际情况采用静载法、钻芯法、高应变法、开挖等方法验证检测。3.4.7当采用低应变法、高应变和声波透射法抽检桩身完整性所发现Ⅲ、Ⅳ类桩存在，且检测数量覆盖的范围不能为补强或设计变更方案提供可靠依据时，宜采用原检测方法，在未检桩中继续扩大检测。当原检测方法为声波透射法，可改用钻芯法。主要目的检测桩身混凝土质量情况，如桩身混凝土胶结状况、有无气孔、松散或断桩等，桩身混凝土强度是否符合设计要求（桩身）桩底沉渣是否符合设计或规范的要求（沉渣）桩底持力层的岩土性状（强度）和厚度是否符合设计或规范要求（持力层）施工记录桩长是否真实（桩长）优点钻芯法不受场地条件的限制，特别适用于大直径混凝土灌注桩。钻芯法不但可以检测灌注桩的完整性，桩长、桩底沉渣厚度以及桩底岩土层的性状，钻芯法还是检验灌注桩桩身混凝土强度，这些检测内容是其他方法无法替代的。在多种的桩身完整性检测方法中，钻芯法最为直观可靠。缺点该法取样部位有局限性，只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，存在较大的盲区，容易以点代面造成误判或漏判。钻芯法对查明大面积的混凝土疏松、离析、夹泥、孔洞等比较有效，而对局部缺陷和水平裂缝等判断就不一定十分准确。另外，钻芯法还存在设备庞大、费工费时、价格昂贵等缺点。因此钻芯法不宜用于大批量检测，而只能用于抽样检查，或作为对无损检测结果的验证手段。实践经验表明，采用钻芯法与超声法联合检测、综合判定的办法评定大直径灌注桩的质量，是十分有效的办法。钻芯设备钻取芯样宜采用液压操纵的高速钻机。钻机设备参数：额定最高转速≥790转/分、调速≥4档、额定配用压力≥1.5MPa,常用的钻机有XY-1、XY-2B等或XU-100、XU-300-2立轴回转式液压钻机。钻具：应采用单动双管钻具，并配有孔口管、扩孔器、卡簧、扶正器和课捞取松软渣样的钻具。禁止使用单动单管钻具。钻杆：直径宜为50mm。钻头选用钻头：钻头有钢粒、硬质合金和金刚石，砼取芯采用钻头是金刚石钻头。钻头外径有：76mm、91mm、101mm、110mm、130mm。选用钻头原则(7.2.3及条文说明)

1、取芯芯样试件直径不宜小于骨料最大粒径的3倍，在任何情况下不得小于骨料最大粒径的2倍（否则试件离散性较大）；钻头应根据混凝土设计强度等级选用合适粒度、浓度、胎体硬度的金刚石钻头，且外径不宜小于100mm。

2、采用商品混凝土且骨料最大粒径小于30mm时，可选用外径为91mm的钻头；

3、如果不检测砼的强度时，可选用外径为76mm的钻头。钻进要求钻进循环水采用清水冲洗，水泵的排水量应为50～160L／min、泵压为1.0～2.0MPa。冲洗液作用：清洗孔底、携带和悬浮岩粉；冷却钻头；润滑钻头和钻具；保护孔壁。锯切芯样试件用的锯切机应具有冷却系统和牢固夹紧芯样的装置，配套使用的金刚石圆锯片应有足够刚度。芯样试件端面的补平器和磨平机应满足芯样制作的要求。钻芯孔数和钻孔位置的规定＜1.2m取1～2孔，1.2m～1.6m取2孔，＞1.6m取3孔；单孔在中心偏10～15cm开孔（考虑导管附近的混凝土质量相对较差、不具有代表性，方便第二个孔的位置布置），2个或2个以上在中心偏0.15～0.25D内均匀对称布置；桩底持力层不应少于1孔，且钻进深度应满足设计要求。

《建筑地基基础设计规范》GB50007规定：嵌岩灌注桩要求按端承桩设计，桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内无软弱夹层、断裂破碎带和洞隙分布，在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。当选择钻芯法对桩身质量、桩底沉渣、桩端持力层进行验证检测时，受检桩的钻芯孔数可为1孔。垂直度要求钻芯孔垂直度偏差≤0.5％，应保证钻机在钻芯过程中不发生倾斜、移位。基桩垂直度偏差≤1%，有争议，可进行钻孔测斜。现场检测根据回水含砂量及颜色调整钻进速度钻进过程中应随时注意进尺速度、操作感觉、孔内声音及钻具突然落下的起止深度，并设专人监视孔口回水颜色和岩粉的变化，并详细记录，以便判断桩的质量状况。成桩质量良好的桩，在同一转速和压力下，进尺速度平稳，回水颜色呈灰白色。当进尺速度骤然加快或突然落下，以及回水颜色呈黄泥色时，说明在该深度处桩身混凝土疏松或存在空洞，以及含泥、夹泥等质量缺陷。对根据施工记录或动测资料推测可能在桩身某深度范围存在质量问题的桩，以及检验桩端沉渣厚度时，在钻进接近该深度时，应改用适当的钻探方法和工艺，控制转速和减少循环水量，限制回次进尺，必要时可采用无泵钻进。

