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桩基础混凝土强度评定应考虑混凝土工艺影响

信息来源:hunningtu.biz  时间:2010-04-22  浏览次数:109

  内容提要:在分析各相关规范对桩基础混凝土设计要求和检验、验收要求基础上,提出在桩基础混凝土质量验收时应考虑混凝土施工工艺和成桩条件对桩身混凝土强度影响这一因素,并对相关规范的对此问题的统一和提高规范可操作性提出建议。
  关键词:桩基础混凝土工艺系数
  0前言
  随着工程检测技术的进步,桩基础施工质量检验和验收评定工作逐步走向规范化和标准化,工程中的一些问题也相继显现出来。对于桩基础混凝土强度的评定,过去多数是以施工时予留的混凝土立方体试块抗压强度检验结果作为主要评定依据,近些年来,相关规范和标准对部分桩基础混凝土质量检验提出了钻孔取芯要求,通过混凝土芯样的抗压强度试验确定桩基础混凝土强度,以此来评定桩基础混凝土强度是否满足设计要求。通过一段时间的实践发现,通常情况钻芯取样试块的抗压强度小于混凝土立方体试块抗压强度,有时施工期间予留的混凝土立方体试块抗压强度满足设计强度等级要求,而钻芯取样得到的混凝土抗压强度达不到设计强度等级要求,由于设计计算时考虑了混凝土工艺系数,用芯样抗压强度验算桩身承载力又满足要求,此时质量验收评定是以设计强度等级为准还是以承载力计算为准,对此,现行有关规范标准规定的不明确也不统一,质量监督部门和工程监理人员对规范的理解也不同,给一些工程的质量评定和验收带来了问题。就此问题,提出个人看法。
  1现行规范在桩基础混凝土强度方面的有关规定
  相关规范在桩身承载力计算时对混凝土强度都有具体规定,其主要内容为:
  ①《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002(以下简称地基规范)规定桩身承载力计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以一个工作条件系数,该系数取值范围在0.6~0.75之间;
  ②《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94(以下简称桩基规范)规定在计算桩身承载力时应将混凝土轴心抗压强度设计值和弯曲抗压强度设计值乘以基桩施工工艺系数,该系数取值范围在0.8~1.0之间。在条文说明中解释为“考虑到桩身混凝土实际承载力随成桩条件而异,因此在计算桩身承载力时,应将混凝土轴心抗压强度设计值和弯曲抗压强度设计值按桩类别乘以不同的工艺系数”。该说明清楚的表达了不同施工工艺和成桩条件会造成桩身混凝土实际强度与设计强度等级存在差异这一事实;
  ③《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003(以下简称桩检规范)规定在进行桩身混凝土芯样试件抗压强度计算时,乘以混凝土芯样试件抗压强度折算系数,该系数“应考虑芯样尺寸效应、钻芯机械对芯样的扰动和混凝土成型条件影响,通过试验统计确定,当无试验统计资料时,宜取为1”。同时规定当受检桩混凝土芯样抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级时,应判定该受检桩不满足设计要求。
  ④《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002(以下简称验收规范)在混凝土灌注桩质量检验标准表格中,要求主控项目混凝土强度满足设计要求,检查方法为试件报告或钻芯取样送检。
  ⑤《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99(以下简称基坑规程)在排桩截面承载力计算中,要求按混凝土结构设计规范进行计算,此时将不考虑混凝土施工工艺和成桩条件对桩身混凝土强度的影响。
