物探方法檢測灌注樁鋼筋籠長度的應(yīng)用分析

張耀鐳 胡清華 徐 磊

(天津市勘察院，天津 300191)

物探方法檢測灌注樁鋼筋籠長度的應(yīng)用分析

張耀鐳 胡清華 徐 磊

(天津市勘察院，天津 300191)

介紹了灌注樁鋼筋籠長度檢測目前常用的幾種物探方法，結(jié)合場地適用條件及儀器研制情況，將磁測法作為檢測項(xiàng)目開展的首選方法，利用混凝土、樁周巖土和鋼筋籠之間的磁性差異，通過測量垂直磁場及磁梯度沿深度方向受鋼筋籠影響的變化，判斷了灌注樁鋼筋籠長度，理論分析及工程實(shí)例表明，磁測法檢測灌注樁鋼筋籠長度是目前比較可靠且成熟的方法。

物探方法，灌注樁，鋼筋籠長度，磁測法

0 引言

隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，樁基礎(chǔ)在橋梁、高層建筑等工程中使用的越來越多。如天津地區(qū)近些年的樁基年施工量達(dá)到了數(shù)百萬根，其中灌注樁的施工也達(dá)到了百萬根。在樁基使用越來越多的同時(shí)，也出現(xiàn)了各種各樣的施工質(zhì)量事故，灌注樁鋼筋籠長度不符合要求就是其中之一。然而，灌注樁施工為地下工程，有其隱蔽性特點(diǎn)，開挖驗(yàn)證鋼筋籠長度并不可行，故需要采用無損的檢測方法來解決問題。

根據(jù)鋼筋和混凝土的物理性質(zhì)差異，國內(nèi)早期采取高精度基礎(chǔ)樁現(xiàn)場診斷儀或地質(zhì)雷達(dá)儀在樁頂進(jìn)行測試[1]。但由于對場地條件要求較高，且存在鋼筋籠長度爭議時(shí)，主體結(jié)構(gòu)往往在建設(shè)當(dāng)中，不滿足檢測條件，因此適用性不強(qiáng)。

鋼筋籠為金屬物質(zhì)，鑒于其與混凝土、樁周巖土之間的電性、磁性差異，故可采用物探中的電法或磁法來解決鋼筋籠長度檢測問題。近些年，很多研究人員在灌注樁鋼筋籠長度檢測技術(shù)研究上做出了不懈的努力，并取得了很好的效果[2-5]。江蘇省，廣東省也先后出臺了灌注樁鋼筋籠長度檢測的技術(shù)規(guī)程。目前，灌注樁鋼筋籠長度檢測的主要方法有磁測法、充電法和瞬變電磁法。

1 磁測法

磁測法是采用樁中或樁周鉆孔，通過下放的磁探頭，測量深度方向的垂直磁場分量，以判斷鋼筋籠長度的一種磁法勘探方法。灌注樁鋼筋籠屬于鐵磁性物質(zhì)，與混凝土及樁周巖土存在很大的磁性差異，安置鋼筋籠前，該處地磁場為地球中心偶極子所引起的磁場、大陸磁場以及外磁場的總和，即正常磁場[5]。而鋼筋籠在地磁場中，由于磁化作用而產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度，在其周圍產(chǎn)生磁異常。實(shí)際情況來講，由于鋼筋籠磁化后的磁力線與地磁磁力線同向或反向，會造成局部磁場的增強(qiáng)或減弱。因此，由鋼筋籠引起的磁異常有時(shí)以正異常為主，有時(shí)以負(fù)異常為主。假設(shè)鋼筋籠主筋為無限長線狀體，在與其平行方向上，可推導(dǎo)出一根主筋的磁感應(yīng)強(qiáng)度Z公式為：

其中，B⊥為垂直方向地磁場強(qiáng)度；k為主筋的磁化率；S為主筋橫截面面積；L為測點(diǎn)與主筋的垂直距離。假設(shè)有效磁化傾角為90°。對于有限長鋼筋籠中的主筋，可以用有限元積分近似計(jì)算其磁感應(yīng)強(qiáng)度[6]。沿主筋方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度為定值，所以磁梯度值為零。

在鋼筋籠底端與弱磁性混凝土的界面處，實(shí)測磁感應(yīng)強(qiáng)度存在較大變化，表現(xiàn)為垂直磁場分量曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的同時(shí)，磁梯度曲線出現(xiàn)極值點(diǎn)，超過界面再往下逐漸變成背景磁場值(見圖1)。因此，當(dāng)灌注樁鋼筋籠周圍無其他鐵磁性體干擾時(shí)，通過測量地球磁場在鋼筋籠內(nèi)/附近的變化，能夠準(zhǔn)確直觀地反映灌注樁內(nèi)鋼筋籠的埋設(shè)長度。

