桩基工程属于地下隐蔽工程, 由于灌注桩施工工艺及复杂的地质条件, 施工过程中易出现质量问题且较难检验, 又由于桩基础受力的重要性, 对大直径灌注桩成桩质量的精确检验尤为重要, 尤其是在检测方法的选择上。基桩钻芯法是检测冲 (钻) 孔桩、旋挖桩、人工挖孔桩质量的一种有效手段, 不受场地限制, 特别适用于大直径混凝土灌注桩的检测。钻芯检测是采用金刚石岩芯钻探技术和施工工艺, 对桩基工程中的基桩、钻取混凝土芯样及桩端持力层性状的检测方法。在基桩检测中已有多年应用经验, 以直观、精确等优点, 在桩身完整性、桩身混凝土强度、桩长、桩底沉渣厚度、桩端持力层岩土性状的检测方面有广泛应用。但当工程桩长径比太大时, 如本工程桩长约40m, 桩径1m, 若采用钻芯法, 至少需钻进约40m方可检测到桩端持力层, 钻进过程中垂直度较难保证, 钻芯孔容易偏离桩身, 很难保证能顺利钻至桩端持力层, 检测效率低、造成资源浪费、增加检测成本。故对长径比>35的工程桩采用界面钻芯法, 即在桩基施工时, 在距桩底1m开始埋设界面钻芯管, 安装过程中保证界面钻芯管垂直度, 界面钻芯管中空, 检测时钻头可下到距桩底1m处开始钻进, 仅钻取桩底1m混凝土芯样即可到达持力层, 对桩底沉渣厚度、桩端持力层岩土性状的鉴定以及桩底混凝土的完整性和强度检测的真实性与准确性有良好保证。界面钻芯法非常适用于长径比大、桩径小的灌注桩桩底情况检测。

深圳市某中学建设项目位于深圳市南山区, 为多层公共 (教育) 建筑, 占地面积2.7万m², 设计地下室1层, 地上由1栋宿舍楼、1栋教学楼、1栋体育馆 (食堂) 组成, 层数均为6层, 最高23.9m (相对标高±0.000=5.400m) , 总建筑面积53 015.05m²。结构形式为框架结构, 体育馆屋面为型钢混凝土柱、型钢梁、压型钢板复合楼板结构。

原始地貌为海积地段, 经人工填海而成, 勘探期间场地钻孔地面标高介于3.910~7.270m, 高差为3.36m, 地面较平整, 局部稍有起伏。根据地质勘察报告揭露, 场地内地层为人工填土层 (Q^ml) 、第四系海积层 (Q^mr) 、第四系残积层 (Q^el) , 下伏基岩为燕山四期粗中粒黑云母花岗岩 (ηβ5K1) 。

水文孔隙潜水主要赋存于填土、淤泥、黏土、砾砂、砾质黏性土及全风化层中, 砾砂, 具有中等~强透水性, 富水性较好。基岩裂隙水主要赋存于强风化花岗岩裂隙中, 局部具有微承压性。

本工程采用旋挖桩, 设计总桩数为455根, 桩径1 000~1 600mm。单桩抗压承载力特征值为4 000~10 800k N, 单桩抗拔承载力特征值为300~1 300k N。ZH1~ZH4及ZH8的有效桩长≥28.0m, 且桩端应进入强风化花岗岩≥2.0m, ZH5~ZH7的有效桩长≥32m, 且桩端应进入强风化花岗岩≥6.0m。混凝土强度等级为C35, 桩端持力层为强风化花岗岩。

根据实际施工情况, 施工桩桩长达到设计长度后, 长径比可能>35。故施工过程中, 应测量并记录钻孔深度, 计算有效桩长与桩径比值 (即长径比) , 当长径比>35, 即采用界面钻芯法。

界面钻芯法:在桩基施工过程中, 预先埋入一封底钢管, 钢管距桩底约1m, 然后采用钻具, 直接钻取桩底混凝土及持力层芯样, 同时测定沉渣厚度。通过界面钻芯检测, 可确保检测到桩底混凝土质量和持力层性状、沉渣厚度, 也可测定混凝土强度。按照SJG09—2015《深圳市建筑基桩检测规程》规定:若桩长径比>35, 应全部安装声测管;当桩径≥800mm时, 还应按50%比例安装界面钻芯管, 界面钻芯检测比例应≥25%。根据规范要求, 界面钻芯管应采用钢质管材, 应具有一定的刚度和强度, 内径宜≥130mm, 壁厚宜≥4mm。本工程钢管采用钢质管材, 内径132mm, 壁厚4mm, 长度为6m, 部分钢管底部封闭。