  由此可见,地基规范、桩基规范和桩检规范都考虑了混凝土成型条件对混凝土强度的影响,但系数取值有较大差异,基坑规范中排桩计算则没有考虑这一影响。此时,出现如下情况时规范的执行可能会出现问题:
  ①钻孔取芯试验结果没有达到混凝土设计强度等级,但满足桩身承载力要求。这是比较常见的一种现象,如果考虑到混凝土成型条件和取样时的扰动,理论上讲应该是必然现象,否则考虑混凝土工艺系数(或折算系数)就不合理。这就带来了一个问题,即:用钻芯法试验结果计算桩身承载力满足要求,但混凝土没有达到设计强度等级,是合格工程还是不合格工程;
  ②计算钻孔取芯试验结果的强度代表值时,折算系数没有地方统计资料,按桩检规范只能取1,此时就出现了受检桩混凝土芯样抗压强度代表值小于混凝土强度设计等级现象,按桩检规范只能判定为不满足设计要求。目前多数地区还没有建立地方统计资料确定的折算系数,因此采用钻孔取芯法检测桩基础混凝土质量时,经常会遇到这一情况,这就造成了一种现象,即:明知道钻孔取芯试验结果应乘以大于1的折算系数,但就因为没有地区统计资料而不能实现,此时能否判定为合格工程;
  ③按照验收规范,予留试块和钻孔取芯只要采取了一种方法,就可评定混凝土施工质量是否满足要求,这就容易给人一种理解,即钻孔取芯试件强度应等同于予留混凝土试块强度,如果钻孔取芯试验强度低于设计强度等级,即说明施工没有达到设计要求。而目前予留混凝土试块是普遍的做法,采用钻孔取芯法的工程也都有予留试块,当两种试验方法结果不同时,应以那种方法作为验收依据;
  ④按基坑规程计算支护桩截面承载力时执行混凝土结构设计规范,此时不考虑桩身混凝土工艺系数,这就出现了一个矛盾,既同样的施工工艺和成桩条件,作为工程桩时承认施工工艺和成桩条件对混凝土有影响,作为支护桩又不考虑这一影响,此处是否出现了规范的不统一,支护工程虽然多数是临时结构,但也有永久支护结构,不考虑桩基础施工工艺对混凝土强度的影响是否会出现支护结构安全问题;
  ⑤同一种桩型,地基规范和桩基规范规定的混凝土工艺系数(或工作条件系数)差异较大,计算桩身承载力时应执行哪个规范,当检测结果按桩基规范计算满足要求,按地基规范计算不满足要求时矛盾更加突出。
  2施工工艺对桩身混凝土强度的影响
  目前,很多质量监督部门和工程监理单位在控制桩基础混凝土施工质量和评价桩基础混凝土强度时,还是以设计强度等级为质量验收标准,当发现桩身混凝土实际强度没有达到设计强度等级时即认为桩基础混凝土工程施工质量不合格,这种做法实际上没有考虑成桩条件对混凝土强度的影响。
  地基规范和桩基规范都有规定,在计算桩身承载力时混凝土抗压强度设计值应乘以一个小于1的工艺系数,桩检规范规定在计算芯样强度时乘以一个大于1的折算系数,这样做是必要的,也是合理的。这种做法同时已经承认了一个事实,既施工工艺不同,将会造成桩身混凝土的实际强度小于设计强度等级。在计算桩身承载力时已经考虑了这一影响,而在质量验收时又不承认这一影响,显然是不合理的。
  对于灌注桩,桩基础施工工艺对混凝土强度的影响主要体现在以下几个方面:
  ①水下灌注混凝土时,桩孔中的泥浆侵入混凝土拌和物中,造成混凝土强度降低或桩身混凝土缺陷;
  ②桩孔缩径或局部塌孔造成桩身混凝土缺陷;
  ③当地基土层为吸水性较强的粘性土时,桩周土的吸水作用可能会使混凝土产生局部脱水现象,造成混凝土强度的降低;
  ④混凝土养护条件不同造成相同龄期同条件养护试块强度与桩身混凝土实际强度出现差异,此处所说的同条件只是地表附近桩身与同条件养护试块的养护条件相近,而桩身下部所处的温度、湿度条件与同条件养护试块所处的养护条件并不相同,造成同龄期桩身混凝土强度与同条件养护试块强度出现差异,
  ⑤由于成桩条件影响,桩身混凝土均匀性不好,检测数据离散性大。
