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1、第九章 钻芯法检测第一节 概述基桩质量检测方法有静载试验、高应变法、低应变法、声波透射法、钻芯法等，但在实际工程中，可能由于现场条件、当地试验设备能力等条件限制无法进行静载试验和高应变法检测，由于目前检测技术水平限制无法进行高应变法和低应变法检测，也没有预埋声测管或声测管堵塞无法进行声波透射法检测。钻芯法是一种可行的检测方法，因钻芯法设备安装对拟建工程场地条件要求要比静载试验和高应变法低得多，检测能力的限制条件主要受桩的长径比制约，当然它不能对预制桩和钢桩的成桩质量进行检测。钻芯法是一种微破损或局部破损检测方法，具有科学、直观、实用等特点，不仅可检测混凝土灌注桩，也可检测地下连续墙的施工质量，
2、检测地下连续墙的施工质量是钻芯法的优势所在；同时，它不仅可检测混凝土质量及强度，而且可检测沉渣厚度、混凝土与持力层的接触情况，以及持力层的岩土性状、是否存在夹层等，这一点也是目前其它检测方法无法比拟的。钻芯法借鉴了地质勘探技术，在混凝土中钻取芯样，通过芯样表观质量和芯样试件抗压强度试验结果，综合评价混凝土的质量是否满足设计要求。第二节 适 用 范 围本方法适用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩底持力层岩土性状。理论上讲，钻芯法对所有混凝土灌注桩均可检测，但实际上，当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，如果要
3、求对全桩长进行检测，一般要求受检桩桩径不宜小于800mm、长径比不宜大于30；如果仅仅是为了抽检桩上部的混凝土强度，可以不受桩径和长径比的限制，有些工程由于验收的需要，对中小直径的沉管灌注桩的上部混凝土也进行钻芯法检测。另一个问题是强度问题，适用钻芯法检测的混凝土强度的范围是多少？福建省标准基桩钻芯法检测技术规程DBJ13-28-1999规定检测基桩混凝土强度等级不宜低于C15；广东省标准基桩和地下连续墙钻芯检验技术规程DBJ15-28-2001条文说明指出，混凝土强度等级C20时，如果技术条件允许，亦可进行钻孔检测；行标JGJ106-2003未做规定。事实上，对于各种混凝土质量，即使是松散的
4、混凝土，钻芯法均可钻取出芯样，对于不是松散的混凝土而强度又比较低，钻取的芯样可能是破碎的。大量工程实践表明，钻芯法是检测钻（冲）孔、人工挖孔等现浇混凝土灌注桩的成桩质量的一种有效手段，不受场地条件的限制，特别适用于大直径混凝土灌注桩的成桩质量检测。钻芯法检测的主要目的有四个：(1) 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、蜂窝麻面、松散或断桩等，桩身混凝土强度是否符合设计要求，判定桩身完整性类别。(2) 桩底沉渣是否符合设计或规范的要求。(3) 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。(4) 测定桩长是否与施工记录桩长一致。如果仅在桩身钻取芯样，是无法判断桩的
5、入岩深度的，若要判断桩的入岩深度，还需在桩侧增加钻孔，通过桩侧钻孔结果与桩身钻芯结果比较可确定桩的入岩深度。钻芯法也可用于检验地下连续墙混凝土强度、完整性、墙深、沉渣厚度以及持力层的岩（土）性状。第三节 设 备一、宜采用液压操纵的钻机。钻机设备参数应符合以下规定：1 额定最高转速不低于790转分。2 转速调节范围不少于4档。3 额定配用压力不低于1.5MPa。二、应采用单动双管钻具，并配备相应的孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器、及可捞取松软渣样的钻具。钻杆应顺直，直径宜为50mm。根据机械破岩方式，钻进方法可分为回转钻进、冲击钻进、螺旋钻进、振动钻进等。在各种钻进工作中，使用最多的是回转钻进。