现场检测严禁敲打卸芯。扩孔器外径应比钻头外径大0.3～0.5mm，卡簧内径应比钻头内径小0.3mm金刚石钻进技术参数

钻头压力：根据混凝土芯样的强度与胶结好坏而定转速：回次初转速宜为100r／min左右冲洗液量：宜采用清水钻进，冲洗液量一般按钻头大小而定每回次进尺宜控制在1.5m内，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。检测桩底沉渣或虚土厚度，应采用减压、慢速钻进，若遇钻具突降，应即停钻，及时测量机上余尺，准确记录孔深及有关情况。

现场检测当检测桩持力层为强风化岩层或土层时，钻至钻底时应停止钻进关闭循环水，提钻，计算出准确的孔深；再采用合金钢钻头干钻等适宜的钻芯方法和工艺钻取沉渣及持力层，并根据钻进进尺速度及芯样，测定沉渣厚度。对中、微风化岩的桩底持力层，可直接钻取岩芯鉴别；对强风化岩层或土层，可采用动力触探、标准贯入试验等方法鉴别。试验宜在距桩底1m内进行。芯样取出后，应由上而下按回次顺序放进芯样箱中，芯样侧面上应清晰标明回次数、块号、本回次总块数。可采用钻孔电视辅助判断混凝土质量。对芯样和标有工程名称、桩号、孔号、芯样试件采取位置、桩长、孔深、检测单位名称的标示牌的全貌进行拍照。当单桩质量评价满足设计要求时，应采用0.5～1.0MPa压力，从钻芯孔孔底往上用水泥浆回灌封闭。否则应封存钻芯孔，留待处理；经设计单位测算并提出注浆处理方案时，钻芯孔可做为高压注浆孔使用。现场检测对桩身混凝土芯样的描述包括混凝土钻进深度，芯样连续性、完整性、胶结情况、表面光滑情况、断口吻合程度、混凝土芯是否为柱状、骨料大小分布情况，气孔、蜂窝麻面、沟槽、破碎、夹泥、松散的情况，以及取样编号和取样位置。对持力层的描述包括持力层钻进深度，岩土名称、芯样颜色、结构构造、裂隙发育程度、坚硬及风化程度，以及取样编号和取样位置，或动力触探、标准贯入试验位置和结果。分层岩层应分别描述。应先拍彩色照片，后截取芯样试件。芯样试件截取当桩长小于10m时，每孔应截取2组芯样；当桩长为10～30m时，每孔应截取3组芯样；当桩长大于30m时，不少于4组。上部芯样位置距桩顶设计标高不宜大于1倍桩径或2m，下部芯样位置距桩底不宜大于1倍桩径或2m，中间芯样宜等间距截取。缺陷位置能取样时，应截取1组芯样进行混凝土抗压试验。如果同一基桩的钻芯孔数大于1个，其中一孔在某深度存在缺陷时，应在其他孔的该深度处截取1组芯样进行混凝土抗压试验。当桩底持力层为中、微风化岩层且岩芯可制作成试件时，应在接近桩底部位截取一组岩石芯样。芯样试件加工可采用单面锯或双面锯加工芯样试件，锯切过程中应淋水冷却金刚石圆锯片。芯样补平，水泥砂浆(或水泥净浆)厚度不宜大于5mm，硫磺胶泥(或硫磺)不宜大于1.5mm芯样试件的几何尺寸测量：芯样高度、平均直径、垂直度、平整度芯样试件加工芯样试件出现下列情况时，不得用作抗压或单轴抗压强度试验：试件有裂缝或有其他较大缺陷；含有钢筋；试件高度小于0.95d或大于1.05d；岩石芯样试件高度小于2.0d或大于2.5d时；沿试件高度任一直径与平均直径相差达2mm以上时；不平整度在100mm长度内超过0.1mm；不垂直度超过2°；直径小于2倍表观粗骨料最大粒径。芯样试件抗压强度试验制作完毕可立即进行试验。抗压强度试验应按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081的有关规定执行。若发现芯样平均直径小于2倍粗骨料最大粒径，且强度值异常，不参与评定。桩底岩芯单轴抗压强度试验可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007附录J执行

