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广州市荔湾区建设工程质量监督检测室
摘要：本文阐述了钻芯法在检测过程中需要注意的事项，结合工程实践阐述它与无损检测法相比的优缺点，在对复杂地质条件下的桩基和问题桩检测中互为补充，能更准确地揭露桩基所存在的缺陷，避免采用低应变法技术及声波法检测技术时，由于桩基工程隐蔽性这一特点带来的误判，减少工程隐患。
关键词：钻芯法；低应变法；声波透射法；局限性
1、引言
钻芯法是采用岩芯钻探技术和施工工艺，在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样，通过观察和测试，用以评价成桩质量的检测方法，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，适用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩身缺陷及其位置、桩底沉渣厚度、判定或鉴别桩底持力层的岩土性状、判定桩身完整性类别。
预留混凝土试件强度检验方法是现行标准规定的混凝土强度验收方法，现场混凝土的无损检测方法不能替代该方法。当混凝土试件强度评定不合格或对试件的代表性有怀疑时，可采用钻芯法推定桩身混凝土的强度，检测结果符合设计要求可按合格验收。
2、钻芯检测过程中需要注意的事项
钻芯法分为三大类：钢粒钻进、硬质合金钻进和金刚石钻进。钢粒钻进与硬质合金钻进因存在芯样直径小，易破碎，磨损大或适用于较低硬度岩石等缺点而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，因此钻芯法检测一般采用金刚石钻进。但在一些特殊情况下应采取相应的处理措施：①遇松散的混凝土时，需改用合金钻“烧结法”钻取，必要时应回灌水泥浆护壁，待护壁稳定后再钻取下一段芯样；②为检测桩底沉渣或虚土厚度，应减压、慢速钻进，若遇钻具突降，应立即停钻，及时测量机上余尺，准确记录孔深；③当持力层为中、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；④当持力层为强风化岩层或土层时，钻至桩底后，立即改用合金钻头干钻、反循环吸取法等适宜的钻芯方法和工艺，钻取沉渣并测定其厚度。
3、钻芯法检测与无损检测的关系
无损检测时候发现信号异常提出的疑问，对此，检测单位往往建议进行钻芯法检测作进一步的判断，因此，钻芯法检测结果，对桩基的取舍处理是至关重要。
3.1 钻芯法检测与低应变法检测技术的关系
钻芯法和低应变法是目前检测桩身完整性比较常用的两种方法，各有优缺点，钻芯法和低应变法相比存在时间长，费用高等不足，钻芯法检测桩的数量也不宜过多。低应变法检测周期短，可以进行普测，但对检测人员的技术要求较高。也正因为钻芯法具有直观性，因此如果在低应变法检测基础上对有疑议的桩采用钻芯法复检验证，则能做到准确判断，也可以积累对比资料，提高低应变法的分析能力。对于超长桩的检测，二者则都有一定的难度。将两种方法结果配合使用，可以取长补短，互相验证，提高检测结果的准确性。
图1 3-48#桩低应变曲线
某桩基工程为嵌岩端承桩，采用旋挖成孔灌注方式施工，桩的设计长度为6.00m～28.00m，设计混凝土强度等级为C30，桩端持力层要求为中风化岩fr≥6MPa，其中3-48#桩桩径为1.40m，设计桩长为10.81m，低应变法检测结论桩身完整性Ⅲ类，描述为桩底明显缺陷，根据低应变动测曲线（见图1），认为桩端有沉渣或者持力层未达到较完整中风化岩。
采用钻芯法对该桩进行验证检测发现1、2号钻芯孔（见图2、图3）
图2 3-48#桩钻芯1号孔
图3 3-48#桩钻芯2号孔
桩身混凝土部分连续、完整、胶结好，但桩底持力层部分1、2号孔均揭露桩底以下约2m范围内为强风化岩或较破碎中风化岩，本例体现了钻芯法检测是低应变法检测判定嵌岩桩桩底明显缺陷强而有力的补充。经过多次对类似低应变曲线进行钻芯法验证检测，均与低应变判定的一致。
某工程地处旧城区，该工程地质状况复杂，废旧基础零散藏于地下。该工程桩基础为嵌岩端承桩，采用钻孔灌注方式施工，桩的设计长度为18.00m～40.00m，其中ADK30#桩桩径为1.00m，设计桩长为19.82m，低应变动测结论为完整性Ⅲ类，描述为约4.2m处明显缺陷，低应变动测曲线（见图4）。
图4 ADK30#桩低应变曲线
采用钻芯法对该桩进行检测发现（见图5）
图5 ADK30#桩钻芯孔