6、根据所用钻头不同，回转钻进又可分为金刚石钻进、硬质合金钻进、牙轮钻进和钢粒钻进等。回转钻进是给切削具以轴向压力，并在回转力的作用下，转动钻头，连续破碎岩石的方法。回转钻进采用回转钻机带动钻杆转动，钻杆的下面装有钻头，钻杆转动时带动钻头一起转动。但要有效破碎岩石，还必须给钻头施加一定的压力，从而使钻头能够在转动的同时切入破碎岩石。不同的钻机其加压方式也不相同，有的钻机采用液压加压的方法，给钻杆施加压力，再通过钻杆把压力传递给钻头；有的则用机械的办法给钻杆施加压力；还有的钻机本身没有加压装置，钻进时在钻头的上面接一根或几根厚壁钻杆，借此供给钻头以足够的破岩压力。基桩和地下连续墙钻芯法采用液压钻机，
7、如图11-1。图11-1 液压钻机钢粒钻进能通过坚硬岩石，但钻头与切削具是分开的，破碎孔底环状面积大、芯样直径小、芯样易破碎、磨损大、采取率低，不适用于基桩钻芯法检测。硬质合金钻进虽然切削具破坏岩石比较平稳、破碎孔底环状间隙相对较小、孔壁与钻具间隙小、芯样直径大、采取率较好，但是硬质合金钻只适用于小于七级的岩石（按综合指标划分岩石可钻性分级共有十二个级别），不适用于基桩钻芯法检测。金刚石钻头切削刀细、破碎岩石平稳、钻具孔壁间隙小、破碎孔底环状面积小、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芯样，是取得第一手真实资料的好办法，因此钻芯法检测应采用金刚石钻
8、进。灌注桩和地下连续墙的混凝土质量检测宜采用液压操纵的钻机，并配有相应的钻塔和牢固的底座，机械技术性能良好。应采用带有产品合格证的钻芯设备，钻机的额定最高转速应不低于790转分，额定最高转速最好能不低于1000转分，转速调节范围应不少于4档，额定配用压力应不低于1.5MPa，配用压力越大钻机可钻孔越深。实践证明，加大钻机的底座重量有利于钻机的稳定性，能提高混凝土芯样的质量和取样率。如果钻机使用时间太长，性能不好，可能速度上不去，或即使勉强上去了，钻杆摆动很严重，有的钻机甚至在中速运转时钻杆摆动也非常大。目前市场有比较轻便的中速钻机，最高转速只能达到500多转/分，钻机进尺慢，比正常钻机的速度慢
9、23倍，10多米的桩45天才抽完2个孔。钻芯法应采用单动双管钻具，并配备相应的孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器（又称导向器）、及可捞取松软渣样的钻具。尤其是当桩较长时，应使用扶正稳定器确保钻芯孔的垂直度。早期钻芯法采用单管钻具，实践证明，无法保证混凝土芯样的质量。钻杆的粗细也是影响钻孔垂直度的因素之一，选用较粗且平直的钻杆，由于其刚度大，与孔壁的间隙就小，晃动就小，钻孔的垂直度就易保证。钻杆应顺直，直径宜为50mm。三、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。钻头胎体不得有肉眼可见的裂纹、缺边、少角、倾斜及喇叭口变形。1）金刚石钻头基本知识金
10、刚石钻头由三部分组成，即金刚石、胎体和钻头体。金刚石钻头形式多样，基本结构如图11-2所示。（a）表镶钻头 （b）孕镶钻头1金刚石,2胎体,3钻头体,4水口 图11-2 金刚石钻头结构 金刚石是钻头的刃部，对于表镶钻头，金刚石镶嵌在胎体的表层，如图11-3a，孕镶钻头的金刚石是镶嵌在胎体之中，如图11-3b。钻头体是指钻头的钢体部分，用中碳钢制成，单管钻头的钢体长71mm，双管钻头的钢体长115mm。胎体用于包镶金钢石并与钻头体部分牢固相连，对胎体的主要要求有：一是要牢固地包镶金刚石，对于表镶金刚石更是如此；二是应有足够的强度，具有一定的抗冲击能力；三是要求胎体的硬度、抗冲蚀能力、耐磨性应与所