芯样试件抗压强度计算某个芯样的平均直径为99.5mm，高度101.3mm，在压力机上的破坏荷载为244.3kN，则该芯样试件混凝土抗压强度31.4Mpa。桩身混凝土强度判定混凝土芯样试件抗压强度代表值的确定：每组芯样代表值为平均值，作为该组混凝土芯样试件抗压强度检测值；同一深度部位的多组芯样检测值的平均值为该桩该深度处混凝土芯样试件检测值；取同一受检桩不同深度位置的检测值中的最小值，作为该桩芯样抗压强度检测值；持力层性状应根据芯样特征、岩石芯样单轴抗压强度检测值、动力触探或标准贯入试验结果综合判定或鉴别。桩身混凝土强度计算案例某混凝土灌注桩，桩径1.2m，桩长20m，设计为C30水下混凝土。钻芯2孔，每孔同一深度部位截取3组芯样，芯样强度如下表所示。请依据（JGJ106-2014），回答下列问题：（1）计算混凝土芯样试件的抗压强度代表值；（2）该工程桩混凝土强度是否满足设计要求？序号第1组第2组第3组1号孔32.328.630.027.131.128.231.431.029.22号孔33.632.531.430.031.229.129.830.534.3解答：（1）取1组3块试件强度换算值的平均值为该组混凝土芯样试件抗压强度检测值。同一受检桩同一深度部位有多组混凝土芯样试件检测值时，取其平均值为该基桩该深度处混凝土芯样试件抗压强度检测值。受检桩中不同深度位置的混凝土芯样试件抗压强度检测值中的最小值为该桩混凝土芯样试件抗压强度检测值。计算结果如下：序号第1组第2组第3组1号孔30.328.830.52号孔32.530.131.5同组平均31.429.531.0

因此，混凝土芯样试件的抗压强度检测值为29.5MPa。（2）29.5MPa<30MPa，判定该工程桩混凝土强度不满足设计要求。检测结果评价及判定桩身完整性类别应结合钻芯孔数、现场混凝土芯样特征、芯样单轴抗压强度试验结果综合判定成桩质量评价应按单桩进行。当出现下列情况之一时，应判定该受检桩不满足设计要求受检桩混凝土芯样试件抗压强度检测值小于混凝土设计强度等级的桩桩长、桩底沉渣厚度不满足设计要求桩底持力层岩土性状（强度）或厚度不满足设计要求当桩基设计资料未作具体规定时，应按国家现行标准判定成桩质量。钻芯法与低应变、声波透射法的关系当采用低应变法或声波透射法测出某大直径桩在较深部位有严重缺陷时，往往采取钻芯法验证。然而，不同检测方法有时会出现不一致的结果，这可能是由于低应变法或声波透射法方法误判造成的，更有可能是两种方法各自的局限性而造成的矛盾。由于低应变法的测试结果反映的是桩身某个截面的集总特性，对桩的局部严重缺陷并不能准确定位；而钻芯法只能反映钻孔范围内的小部分混凝士质量。所以，对于低应变法测出的局部缺陷采用钻芯法验证时，往往难以抽中缺陷。这时，只有增加钻孔的数量方能准确判定。钻芯法与低应变、声波透射法的关系超声波法虽能确定局部缺陷的位置，但采用钻芯验证时，有时也会出现相互不一致的结果。原因有以下三点：第一、钻芯法中钻孔存在一定的偏斜，当缺陷位置较深时，钻孔就可能偏离缺陷区；第二，超声法只能确定缺陷与声测管的相对位置，当声测管不垂直，使得桩顶声测管平面位置与缺陷处声测管的平面位置不相同时，会使得钻孔定位不准；第三，对于靠近钢筋笼附近的局部缺陷，因钻孔可能出现偏斜使得钻孔定位不能靠近钢筋笼，也可能出现验证不符的情况。问题1：判别桩身完整性类别。答：Ⅰ类桩典型芯样照片一问题2：若设计桩端持力层为中等风化岩，请判别桩端持力层岩土性状（含厚度）是否满足设计要求？

答：不满足设计要求。问题1：判别桩身完整性类别。答：IV类桩典型芯样照片二问题2：若设计桩端持力层为中等风化岩，请判别桩端持力层岩土性状（含厚度）是否满足设计要求？答：不满足设计要求。问题3：若设计桩端持力层为强风化岩，请判别桩端持力层岩土性状（含厚度）是否满足设计要求？答：满足设计要求。4243福州东二环-福新路高架桥桩基工程，超声波检测发现局部有明显缺陷，后经开挖验证，在2.0-2.5m