2 充電法

充電法是一種向鋼筋籠充電，然后通過觀測其充電場的空間分布來判斷鋼筋籠深度的電法勘探方法。鋼筋籠區(qū)別于混凝土及樁周巖土，可視為電阻率為零的理想導(dǎo)電體。將供電電極A與樁頂暴露的鋼筋連接，負(fù)極B在遠(yuǎn)離測區(qū)處接地。供電后，電流將遍及整個(gè)鋼筋籠，然后垂直于導(dǎo)體表面流向周圍介質(zhì)。電流在理想導(dǎo)體內(nèi)流過時(shí)，不產(chǎn)生電位降，導(dǎo)體內(nèi)電位處處相等。將觀測電極N連接在暴露的鋼筋上，觀測電極M在樁旁鉆孔內(nèi)移動(dòng)，實(shí)時(shí)測量MN之間的電位差。鋼筋籠底界面處是導(dǎo)電性有明顯差異的介質(zhì)分層，必然存在著電位降。通過觀測深度—電位曲線上的拐點(diǎn)以及相應(yīng)的極值點(diǎn)曲線，可以有效檢測鋼筋籠的長度(見圖2)。

3 瞬變電磁法

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率的一種方法。由于鋼筋籠是良導(dǎo)體，相比樁周巖土、樁身混凝土，具有明顯的電性差異。一次場在通過鋼筋籠時(shí)，具有較強(qiáng)的瞬變電磁信號，通過接收線框觀測沿深度方向二次場值的變化，可判斷鋼筋籠長度。實(shí)際檢測中，通常觀測的是二次場不同延時(shí)t對應(yīng)的感應(yīng)電壓值E，并用歸一化感應(yīng)電動(dòng)勢E(t)/I繪制成多測道剖面曲線圖[7]，I為發(fā)送電流。

將由接收線框和發(fā)射線框組成的探頭沿樁旁鉆孔勻速提升或下放，在鋼筋籠底界面處，介質(zhì)電阻率值明顯發(fā)生變化，二次場不同延時(shí)t對應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢將發(fā)生明顯跳變，根據(jù)跳變位置，可判斷鋼筋籠長度(見圖3)。

4 應(yīng)用分析

以上三種灌注樁鋼筋籠長度檢測方法都是采用樁周或樁中鉆孔，通過觀測沿深度方向變化的信號曲線判斷鋼筋籠的長度。然而，就目前來說：

1)充電法要求樁頂鋼筋籠必須暴露，對于承臺已經(jīng)建好的檢測項(xiàng)目，該方法并不可行。而且，檢測工作開展比較困難，受各種干擾因素較多，導(dǎo)致其檢測精度也不及井中瞬變電磁法和井中磁測法。

2)井中瞬變電磁法，檢測精度高，觀測曲線異常明顯，易識別，是一種值得推廣的鋼筋籠長度檢測方法。然而，國內(nèi)雖已研制出了瞬變電磁儀，但儀器較笨重，價(jià)格也比較高，需要加快定型，投產(chǎn)于市場。

3)井中磁測法為目前應(yīng)用最廣泛的鋼筋籠長度檢測方法。檢測儀器輕便，工作效率高，價(jià)格也比較便宜。但磁異常有時(shí)比較復(fù)雜，需要有經(jīng)驗(yàn)的檢測人員進(jìn)行判斷。

綜上所述，結(jié)合天津地區(qū)灌注樁成樁特點(diǎn)，選定井中磁測法開展灌注樁鋼筋籠長度檢測項(xiàng)目。

5 磁測法工程應(yīng)用

5.1 現(xiàn)場工作方法

檢測前將鉆孔設(shè)置在距灌注樁外側(cè)邊緣不大于0.5m的位置，且保證鉆孔中心線平行于樁身中心線，鉆孔深度要求比鋼筋籠底設(shè)計(jì)深度深3m以上[8]。檢測時(shí)要求樁中或樁周除鋼筋籠以外無連續(xù)鐵磁性物質(zhì)干擾。將磁探頭置入鉆孔中，自下而上或自上而下等間距逐點(diǎn)采樣，實(shí)時(shí)記錄鉆孔方向不同深度的磁場參數(shù)值，計(jì)算并繪制深度—垂直磁場分量曲線以及深度—磁梯度曲線。根據(jù)實(shí)測曲線特征，以確定鋼筋籠的長度。