  上述影响必定造成桩身混凝土强度检测结果低于设计强度等级,因此,评价桩身混凝土强度是否合格时,不应要求桩身混凝土强度检验结果必须满足设计强度等级要求,而应综合考虑成桩条件和检测方法的影响等因素。
  3检测方法对芯样强度检测结果的影响
  当采用钻孔取芯法检验桩身混凝土强度时,机械钻孔对混凝土的扰动会造成芯样内部产生细微的裂隙,从而造成芯样抗压强度偏低,这种现象是存在的,越是强度等级低、芯样尺寸小的情况下这种现象越明显。因此,采用钻芯法评价混凝土强度时,适当考虑这一因素的影响是合理的。
  芯样直径测量误差对试验结果也有一定的影响,当钻孔深度较大时,由于钻杆的晃动和钻机在震动下产生移动,可能造成芯样不同部位直径相差较大,测量芯样直径时,按规定取芯样中部两个垂直方向直径的平均值,但有时此处并不是最小直径,而芯样破坏时容易在最小直径处先发生破坏,因为此处不但受力面积小,而且混凝土强度可能也是比较低的部位。另外桩检规范规定,沿试件高度任意直径与平均直径相差2mm以上时不得用做抗压强度试验,而此部位可能正是桩身混凝土有问题的部位,例如局部混凝土强度低,或该处混凝土出现离析、分层等现象,是否剔除这类试件应慎重考虑。
  上述两种情况对桩身混凝土的检测结果是有影响的,但要准确的确定其影响程度又是很困难的事。
  4几点建议
  根据上述存在的问题和个人对这些问题的理解,建议在桩基规范修编时考虑如下问题。
  ①工程桩检验时检验桩混凝土强度评价应考虑桩基础施工工艺影响,即允许工程桩混凝土实际强度低于设计强度等级,但必须满足承载力设计要求,且不低于C20;
  ②桩基规范和地基规范给出的混凝土工艺系数应统一,地方标准有规定的执行地方标准;
  ③钻孔取芯检验法可规定标准试样尺寸,计算芯样强度时,折算系数给出一个范围,评价桩身混凝土强度时根据不同成桩条件在该范围内选用;
  ④在基坑支护桩截面计算中确定桩身混凝土强度时,应考虑桩基础施工工艺对混凝土强度的影响,可参照桩基规范施工工艺系数取值。  内容提要:在分析各相关规范对桩基础混凝土设计要求和检验、验收要求基础上,提出在桩基础混凝土质量验收时应考虑混凝土施工工艺和成桩条件对桩身混凝土强度影响这一因素,并对相关规范的对此问题的统一和提高规范可操作性提出建议。
  关键词:桩基础混凝土工艺系数
  0前言
  随着工程检测技术的进步,桩基础施工质量检验和验收评定工作逐步走向规范化和标准化,工程中的一些问题也相继显现出来。对于桩基础混凝土强度的评定,过去多数是以施工时予留的混凝土立方体试块抗压强度检验结果作为主要评定依据,近些年来,相关规范和标准对部分桩基础混凝土质量检验提出了钻孔取芯要求,通过混凝土芯样的抗压强度试验确定桩基础混凝土强度,以此来评定桩基础混凝土强度是否满足设计要求。通过一段时间的实践发现,通常情况钻芯取样试块的抗压强度小于混凝土立方体试块抗压强度,有时施工期间予留的混凝土立方体试块抗压强度满足设计强度等级要求,而钻芯取样得到的混凝土抗压强度达不到设计强度等级要求,由于设计计算时考虑了混凝土工艺系数,用芯样抗压强度验算桩身承载力又满足要求,此时质量验收评定是以设计强度等级为准还是以承载力计算为准,对此,现行有关规范标准规定的不明确也不统一,质量监督部门和工程监理人员对规范的理解也不同,给一些工程的质量评定和验收带来了问题。就此问题,提出个人看法。
  1现行规范在桩基础混凝土强度方面的有关规定
  相关规范在桩身承载力计算时对混凝土强度都有具体规定,其主要内容为:
  ①《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002(以下简称地基规范)规定桩身承载力计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以一个工作条件系数,该系数取值范围在0.6~0.75之间;