钢筋笼焊接好后, 将界面钻芯管放在钢筋笼内侧, 约在钢筋笼底端以上1m左右。采用14定位筋, 折弯成半圆形或L形, 与主筋焊接固定, 限制界面钻芯管移位, 吊钢筋笼时防止钻芯管脱落。每段界面钻芯管设置2道定位筋, 间距4m。套管接口用卡箍, 卡箍带胶套, 必须保持上下管顺直、连接处不渗浆。接口钻杆安装如图2所示。

界面钻芯管固定在钢筋笼内后, 采用汽车式起重机吊装。吊装时采用全站仪控制垂直度, 满足设计及规范1/100的要求后, 将界面钻芯管与钢筋笼焊接牢固。吊装过程中应小心轻放, 工人辅助吊装, 避免碰撞桩孔, 并保证钢筋笼不偏斜。管顶部标高与钢筋笼标高相同, 吊装完成后, 为防止钢筋笼上浮, 界面钻芯管中注满清水。

浇筑混凝土时, 控制好下料的速度, 从远离界面钻芯管一侧浇筑混凝土, 减少对界面钻芯管的冲击。

界面钻芯与钻芯法操作相同, 采用液压高速钻机对基桩进行抽芯取样, 通过直接观察芯样和对芯样进行抗压试验, 判断桩底混凝土完整性和强度、桩底沉渣厚度及持力层情况, 是最为直接的检测手段。

其主要工序为:确定检测桩数→钻机定位→现场抽取芯样并编录拍照→有见证采取桩身抗压芯样→桩孔回灌→室内数据、资料整理、分析→编制检测报告。

钻芯法检测采用清水循环钻进, 开钻前应严格进行机座调平。先用金刚钻头将界面钻芯管管底封板钻透, 再用普通钻头钻芯取样。单回次控制在 (1.55±0.03) m, 以确保芯体完整与芯箱长度一致。每回次芯样按序摆放齐, 并及时记录、标定采取深度、照相, 详细描述芯样状况。各条桩芯抽取后, 加强养护, 严防芯样丢失。

抽芯工作全部完成后, 及时通知有关责任单位进行现场采样。

本工程长径比>35的工程桩35根, 埋设界面钻芯管18根, 界面钻芯检测9根。根据检测中心出具的检测报告, 桩底未见沉渣, 桩入岩深度满足设计要求, 桩底混凝土强度等级满足C35设计要求。

根据本工程基桩钻芯检测报告, 在52根钻芯检测桩中, 有6根桩出现了钻至一定深度遇到钢筋无法续钻的情况, 只能评价钻芯部位桩身完整性, 并无法检测其持力层厚度与岩土层性状。由此可见, 界面钻芯法在检测桩底混凝土完整性、持力层厚度及岩土层性状的优越性, 建议界面钻芯与普通钻芯法同时使用, 检测结果互为补充, 相互印证, 保证检测结果的准确性。

界面钻芯法解决了超长桩持力层检测的难题, 当长径比>35时, 若采用普通钻芯法检测, 钻芯孔容易偏离桩身, 钻孔钻出桩身或钻到钢筋的情况很常见。同时, 钻芯检测也可能钻不到持力层。采用界面钻芯法, 控制界面钻芯管安装垂直度, 保证钻取到桩底及持力层, 可确保检测到桩底混凝土强度、质量、沉渣厚度、持力层性状。同时, 本工程结合超声波检测法, 对桩身完整性进行验证。

由于界面钻芯法仅钻取桩底约1m混凝土和少量持力层, 成本大大低于普通钻芯检测, 并节省了检测时间。

界面钻芯法是香港普遍采用的检测方式, 在深圳市港方投资的多个项目中都已成功应用, 非常适用于长径比大、桩径小的灌注桩桩底情况检测。目前仅深圳市对界面钻芯法的应用做出规定, 其余地区均无界面钻芯法的应用和强制实施措施。考虑界面钻芯法在超长桩检测的效率和技术优点, 可在业内推广应用。