5.2 工程實(shí)例分析

天津西青區(qū)某住宅項(xiàng)目，地下車庫樁基施工采用鉆孔灌注樁，樁型尺寸為φ0.80×28.00m，設(shè)計(jì)鋼筋籠籠長19.00m。圖4為25號樁鋼筋籠長度磁法測試結(jié)果，測試起點(diǎn)深度為32.00m。

在L=2.20m位置，垂直磁場曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)對應(yīng)磁梯度曲線出現(xiàn)極值點(diǎn)，判斷為鋼筋籠頂界面到現(xiàn)地坪的距離。在L=18.20m的位置有明顯拐點(diǎn)，同時(shí)磁梯度曲線出現(xiàn)極值點(diǎn)。再往深處，垂直磁場曲線均勻、平穩(wěn)，趨于背景磁場值(約370mGauss)，再無明顯拐點(diǎn)出現(xiàn)，斷定鋼筋籠底界面深度為18.20m。綜合分析判斷，鋼筋籠長度為16.00m。

天津東麗區(qū)某高速公路項(xiàng)目，樁基施工采用鉆孔灌注樁，樁型尺寸為φ1.00×38.00m，設(shè)計(jì)籠長為26.00m。圖5為該項(xiàng)目4號樁鋼筋籠長度檢測結(jié)果，測試起點(diǎn)深度為43.00m。

在L=2.50m和L=4.20m的位置，實(shí)測垂直磁場分量曲線分別出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，同時(shí)，磁梯度曲線出現(xiàn)極值點(diǎn)。由于鋼筋籠頂界面之上為1.8m厚的配筋承臺，承臺上方覆蓋了2m多厚的回填土層。因此，判斷L=4.20m位置為鋼筋籠頂界面到現(xiàn)地坪的距離。在L=30.20m的位置垂直磁場分量曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，同時(shí)磁梯度曲線出現(xiàn)極值點(diǎn)。隨后，垂直磁場曲線均勻、平穩(wěn)，趨于背景磁場值(約390mGauss)，梯度曲線無明顯極值點(diǎn)出現(xiàn)，斷定鋼筋籠底界面深度為30.20m。綜合分析判斷，鋼筋籠長度為26.00m。

6 結(jié)論及展望

1)理論分析及工程實(shí)例表明，采用磁測法檢測灌注樁鋼筋籠長度有非常顯著的效果。近幾年灌注樁鋼筋籠長度的檢測項(xiàng)目屢見不鮮，具有一定的市場，對于樁基施工中鋼筋籠埋設(shè)長度是否短缺的爭議，磁測法不失為一種經(jīng)濟(jì)、快捷、行之有效的方法。不僅可以解決工程隱患，還保證施工質(zhì)量。同時(shí)解決問題后，可擴(kuò)大市場影響，增強(qiáng)公司的技術(shù)能力。

2)井中瞬變電磁法檢測結(jié)果直觀，檢測精度高。對于鋼筋籠長度存在爭議的灌注樁，可以通過此方法對比驗(yàn)證。應(yīng)加快井中瞬變電磁法檢測儀器的定型，投產(chǎn)于市場，提高鋼筋籠長度檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

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[6] 管志寧.地磁場與磁力勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[7] 李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[8] DG J32/T J60—2007，灌注樁鋼筋籠檢測技術(shù)規(guī)程[S].

Application of geophysical prospecting methods for checking the length of reinforcement cage of cast-in-situ pile

Zhang Yaolei Hu Qinghua Xu Lei

(TianjinInvestigationInstitute，Tianjin300191，China)

This paper introduces several geophysical prospecting methods for checking the cage length of cast-in-situ pile. According to the field condition and the development of instruments, magnetic method is selected as an effective method that the detection project carries out. Magnetic method is based on magnetic differences between concrete and reinforcement cage, rock-soil near pile to conclude the length of reinforcement cage by measuring the change of vertical magnetic field and magnetic gradient along the depth direction of reinforcement cage. Theoretical analysis and the engineering examples show that magnetic method is feasible and effective for checking the length of reinforcement cage of cast-in-situ pile.

geophysical prospecting methods, cast-in-situ pile, reinforcement cage length, magnetic method

1009-6825(2015)30-0078-03

2015-08-14

張耀鐳(1988- )，男，助理工程師； 胡清華(1986- )，男，碩士，工程師； 徐 磊(1990- )，男，助理工程師

P631

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