  ②《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94(以下简称桩基规范)规定在计算桩身承载力时应将混凝土轴心抗压强度设计值和弯曲抗压强度设计值乘以基桩施工工艺系数,该系数取值范围在0.8~1.0之间。在条文说明中解释为“考虑到桩身混凝土实际承载力随成桩条件而异,因此在计算桩身承载力时,应将混凝土轴心抗压强度设计值和弯曲抗压强度设计值按桩类别乘以不同的工艺系数”。该说明清楚的表达了不同施工工艺和成桩条件会造成桩身混凝土实际强度与设计强度等级存在差异这一事实;
  ③《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003(以下简称桩检规范)规定在进行桩身混凝土芯样试件抗压强度计算时,乘以混凝土芯样试件抗压强度折算系数,该系数“应考虑芯样尺寸效应、钻芯机械对芯样的扰动和混凝土成型条件影响,通过试验统计确定,当无试验统计资料时,宜取为1”。同时规定当受检桩混凝土芯样抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级时,应判定该受检桩不满足设计要求。
  ④《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002(以下简称验收规范)在混凝土灌注桩质量检验标准表格中,要求主控项目混凝土强度满足设计要求,检查方法为试件报告或钻芯取样送检。
  ⑤《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99(以下简称基坑规程)在排桩截面承载力计算中,要求按混凝土结构设计规范进行计算,此时将不考虑混凝土施工工艺和成桩条件对桩身混凝土强度的影响。
  由此可见,地基规范、桩基规范和桩检规范都考虑了混凝土成型条件对混凝土强度的影响,但系数取值有较大差异,基坑规范中排桩计算则没有考虑这一影响。此时,出现如下情况时规范的执行可能会出现问题:
  ①钻孔取芯试验结果没有达到混凝土设计强度等级,但满足桩身承载力要求。这是比较常见的一种现象,如果考虑到混凝土成型条件和取样时的扰动,理论上讲应该是必然现象,否则考虑混凝土工艺系数(或折算系数)就不合理。这就带来了一个问题,即:用钻芯法试验结果计算桩身承载力满足要求,但混凝土没有达到设计强度等级,是合格工程还是不合格工程;
  ②计算钻孔取芯试验结果的强度代表值时,折算系数没有地方统计资料,按桩检规范只能取1,此时就出现了受检桩混凝土芯样抗压强度代表值小于混凝土强度设计等级现象,按桩检规范只能判定为不满足设计要求。目前多数地区还没有建立地方统计资料确定的折算系数,因此采用钻孔取芯法检测桩基础混凝土质量时,经常会遇到这一情况,这就造成了一种现象,即:明知道钻孔取芯试验结果应乘以大于1的折算系数,但就因为没有地区统计资料而不能实现,此时能否判定为合格工程;
  ③按照验收规范,予留试块和钻孔取芯只要采取了一种方法,就可评定混凝土施工质量是否满足要求,这就容易给人一种理解,即钻孔取芯试件强度应等同于予留混凝土试块强度,如果钻孔取芯试验强度低于设计强度等级,即说明施工没有达到设计要求。而目前予留混凝土试块是普遍的做法,采用钻孔取芯法的工程也都有予留试块,当两种试验方法结果不同时,应以那种方法作为验收依据;
  ④按基坑规程计算支护桩截面承载力时执行混凝土结构设计规范,此时不考虑桩身混凝土工艺系数,这就出现了一个矛盾,既同样的施工工艺和成桩条件,作为工程桩时承认施工工艺和成桩条件对混凝土有影响,作为支护桩又不考虑这一影响,此处是否出现了规范的不统一,支护工程虽然多数是临时结构,但也有永久支护结构,不考虑桩基础施工工艺对混凝土强度的影响是否会出现支护结构安全问题;
