浅谈以钻芯法检测对PHC管桩桩身 混凝土抗压强度的评定.doc

浅谈以钻芯法检测对phc管桩桩身混凝土抗压强度的评定出处： 作者：李论1章杰春1许艳娟2 更新时间：2004年12月6日16:22前言预应力高强混凝土（phc）管桩由于其性能优良、施工便捷等诸多优点，已被广泛应用到各类建筑物的基础工程中。近十余年来，我国东南沿海地区，phc管桩取得了很大发展，创造了巨大的经济和社会效益。据不完全统计，至2001年底我国已有管桩生产企业120多家，各种不同规格的管桩产量达4500余万米，已成为我国沿海省市建筑工程中重要的桩基材料。然而在管桩使用过程中，桩身离心高强混凝土检验所引起的纠纷却时有发生。从而给设计单位、施工单位、质量检测部门带来了很多不必要的麻烦，给管桩生产企业、甲方等造成很大的经济损失。因此，尽快制定出钻芯法检测离心高强混凝土抗压强度试验方法是形势所趋，具有十分重要的意义。 正如所有离心混凝土制品一样，phc管桩桩身的混凝土由于离心过程中内、外分层的存在，导致其混凝土沿径向呈强度梯度，给现场检测和评定带来很大困难。现行国家标准gb13476-1999规定：“采用150mm150mm150mm（100mm100mm100mm）立方试块测定管桩混凝土强度”。这一规定是在国家标准gb13476-92规定：“采用?20040300中空筒形离心试件”基础上修订而来的。事实上，phc管桩混凝土真实强度与标准试块混凝土强度之间的差异，许多专家都有详细的论述和深入的研究。随着我国phc管桩使用范围的扩展及设计、使用要求的提高，近几年来越来越多的使用方要求并实施在管桩桩身上钻芯取样，用以检测phc管桩桩身混凝土强度。笔者从事管桩生产、质量控制十余年，曾多次对管桩桩身混凝土进行钻芯取样检测，现浅谈几点体会，权作抛砖引玉。phc管桩桩身混凝土强度的评定必须考虑两点：phc管桩的离心成型；混凝土的强度高。只有在检测的各环节中充分认识到上述两点，才能使检测结果符合实际情况。实际上，由于phc管桩桩身混凝土具有自身的特点，采用我国现有的钻芯法检测混凝土强度技术规程cecs03：88（中国工程建设标准委员会标准），尚存在一些问题。下面就钻芯可能涉及的问题分别加以讨论。1 检测对象当前phc管桩施工绝大多数仍采用锤击法沉桩，这种施工方法常由于地质、施工控制及管桩本身的质量原因或是期间相互配合的问题，导致phc管桩的破损，一旦出现这些问题，首先是怀疑桩身混凝土质量，正因为如此，各方讨论的结果常提出钻芯取样检测混凝土强度，这本身无可厚非，然而由于没有适用可行的规范，问题就出来了。首先是检测的对象，是不是该从已破损的管桩上直接钻取呢？笔者的看法是否定的。众所周知，混凝土具有明显的脆性，其拉压比很低（对于c80以上等级的高强混凝土，在1/20左右）。换句话说，对于已打坏的管桩，其内部混凝土结构应力集中问题十分突出，这样取得的芯样混凝土强度可能完全不具有代表性。因而用以钻芯取样的管桩绝对不可以利用已破损的（甚至是锤击过的）。问题的解决办法是可以采用与损坏的管桩同班次、同日期（类推，就近原则）生产的管桩来钻芯。上述要求，对于采用静压法沉桩施工出现破损情况同样适用。2 钻芯设备目前钻芯设备在国内市场品种多，质量相差也比较大，选用时主要应考虑其刚度、精度、动力、重量、体积等因素，并配备水冷却系统，使用时操作灵活，固定和移动方便。动力以1500w2500w为好，钻机主轴的径向晃动最好小于0.1mm，转速应在600转/分钟以上，比较理想的是900转/分钟。钻机机架不得固定在桩身上。砖头与钻机轴线同心度偏差不宜大于0.3mm，实际使用时钻头的径向晃动不宜大于1.5mm。3 芯样钻取钻取芯样时，推进速度不宜太快，否则容易损坏钻机、钻头以及影响芯样混凝土的质量，一般5mm/min8mm/min比较适宜；冷却水要具备一定的压力和流量，水压最好大于0.01mpa，流量控制在3l/min5l/min为好；芯样直径一般为70mm100mm，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（考虑到我国部分地区生产了薄壁管桩以及?300-70型的管桩，因试件尚应有足够的高径比的情况）；芯样中最好不含有钢筋（尤其是主筋），无法避免时，最多不能超过2根，并且钢筋最好能处于芯样的中部。4 芯样加工及技术要求由于芯样属小尺寸试件且混凝土的强度很高，加工时的要求也必然很高。4.1 使用特殊的切锯设备小心地切割芯样二端面，并通过磨平机进行磨平加工，必要时还应用硫磺胶泥或环氧胶泥补平，补平时可用玻璃板作为基准平板。4.2 芯样切据时，必须将离心高强混凝土的内侧浮浆、净浆及砂浆层（通常phc管桩这三部分的厚度会大于15mm）切掉，这点非常重要，这也是当前钻芯取样试验常引起纠纷的重要因素之一。