摘要：钻芯法在检测灌注桩桩长、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩端岩土性状，判定桩身完整性类别等方面非常直观，往往能够取得较好的检测效果。钻芯法用来检测桩身混凝土强度时却受到钻进工艺、芯样试件制作方法及其尺寸等诸多方面因素的影响。本文结合工程实例的试验数据介绍了以上因素对钻芯法检测桩身混凝土强度的影响程度，综合国家有关现行规范推倒出了芯样试件抗压强度和混凝土立方体强度的换算公式，并对检测结果和桩身设计混凝土强度等级的关系进行了讨论。

0 前言

      目前，检验桩身质量的方法有低应变法、高应变法、钻芯法和声波透射法。随着大直径桩的应用，钻芯法的应用越来越多。钻芯法在检测灌注桩桩长、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩端岩土性状，判定桩身完整性类别等方面非常直观，往往能够取得较好的检测效果。但钻芯法用来检测桩身混凝土强度却受到钻进工艺、芯样试件制作方法及其尺寸等诸多方面的影响，其检测结果的应用更有值得探讨的地方。本文结合一基桩钻芯检测实例，综合应用我国现行的有关规范，并参照这些规范编制专家的意见，对钻芯法检验桩身混凝土强度的有关问题进行分析探讨，供同行讨论。

1 钻芯检测实例

   济南市某重点工程采用人工挖孔桩，桩径900～1500mm，总桩数568支，以石灰岩作为桩端持力层，设计混凝土强度等级C40。该工程采用低应变法、高应变法、钻芯法、声波透射法及桩端地质雷达等多种检测方法。钻芯采用XY－1型地质钻机，采用Φ89合金钻具，选取外观质量中等芯样，加工后进行抗压试验，加工后岩芯试件尺寸Φ72×144，经试压，芯样试件平均试验压力为108kN，按照下式（1）计算混凝土立方体抗压强度标准值：

      f_{cu, k}= 4βF /(πd²)+5     （1）

f_cu,k——混凝土立方体抗压强度标准值；

F——芯样试件抗压试验测得的最大压力；

d——芯样试件的平均直径；

β——非标准试件折算系数，系参照《普通混凝土力学性能试验方法》（GBT50081-2002）规定的非标准尺寸测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值对200×200×200试件为1.05，对100×100×100试件为0.95内插或外推得到。

强度调整值5MPa为根据该规范附录B的条文说明得出的圆柱体试件强度转换为立方体试件强度的增加值。

按照式（1）计算，β为0.92，则

f_cu^c =f_cu+5=29.4MPa

因此，判定混凝土强度不能满足设计要求。这一结论对2家桩基施工单位和5家混凝土供应单位会造成严重的经济损失，对整个工程建设在经济、进度上会造成严重后果。因此各单位对该问题非常重视，并结合现行的多种规范进行了思考。综合考虑，作者认为式（1）的非标准试件折算系数和强度调整值5MPa均没有理论依据，并根据多种规范条文提出了自己的见解，检测单位采纳后重新取芯检测，混凝土强度满足了设计要求。

2 芯样试件抗压强度和混凝土强度等级的关系

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第4.1.1条规定：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护（温度20±3℃，相对湿度>90%）的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。为了获得质量良好的混凝土，混凝土结构成型后必须进行适当的养护，而实际构件的养护条件（温度、湿度）与标准条件很难一致，则结构中混凝土强度与试块混凝土强度之间总有一定的差异，试件混凝土强度的修正系数取为0.88。

按照《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03：88）第6.0.2条规定应根据芯样试件不同的长径比乘以混凝土换算系数α，即：

f_cu^c = 4αF /(πd²)      （2）

式中：f_cu^c ——芯样试件混凝土强度换算值；

 α——不同高径比的芯件试样混凝土强度换算系数，根据该规范6.0.2确定,其中当高径比为2.0时取1.24。

因此按照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）和《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03：88）由芯样试件抗压压力推算混凝土立方体抗压强度标准值f_{cu, k}（即混凝土强度等级）应按以下公式进行：

f_{cu, k}＝ 4αF /(0.88πd²)

即：

f_{cu, k}＝4.545αF /(πd²)         （3）

按上式计算，以上实例工程f_{cu, k}＝37.4MPa，已接近C40的设计要求。

3 钻芯法检测桩身混凝土强度的影响因素

      芯样试件的抗压强度与钻进工艺、芯样选取、试件制作精度及尺寸等因素密切相关。要确定芯样试件的抗压强度，必须按相关规范规定对各试验过程严格控制，并确定以上因素对抗压强度的影响程度。