  ⑤同一种桩型,地基规范和桩基规范规定的混凝土工艺系数(或工作条件系数)差异较大,计算桩身承载力时应执行哪个规范,当检测结果按桩基规范计算满足要求,按地基规范计算不满足要求时矛盾更加突出。
  2施工工艺对桩身混凝土强度的影响
  目前,很多质量监督部门和工程监理单位在控制桩基础混凝土施工质量和评价桩基础混凝土强度时,还是以设计强度等级为质量验收标准,当发现桩身混凝土实际强度没有达到设计强度等级时即认为桩基础混凝土工程施工质量不合格,这种做法实际上没有考虑成桩条件对混凝土强度的影响。
  地基规范和桩基规范都有规定,在计算桩身承载力时混凝土抗压强度设计值应乘以一个小于1的工艺系数,桩检规范规定在计算芯样强度时乘以一个大于1的折算系数,这样做是必要的,也是合理的。这种做法同时已经承认了一个事实,既施工工艺不同,将会造成桩身混凝土的实际强度小于设计强度等级。在计算桩身承载力时已经考虑了这一影响,而在质量验收时又不承认这一影响,显然是不合理的。
  对于灌注桩,桩基础施工工艺对混凝土强度的影响主要体现在以下几个方面:
  ①水下灌注混凝土时,桩孔中的泥浆侵入混凝土拌和物中,造成混凝土强度降低或桩身混凝土缺陷;
  ②桩孔缩径或局部塌孔造成桩身混凝土缺陷;
  ③当地基土层为吸水性较强的粘性土时,桩周土的吸水作用可能会使混凝土产生局部脱水现象,造成混凝土强度的降低;
  ④混凝土养护条件不同造成相同龄期同条件养护试块强度与桩身混凝土实际强度出现差异,此处所说的同条件只是地表附近桩身与同条件养护试块的养护条件相近,而桩身下部所处的温度、湿度条件与同条件养护试块所处的养护条件并不相同,造成同龄期桩身混凝土强度与同条件养护试块强度出现差异,
  ⑤由于成桩条件影响,桩身混凝土均匀性不好,检测数据离散性大。
  上述影响必定造成桩身混凝土强度检测结果低于设计强度等级,因此,评价桩身混凝土强度是否合格时,不应要求桩身混凝土强度检验结果必须满足设计强度等级要求,而应综合考虑成桩条件和检测方法的影响等因素。
  3检测方法对芯样强度检测结果的影响
  当采用钻孔取芯法检验桩身混凝土强度时,机械钻孔对混凝土的扰动会造成芯样内部产生细微的裂隙,从而造成芯样抗压强度偏低,这种现象是存在的,越是强度等级低、芯样尺寸小的情况下这种现象越明显。因此,采用钻芯法评价混凝土强度时,适当考虑这一因素的影响是合理的。
  芯样直径测量误差对试验结果也有一定的影响,当钻孔深度较大时,由于钻杆的晃动和钻机在震动下产生移动,可能造成芯样不同部位直径相差较大,测量芯样直径时,按规定取芯样中部两个垂直方向直径的平均值,但有时此处并不是最小直径,而芯样破坏时容易在最小直径处先发生破坏,因为此处不但受力面积小,而且混凝土强度可能也是比较低的部位。另外桩检规范规定,沿试件高度任意直径与平均直径相差2mm以上时不得用做抗压强度试验,而此部位可能正是桩身混凝土有问题的部位,例如局部混凝土强度低,或该处混凝土出现离析、分层等现象,是否剔除这类试件应慎重考虑。
  上述两种情况对桩身混凝土的检测结果是有影响的,但要准确的确定其影响程度又是很困难的事。
  4几点建议
  根据上述存在的问题和个人对这些问题的理解,建议在桩基规范修编时考虑如下问题。
  ①工程桩检验时检验桩混凝土强度评价应考虑桩基础施工工艺影响,即允许工程桩混凝土实际强度低于设计强度等级,但必须满足承载力设计要求,且不低于C20;
  ②桩基规范和地基规范给出的混凝土工艺系数应统一,地方标准有规定的执行地方标准;
  ③钻孔取芯检验法可规定标准试样尺寸,计算芯样强度时,折算系数给出一个范围,评价桩身混凝土强度时根据不同成桩条件在该范围内选用;
  ④在基坑支护桩截面计算中确定桩身混凝土强度时,应考虑桩基础施工工艺对混凝土强度的影响,可参照桩基规范施工工艺系数取值。

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