浅谈以钻芯法检测对PHC管桩桩身混凝土抗压强度的评定

24 浅谈以钻芯法检测对 PHC管桩桩身 混凝土抗压强度的评定 李 论 1 章杰春 1 许艳娟 2 ( 11广州羊城管桩有限公司 510730; 21 南通第四建筑安装有限公司) 摘 要:阐述了 PHC管桩桩身混凝土强度采用钻芯法检测的必要性,并分别对钻芯取样的对象、钻芯设备、芯样加工以及芯样 混凝土抗压强度的确定等方面进行分析,应注意的问题,同时对试验结果的评定提出了看法。 关键词:钻芯;芯样;检测;离心高强混凝土;强度评定 中图分类号: TU472113 文献标识码: B 文章编号: 1000- 4637( 2002) 04- 24- 03 0 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年底全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。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 检测部门等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 5钻芯法检测离心高强混凝土抗压强度试验方法6 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 GB13476- 1999 规定 : / 采用 150mm @ 150mm@ 150mm( 100mm @ 100mm @ 100mm) 立 方试块测定管桩混凝土强度0。这一规定是在国家标 准 GB13476- 92规定: /采用 ª200@ 40@ 300中空筒形 离心试件0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 专家都有较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、使用方要求的提高, 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 : ¹ PHC管桩的离心成型; º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5钻芯法检测混凝土强 度技术规程6CECS03: 88 (中国工程建设标准委员会标 准) , 尚存在一些问题。下面就钻芯法可能涉及的问题 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 ,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, 混凝土具有很明显的脆性, 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 用已损坏的 (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很多, 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、 2002年第 4期 混 凝 土 与 水 泥 制 品 2002 No4 8月 CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS August 25 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 1500W~ 2500W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。钻头宜采用内经为 70mm~ 100mm的金刚石 钻头, 钻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/ min~ 8mm/ 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/ min ~ 5L/ min 为好; 芯样直径一般为 70mm~ 100mm, 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 ª300- 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 芯样切锯时, 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, 切锯芯样时, 往往会对芯样切锯 方式产生争议, 因为众所周知的原因, 切锯离心混凝 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. 0~ 1. 2 之间,任何情况下不应超过 0. 95~ 1. 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 2. 0mm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 直度要求最好不大于 2b;圆整度要求不大于 1. 5mm。 5 芯样试件试压 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/ s ~ 0. 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 f 1 f 1= D/ ( 1. 5+ 1 / A) 该公式来源于香港使用标准 CSI: 1990 式中,A ) 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5钻芯法检测混凝土强度技 术规程6 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 高径比修正系数 高径比( h/d) 1. 0 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 1. 9 2. 0 修正系数 f 1. 00 1. 04 1. 07 1. 10 1. 13 1. 15 1. 17 1. 19 1. 21 1. 22 1. 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 f 2 f 2= 1.0+ 1.5[ ( E ª rd r) / ( ª c L)] 该公式来源于香港使用标准 CSI: 1990 式中, ª r ) 钢筋直径; d r ) 钢筋轴心到芯样较近端的距离; ª c ) 芯样的平均直径; L ) 芯样的平均高度。 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0、/立方试件0 李 论 章杰春 许艳娟 浅谈以钻芯法检测对 PHC管桩桩身混凝土抗压强度的评定 26 彩色 水 泥 瓦 成 套 设 备 p 本设备采用国外先进技术。瓦规格 420@ 330mm。瓦型为大 S型,立体感强,色彩鲜艳多 样。抗折荷载大于 150kg,吸水率低于 8% ,各项指标均达到国内先进水平。生产能力分别为班产 1000片、2000片、4000片。 p 所需厂房 150m 2,功率 10kW,人员 6人。不需土,不需烧结。生产成本按每平方米计仅为 8 元, 售价可达 20元,利润高,投资回收期不到 1年。全套设备包括搅拌机、输送机、成型机、上色 机,上模台等仅需 10万元。 p 本公司还提供国家专利产品承重砌块设备, 采用振动加高压成型方式, 生产抗压强度大 于 MU10以上的承重砌块。以煤渣、粉煤灰、煤矸石、废渣、砂等为原料,生产成本低、效益好。每块 砌块成本 018元左右,售价 116元以上。规格 390@ 190@ 190mm,孔洞率 25%以上。表面可着色, 做成承重装饰砌块。 无锡利德建材机械有限公司 总经理:黄志华 电 话: 0510- 2414776 2754531 地 址:江苏省无锡市广丰 312信箱 邮 编: 214011 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, 试件制作过程环节过多; 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, 钻芯法具有其它方法无可 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, 目前也没有其它更有效测定桩身混 凝土强度的方法。解决这种矛盾的办法可以用统计的 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实践, 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 f 1 , f 2 ) 会有如下 3 种情况: ¹ 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; º 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。 ¹ 12 个芯样的混凝土平均抗压强度低于标准规 定强度的 85% ; º 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 1离心混凝土抗压强度试件分析 1 混凝土与水泥制品 , 1999年第 1期 2 章杰春1 当前预应力高强混凝土管桩生产和应用存在的问题 1 混凝土与水泥制品, 2001年第 3期 3 5钻芯法检测混凝土强度技术规程6CECS03: 88 4 5先张法预应力混凝土管桩6GB13476- 1999 5 5高强混凝土结构施工指南6HSCC93- 2 6 CSI: 1990 SECTION 15 OBTAINING CORE SAMPLE AND DETER- MINATION OF THE COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE CORES 7 HONGKONG HOUSING AUTHORITTY SPECIFICATION LIBRARY JANUARY 1997 EDITION 收稿日期: 2002- 05- 20 通讯地址:广州经济技术开发区 联系电话: 020- 82217040 2002年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 126期