11、钻介质（岩体、混凝土等）的压入硬度、抗压强度、岩粉的冲蚀性、岩石的研磨性相适应。（a）表镶钻头 （b）孕镶钻头图11-3 金刚石钻头刃部 （a）表镶钻头：1底刃金刚石；2规径金刚石；3侧刃金刚石；4胎体；5钻头（b）孕镶钻头：1金刚石；2工作部分胎体；3非工作部分胎体；4钻头体；h孕镶层高度图11-3 金刚石钻头刃部 孕镶金刚石钻头常用胎体硬度及其适用岩层范围见表11-1。孕镶钻头胎体中单位体积内金刚石含量的多少称为胎体中金刚石的浓度，其单位为克拉/cm3，生产厂家一般采用“金刚石制品国际浓度标准”来表示，即100%的浓度表示每1cm3中含金刚石4.39克拉，对于不同岩石推荐的金刚石浓度见表1
12、1-2。表镶金刚石钻头胎体表面单面积内金刚石含量的多少称为金刚石在胎体表面分布的密度（简称密度），以粒/cm2表示，对于不同粒度的金刚石应有不同的密度，常用的密度见表11-3。金刚石的粒度有两种表示方法，凡大于1mm的金刚石，通常以粒/克拉（SPC）来表示，用作于表镶钻头；直径小于1mm的金刚石，通常以“目”来表示，用“#”来表示，“目”即网目数，为筛网每英寸长度内的网眼数，用作孕镶钻头。大于1mm颗粒金刚石又分为，粗粒：1525粒/克拉；中粒：2540粒/克拉；细粒：40100粒/克拉。小于1mm颗粒金刚石又分为24、36、46、60、70、80、100目等档次。孕镶钻头的人造金刚石粒度与地
13、层的关系见表11-4。表镶钻头不同粒度的金刚石的适用范围见表11-5。表11-1 钻头胎体硬度及适用范围表 级别代号胎体硬度（HRC）适用岩层特软01020坚硬致密岩层软12030坚硬的中等研磨性岩层中软23035硬的中等研磨性岩层中硬33540中硬的中等研磨性地层中硬的强研磨性地层硬44045硬的强研磨性岩层特硬550硬、坚硬的强研磨性地层，硬、脆、碎地层表11-2 人造孕镶金刚石钻头在不同岩层推荐的金刚石浓度值 代号12345浓度金刚石制品浓度（%）445075100125相当的体积浓度（%）1112.518.82531.5金刚石的实际含量（克拉/ cm3）1.932.23.34.395.
14、49适用岩层硬-坚硬弱研磨性坚硬弱研磨性中硬-硬中等研磨性硬-中硬强研磨性表11-3 表镶钻头常用金刚石密度表 密度代号金刚石粒度（粒/克拉）钻头胎体上金刚石分布密度（粒/ cm2）适用地层11516中硬2252134038硬4553357539硬-坚硬610041表11-4 孕镶钻头金刚石粒度推荐表 金刚石粒度人造金刚石（#）35/4045/5045/5060/7060/7080/100天然金刚石（#）20/2530/3530/3540/4540/4560/70岩层中硬-坚硬表11-5 表镶钻头金刚石粒度推荐表 粒度（粒/克拉）（SPC）81515252540406060100适用岩层软-中硬中硬中硬-硬硬硬-坚硬2）钻头的选用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。为了保证钻芯质量，应采用符合现行国家专业标准人造金刚石薄壁钻头（ZB 400-85）要求的钻头进行钻芯取样。如钻头胎体有肉眼可见的裂纹裂缝、缺边、少角、倾斜及喇叭口变形等，不仅降低钻头寿命，而且影响钻芯质量。使用硬质合金钻头，钻进正常的混凝土，很难保证混凝土芯样质量。合金钻头价格较低，对