桩身4.2m处混凝土部分连续、完整、胶结好，并未发现缺陷，钻芯法检测结果与低应变法检测结果发生了矛盾，经过多次对类似低应变曲线也进行了钻芯法进行验证，较大部分钻芯法检测结果均与低应变结果的产生矛盾。出现结果不一致的情况可能是该工程地质状况复杂，对低应法检测过程中产生较大影响，造成误判，更有可能是两种方法各自的局限性而造成的。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征，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土质量。对于桩身缩径、局部离析或局部夹泥的情况，当钻芯未钻到该缺陷位置时，无法进行判定。当钻芯过程造成芯样破碎对桩身离析程度的准确判定也会有影响。所以，对于低应变法测出的桩身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。
3.2 钻芯法检测与声波检测技术的关系
声波透射法是利用超声波在金属构件中传播和反射的原理，以探测构件内部缺陷的大小、性质、位置以及材质的某些物理性能的方法，检测范围可覆盖全桩长的各个截面，测试精度高，但需要预埋声测管，检测成本也相对较高，且对桩径有一定的要求，声波透射法现场操作简便迅速，不受桩长、长径比以及场地的限制，通过预埋声测管可以检测桩身混凝土的质量及桩底沉渣，精确检测到桩身混凝土缺陷并且能够确定桩身缺陷的位置、程度和范围，其检测结果准确可靠。但声波透射法时常因破桩头施工造成声波管被挖断或因管顶的封盖脱落造成堵管现象，无法正常检测至桩底，对桩基整体进行判定，此时，常采用低应变法或者钻芯法补充检测。 某工程KB176#桩，桩径1.2m，设计桩长14.32m，声波透射法曲线（见图6）
图6 KB176#桩声波曲线
曲线图显示AC剖面4.20～4.40m明显缺陷，经过钻芯法验证（见图7），
图7 KB176#桩钻芯孔
发现钻芯孔4.00～4.55m范围混凝土骨料分布不均匀，粗骨料偏少且4.20～4.50m范围以砂浆为主，结果表明钻芯检测与声波检测结果取得很好的一致性。
超声波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。原因主要有：
①超声波检测过程中存在漫射、透射、反射，对检测结果产生一定的影响，可能会造成漏判、轻判、误判，甚至重判。
②超声波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同时，会使得钻孔定位不准。
③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。
④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。
4、钻芯法检测的局限性
钻芯法检测通过钻取基桩的混凝土芯样以及桩端岩土芯样、钻芯过程的现象、以及芯样的抗压试验能比较全面、直观地反映桩身完整性、桩端持力层性状、沉渣或虚土厚度、桩长以及混凝土强度等级，但也有其局限性，主要存在以下几个方面。①取芯法检测的基桩的桩径一般≥800mm，而钻取的芯样直径一般为101mm，因此检测的面积与桩身截面积之比≤1/64。对于桩身缩径、局部离析或局部夹泥的情况，当钻芯未钻到该缺陷位置时，无法进行判定。当钻芯过程造成芯样破碎对桩身离析程度的准确判定也会有影响。②对于桩底沉渣或虚土或持力层软弱夹层的厚度和准确判定会有一定的误差。③对于超长桩，由于桩身和钻孔的倾斜，可能造成钻到桩底前偏出桩身，对基桩的评定就不完整。④根据抗压强度试验对试件要求，试件有裂缝或其它较大缺陷的不可采用，因此采集的混凝土芯样试件一般为钻取出芯样中较好的芯样，且选取芯样块数有限，代表性不够理想。
5、结语
钻芯法是检测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。钻芯法不仅可以直接观测灌注桩的完整性，而且能够检测桩长、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的可靠方法，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。但该法的取样部位有局限性，只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，容易造成一孔之见，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、价格昂贵的缺点。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，采用钻芯法与低应变法、声波透射法联合检测、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。
参考文献：
[1]《建筑地基基础检测规范》（DBJ 15-60-2008）
[2]《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）
[3] 周仲景.钻芯法在冲孔灌注桩成桩质量检测中的应用[J].《工程质量a版》，2009，27（9）：28-30