3.1  钻进工艺

基桩钻芯法检测采用的设备主要为具有液压操纵功能的地质钻机，按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）规定，钻具应采用单动双管钻具，钻头应采用金刚石钻头或人造金刚石薄壁钻头，这与《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）中对岩层钻进的规定相一致。这是因为金刚石钻头切削刀细、破碎混凝土平稳，且由于金刚石较硬、研磨性较强，高速钻进时芯样受钻具磨损时间短，容易获得比较真实的试样。

前面实例的工程开始采用单管钻具合金钻头钻进，由于取样方法不符合规范要求，后改为采用单动双管钻具金刚石钻头对检测桩重新钻进，芯样外观质量明显提高，同样选取外观质量中等芯样加工试件后进行抗压试验，高径比1.2和1.0芯样试件的平均抗压强度分别提高18％、16％。

3.2  芯样选取

      在钻芯检测法中，钻取芯样是主要环节，采取的芯样质量好坏直接关系到对整个桩基质量评价的准确性。芯样试件不象混凝土试块那样制作标准，代表性较好。而国家规范对如何选取具有代表性的芯样试件，也没有比较具体的规定。为建立不同质量标准芯样试件间抗压强度差别程度，在实例工程采用金刚石钻头钻进的12支桩的芯样中分别选取好、中、差三种芯样制作试件（高径比1：1），三种芯样的抗压强度平均值分别为42.2MPa、37.7MPa、29.2MPa，按照式（3）计算f_{cu, k}分别为48.0 MPa、42.8MPa、33.2MPa，级差0.36。可见选取的芯件质量对抗压强度影响较大。根据中等质量芯件试样试验压力按照式（3）推算的推算混凝土立方体抗压强度标准值和试块结果较为接近。

3.3  芯样加工

芯样加工质量对混凝土强度的影响较大，因此芯样试件的加工及技术要求应符合《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03：88）的规定。作者建议：芯样直径应不小于混凝土最大粗骨料的3倍，芯样试件的高径比采用1.0，芯样锯切后应在磨平机上磨平，特别要控制试件端面与轴线的垂直度。

4 钻芯法检测数据的应用讨论

4.1 芯样试件强度和立方体强度之间关系的试验研究

   据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）7.5.4条的条文说明，为考察小芯样取芯的离散性，广东、河南、福建等6家单位在标准立方体试块中钻取芯样进行抗压强度试验，目的是排除龄期、振捣和养护条件的差异。结果表明：芯样试件强度与立方体强度的比值分别为0.689、0.848、0.895、0.915、1.106、1.106，可见试验数据离散性很大，为安全起见，该规范暂不推荐采用1／0.88对芯样强度进行提高修正。尽管普遍认同芯样强度低于立方体强度，尤其是在桩身混凝土中钻芯更是如此，但规范还是规定：当受检桩混凝土芯样试件抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级的桩判定为不满足设计要求。因为芯样试件强度很难如实反映混凝土强度等级，以此作为判断桩基施工质量的标准，对施工单位很不公平，对工程建设造成浪费。

4.2  桩身混凝土强度要求

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.5.9条规定：桩身混凝土强度等级应满足桩的承载力设计要求。桩身强度应符合下式要求：

 Q≤A_pf_cψ_c                  （4）

式中：f_c——混凝土轴心抗压强度设计值；

Q——单桩竖向承载力设计值；

A_p——桩身横截面积；

 ψ_c——工作条件系数，灌注桩取0.6～0.7（水下灌注桩或长桩时取低值）。

可以看出，桩身实际采用的混凝土强度设计值仅为《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）规定的混凝土强度设计值的60～70％，这是考虑到桩身混凝土属隐蔽施工，其混凝土施工质量不易保证。因此采用钻芯法检测桩身混凝土强度时，根据式（3）计算的混凝土立方体抗压强度标准值应为式（4）中的f_cψ_c ，即达到设计混凝土强度等级的60～70％即可满足设计要求。因此《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）规定的“当受检桩混凝土芯样试件抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级的桩判定为不满足设计要求”不符合《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的设计计算方法，应进行调整。检测结果是否满足设计要求应由设计单位根据其采用的混凝土施工工作条件系数确定。

5 结语

  由于芯样试件抗压强度和混凝土强度等级之间的关系缺乏更多的试验数据和理论根据，因此除非对混凝土试块抗压强度的测试结果有怀疑时，一般情况下不宜采用钻芯法判断混凝土强度等级。确要采用钻芯法判断混凝土强度等级时，钻进工艺、芯样试件的加工及技术要求应满足规范要求，并宜选取中等质量的芯样制作试件，并建议按照式（3）计算立方体强度。对于基桩，判断桩身混凝土强度是否满足设计要求时，应由设计单位根据其采用的混凝土施工工作条件系数确定。