事实上，由于没有必要的操作规程，切据芯样时，往往会对芯样切锯方式产生争议，因为众所周知的原因，切据离心混凝土内侧浮浆、净浆及砂浆层的多少，会直接对测试结果产生影响，所以规程应对此进行严格的限定。4.3 芯样制作完成后，其高径比最好处于1.01.2之间，任何情况下不应超过0.951.5的范围。4.4 制作好的芯样，其端面平整度、端面间的平行度、垂直度和圆整度都要严格控制，特别是平整度和平行度，对试验结果会产生很大的影响，参考有关资料并结合笔者多年的实践，芯样的平整度和平行度分别应控制在0.1mm和0.2mm以下，才能确保其外观尺寸偏差对测试结果产生的影响处于可以接受的范围；垂直度要求最大不大于2；圆整度要求不大于1.5mm。5 芯样混凝土抗压强度的确定由于芯样尺寸较小，混凝土强度很高，应特别注意压力机量程及压头与之匹配问题，否则对测试结果也会产生很大影响，另外加荷速度最好控制在0.2mpa/s0.4mpa/s的范围内。6 芯样混凝土抗压强度的确定由荷载除以承压面积得到的混凝土抗压强度不能直接作为评定phc管桩桩身混凝土强度的依据，尚应考虑以下两方面因素，即所谓高径比和钢筋含量的影响。6.1 高径比修正系数f1f1 = d/(1.5+1/)该公式来源于香港使用标准csi：1990式中，高径比；d是考虑钻取方向与成型震动方向是否相同的调整系数（当二者平行，取2.5；二者垂直，取2.3）。对于phc管桩而言，考虑到分层因素，笔者以为应取2.5较为合适；而我国钻芯法检测混凝土强度技术规程cecs03：88中高径比的修正系数是通过如下表1查找选用的。表1高径比修正参数高径比（h/d）1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0修正系数f1.001.041.071.101.131.151.171.191.211.221.24不包含于该表的高径比值可以通过内插法计算取得,这两种方法取用的修正系数十分接近。6.2 芯样中有钢筋存在时,尚应有修正系数f2f2 = 1.0+1.5(r d r)/(e l)该公式来源于香港使用标准csi:1990式中, r钢筋直径；d r钢筋轴心到芯样较近端的距离；e芯样的平均直径；l芯样的平均距离。笔者认为，钢筋的存在对芯样的测试结果有很大的影响,因为芯样尺寸很小，当钻取芯样切割钢筋时，会有很大的阻力及震动,这种阻力和震动必然使混凝土对钢筋的握裹力产生影响，而且芯样试压时,由于钢筋与混凝土的弹性模量的差异，还会对破坏产生影响。因而前面提及芯样不宜含有钢筋，当这种情况不可避免时，对钻机、钻头以及人为操作等方面提出了很高的要求。7 phc管桩桩身混凝土强度的评定尽管钻芯法测定phc管桩桩身混凝土强度是最直接的方法,避免了“中空筒形离心试件”、“立方试件”等测试方法难以评估的问题，但钻芯取样测定的方法仍有其局限性，这种局限主要体现在试件不可能做到足够大，试件制作过程环节多；对试件的外观要求太高；而且芯样的内在质量在制作过程中是否受到损伤也难以确认，这种局限最直接的后果常常会出现这种情况：同根管桩桩身上不同点钻取的芯样反映的混凝土强度差异较大（即所谓离散性大），有时这种差异甚至会高达20%以上。按传统的观点，这样的数据不具有说服力，但正如前述，钻芯法具有其他方法无可比拟的直观性，已经被业内诸多相关部门和单位的广大工程技术人员所接受和认可，而且实际工程中发生phc管桩破损时，目前也没有其他更有效测定桩身混凝土强度的方法。解决这种矛盾的方法可以用统计的方式来处理，即应充分考虑钻芯取样测定方法的诸多客观不利条件，对试验结果进行有限的让步，不是以单个芯样的强度数据来表示问题的全部，而要对整体情况进行分析，当然单个芯样的强度数据也应有最低限度来约束。参照国内外资料和总结多年的经验，以下办法应有合理之处：每根桩身上每次取芯样3个，其混凝土抗压强度（荷载除以承压面积乘以修正系数f1 ，f2）会有如下3种情况： 混凝土平均抗压强度超过相应强度等级，且单个值也超过相应强度等级； 混凝土平均抗压强度超过相应强度等级，存在单个值低于相应强度等级的85%； 混凝土平均抗压强度低于相应强度等级。第1种情况，检测结束，结论合格；第2、3种情况，尚需另外抽取9个芯样，并对这12个芯样检测结果进行综合评定，如出现下列情况，判定混凝土抗压强度不合格。 12个芯样的混凝土平均抗压强度低于标准规定强度的85%； 任一芯样的试验结果低于标准规定强度的75%。参考资料1 阮起楠 . 离心混凝土抗压强度试件分析 . 混凝土与水泥制品，1999年第1期2 章杰春 . 当前预应力高强混凝土管桩生产和