[4] 艾迪飞.钻芯法结合声波透射法在冲孔灌注桩完整性检测中的应用[J].《建筑知识：学术刊》，2013：255-256
摘要：本文阐述了钻芯法在检测过程中需要注意的事项，结合工程实践阐述它与无损检测法相比的优缺点，在对复杂地质条件下的桩基和问题桩检测中互为补充，能更准确地揭露桩基所存在的缺陷，避免采用低应变法技术及声波法检测技术时，由于桩基工程隐蔽性这一特点带来的误判，减少工程隐患。
关键词：钻芯法；低应变法；声波透射法；局限性
1、引言
钻芯法是采用岩芯钻探技术和施工工艺，在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样，通过观察和测试，用以评价成桩质量的检测方法，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，适用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩身缺陷及其位置、桩底沉渣厚度、判定或鉴别桩底持力层的岩土性状、判定桩身完整性类别。
预留混凝土试件强度检验方法是现行标准规定的混凝土强度验收方法，现场混凝土的无损检测方法不能替代该方法。当混凝土试件强度评定不合格或对试件的代表性有怀疑时，可采用钻芯法推定桩身混凝土的强度，检测结果符合设计要求可按合格验收。
2、钻芯检测过程中需要注意的事项
钻芯法分为三大类：钢粒钻进、硬质合金钻进和金刚石钻进。钢粒钻进与硬质合金钻进因存在芯样直径小，易破碎，磨损大或适用于较低硬度岩石等缺点而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，因此钻芯法检测一般采用金刚石钻进。但在一些特殊情况下应采取相应的处理措施：①遇松散的混凝土时，需改用合金钻“烧结法”钻取，必要时应回灌水泥浆护壁，待护壁稳定后再钻取下一段芯样；②为检测桩底沉渣或虚土厚度，应减压、慢速钻进，若遇钻具突降，应立即停钻，及时测量机上余尺，准确记录孔深；③当持力层为中、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；④当持力层为强风化岩层或土层时，钻至桩底后，立即改用合金钻头干钻、反循环吸取法等适宜的钻芯方法和工艺，钻取沉渣并测定其厚度。
3、钻芯法检测与无损检测的关系
无损检测时候发现信号异常提出的疑问，对此，检测单位往往建议进行钻芯法检测作进一步的判断，因此，钻芯法检测结果，对桩基的取舍处理是至关重要。
3.1 钻芯法检测与低应变法检测技术的关系
钻芯法和低应变法是目前检测桩身完整性比较常用的两种方法，各有优缺点，钻芯法和低应变法相比存在时间长，费用高等不足，钻芯法检测桩的数量也不宜过多。低应变法检测周期短，可以进行普测，但对检测人员的技术要求较高。也正因为钻芯法具有直观性，因此如果在低应变法检测基础上对有疑议的桩采用钻芯法复检验证，则能做到准确判断，也可以积累对比资料，提高低应变法的分析能力。对于超长桩的检测，二者则都有一定的难度。将两种方法结果配合使用，可以取长补短，互相验证，提高检测结果的准确性。
图1 3-48#桩低应变曲线
某桩基工程为嵌岩端承桩，采用旋挖成孔灌注方式施工，桩的设计长度为6.00m～28.00m，设计混凝土强度等级为C30，桩端持力层要求为中风化岩fr≥6MPa，其中3-48#桩桩径为1.40m，设计桩长为10.81m，低应变法检测结论桩身完整性Ⅲ类，描述为桩底明显缺陷，根据低应变动测曲线（见图1），认为桩端有沉渣或者持力层未达到较完整中风化岩。
采用钻芯法对该桩进行验证检测发现1、2号钻芯孔（见图2、图3）
图2 3-48#桩钻芯1号孔
图3 3-48#桩钻芯2号孔
桩身混凝土部分连续、完整、胶结好，但桩底持力层部分1、2号孔均揭露桩底以下约2m范围内为强风化岩或较破碎中风化岩，本例体现了钻芯法检测是低应变法检测判定嵌岩桩桩底明显缺陷强而有力的补充。经过多次对类似低应变曲线进行钻芯法验证检测，均与低应变判定的一致。
某工程地处旧城区，该工程地质状况复杂，废旧基础零散藏于地下。该工程桩基础为嵌岩端承桩，采用钻孔灌注方式施工，桩的设计长度为18.00m～40.00m，其中ADK30#桩桩径为1.00m，设计桩长为19.82m，低应变动测结论为完整性Ⅲ类，描述为约4.2m处明显缺陷，低应变动测曲线（见图4）。
图4 ADK30#桩低应变曲线
采用钻芯法对该桩进行检测发现（见图5）
图5 ADK30#桩钻芯孔
桩身4.2m处混凝土部分连续、完整、胶结好，并未发现缺陷，钻芯法检测结果与低应变法检测结果发生了矛盾，经过多次对类似低应变曲线也进行了钻芯法进行验证，较大部分钻芯法检测结果均与低应变结果的产生矛盾。出现结果不一致的情况可能是该工程地质状况复杂，对低应法检测过程中产生较大影响，造成误判，更有可能是两种方法各自的局限性而造成的。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征，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土质量。对于桩身缩径、局部离析或局部夹泥的情况，当钻芯未钻到该缺陷位置时，无法进行判定。当钻芯过程造成芯样破碎对桩身离析程度的准确判定也会有影响。所以，对于低应变法测出的桩身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。
3.2 钻芯法检测与声波检测技术的关系
声波透射法是利用超声波在金属构件中传播和反射的原理，以探测构件内部缺陷的大小、性质、位置以及材质的某些物理性能的方法，检测范围可覆盖全桩长的各个截面，测试精度高，但需要预埋声测管，检测成本也相对较高，且对桩径有一定的要求，声波透射法现场操作简便迅速，不受桩长、长径比以及场地的限制，通过预埋声测管可以检测桩身混凝土的质量及桩底沉渣，精确检测到桩身混凝土缺陷并且能够确定桩身缺陷的位置、程度和范围，其检测结果准确可靠。但声波透射法时常因破桩头施工造成声波管被挖断或因管顶的封盖脱落造成堵管现象，无法正常检测至桩底，对桩基整体进行判定，此时，常采用低应变法或者钻芯法补充检测。 某工程KB176#桩，桩径1.2m，设计桩长14.32m，声波透射法曲线（见图6）
图6 KB176#桩声波曲线
曲线图显示AC剖面4.20～4.40m明显缺陷，经过钻芯法验证（见图7），
图7 KB176#桩钻芯孔
发现钻芯孔4.00～4.55m范围混凝土骨料分布不均匀，粗骨料偏少且4.20～4.50m范围以砂浆为主，结果表明钻芯检测与声波检测结果取得很好的一致性。
超声波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。原因主要有：
①超声波检测过程中存在漫射、透射、反射，对检测结果产生一定的影响，可能会造成漏判、轻判、误判，甚至重判。
②超声波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同时，会使得钻孔定位不准。
③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。
④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。
4、钻芯法检测的局限性
钻芯法检测通过钻取基桩的混凝土芯样以及桩端岩土芯样、钻芯过程的现象、以及芯样的抗压试验能比较全面、直观地反映桩身完整性、桩端持力层性状、沉渣或虚土厚度、桩长以及混凝土强度等级，但也有其局限性，主要存在以下几个方面。①取芯法检测的基桩的桩径一般≥800mm，而钻取的芯样直径一般为101mm，因此检测的面积与桩身截面积之比≤1/64。对于桩身缩径、局部离析或局部夹泥的情况，当钻芯未钻到该缺陷位置时，无法进行判定。当钻芯过程造成芯样破碎对桩身离析程度的准确判定也会有影响。②对于桩底沉渣或虚土或持力层软弱夹层的厚度和准确判定会有一定的误差。③对于超长桩，由于桩身和钻孔的倾斜，可能造成钻到桩底前偏出桩身，对基桩的评定就不完整。④根据抗压强度试验对试件要求，试件有裂缝或其它较大缺陷的不可采用，因此采集的混凝土芯样试件一般为钻取出芯样中较好的芯样，且选取芯样块数有限，代表性不够理想。
5、结语
钻芯法是检测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。钻芯法不仅可以直接观测灌注桩的完整性，而且能够检测桩长、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的可靠方法，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。但该法的取样部位有局限性，只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，容易造成一孔之见，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、价格昂贵的缺点。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，采用钻芯法与低应变法、声波透射法联合检测、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。
参考文献：
[1]《建筑地基基础检测规范》（DBJ 15-60-2008）
[2]《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）
[3] 周仲景.钻芯法在冲孔灌注桩成桩质量检测中的应用[J].《工程质量a版》，2009，27（9）：28-30
[4] 艾迪飞.钻芯法结合声波透射法在冲孔灌注桩完整性检测中的应用[J].《建筑知识：学术刊》，2013：255-256