樁基礎(chǔ)鋼筋籠長(zhǎng)度磁法檢測(cè)研究

摘 要：樁基礎(chǔ)中的鋼筋籠受地磁場(chǎng)磁化從而產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，并且與地磁場(chǎng)疊加產(chǎn)生局部磁異常。本文根據(jù)這一特點(diǎn)，利用MATLAB平臺(tái)編寫程序建立數(shù)值正演模型，對(duì)鋼筋籠進(jìn)行剖分，計(jì)算樁身附近鋼筋籠的磁異常特征，討論了根據(jù)磁異常及其梯度曲線確定鋼筋籠接點(diǎn)極其長(zhǎng)度的分析方法，并將工程實(shí)測(cè)曲線與理論曲線進(jìn)行對(duì)比，取得了較好的一致性，從而證明了該方法的良好效果，并且為進(jìn)一步精細(xì)化正演模型，進(jìn)行更精確的定量計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：磁異常；鋼筋籠長(zhǎng)度；正演；磁梯度

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（a）-0000-00

1 引言

鋼筋籠和基樁及樁周巖土間存在明顯的磁性差異，因此在其分界界面上磁場(chǎng)垂直分量是不連續(xù)的，會(huì)產(chǎn)生突變點(diǎn)。根據(jù)磁場(chǎng)垂直分量的突變點(diǎn)就可以推測(cè)出鋼筋籠的磁性介質(zhì)分界面，即鋼筋籠的接點(diǎn)位置，從而可以確定鋼筋籠的長(zhǎng)度。由于鋼筋受地磁場(chǎng)磁化，其本身產(chǎn)生的磁化場(chǎng)與地磁場(chǎng)相疊加，使得基樁樁身和鋼筋籠與其周圍巖土間存在明顯的磁性差異，產(chǎn)生磁異常。因此可以通過(guò)數(shù)值模擬鋼筋籠磁場(chǎng)垂直Z分量的理論曲線，分析其空間分布特征，總結(jié)磁異常場(chǎng)與鋼筋籠之間的對(duì)應(yīng)規(guī)律，從而指導(dǎo)進(jìn)一步的定量分析以及實(shí)際工程檢測(cè)中的解釋。

2 方法原理

式中：k為主筋磁化率， 為地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為主筋橫截面積，L為測(cè)點(diǎn)到主筋的垂直距離。假設(shè)有效磁化傾角為90°，由上式可知鋼筋籠主筋感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度Z大小跟主筋與測(cè)點(diǎn)的距離L的平方成反比，與主筋橫截面積S成正比，且在與鋼筋籠平行的方向上為定值。

3 模型試驗(yàn)

為驗(yàn)證上述方法原理檢測(cè)鋼筋籠長(zhǎng)度的可靠性與可行性，以及測(cè)孔距L對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下模型進(jìn)行理論試驗(yàn)。

單個(gè)鋼筋籠接頭（即單個(gè)磁荷面）的模型：設(shè)計(jì)的接頭位于地下10m處，鋼筋籠直徑為1m，磁化強(qiáng)度為30A/m，測(cè)量孔距離鋼筋籠為0.5m。從下圖可以看出垂直磁場(chǎng)分量及其梯度曲線清楚指明了接頭的位置。

同樣參數(shù)對(duì)2個(gè)鋼筋籠接頭或端部（即2個(gè)磁荷面）的模型進(jìn)行了試驗(yàn)：接頭分別位于地下1m和10m處。下圖的結(jié)果同樣對(duì)接頭位判斷準(zhǔn)確。

同樣參數(shù)對(duì)3個(gè)接頭（即3個(gè)磁荷面）的模型進(jìn)行了試驗(yàn)：接頭分別間隔9米。下圖的結(jié)果同樣對(duì)接頭位置判斷準(zhǔn)確，并表明各個(gè)接頭處場(chǎng)的特征是一致的。

同樣參數(shù)對(duì)8個(gè)鋼筋籠接頭（即8個(gè)磁荷面）的模型進(jìn)行了試驗(yàn)：接頭分別間隔9米。下圖的結(jié)果同樣對(duì)接頭位置判斷準(zhǔn)確，并表明各個(gè)接頭處場(chǎng)的特征是一致的。

如果對(duì)上一個(gè)模型的測(cè)量孔與鋼筋籠的距離增大為1m，可以由下圖看出，雖然對(duì)判斷接頭位置沒(méi)有影響，但場(chǎng)的幅值明顯減弱，曲線趨于寬緩。因此，測(cè)量時(shí)為保證高的分辨能力，必須盡量控制測(cè)量孔距離鋼筋籠的位置在100cm之內(nèi)。

實(shí)際測(cè)試中，考慮到測(cè)試孔的垂直度情況，則要求測(cè)試孔與被檢測(cè)樁之間存在一定的距離，一般不宜小于0.5m；

4 工程樁實(shí)例

江蘇南通某工程屬于已建成樓房，是已完工工程，施工時(shí)間為2008年9月。居民遷入樓房一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)樓房沉降情況明顯，懷疑施工方縮短了PHC管樁長(zhǎng)度，由于PHC管樁屬于隱蔽工程，無(wú)法自行查看其長(zhǎng)度，向有關(guān)部門反映情況，相關(guān)部門委托對(duì)該工程PHC管樁長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)。

該工程PCH管樁底部多處于粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土交界層，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度滿足抗震要求。但如果施工單位偷工減料，縮短管樁長(zhǎng)度，如果發(fā)生地震，會(huì)造成粉細(xì)砂流失，使建筑整體或部分沉降，嚴(yán)重威脅工程質(zhì)量，更無(wú)法滿足抗震要求。因出現(xiàn)了沉降問(wèn)題，所以提出檢測(cè)管樁長(zhǎng)度。由于PHC管樁同樣是由鋼筋混凝土構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)與鋼筋籠灌注樁類似，所以同樣可以采樣磁測(cè)法判定管樁中鋼筋籠的長(zhǎng)度，由于PHC管樁屬于全籠樁，通過(guò)判定鋼筋的長(zhǎng)度即可確定管樁的長(zhǎng)度。

（1） 11號(hào)樁：

從圖37中可以看出鉆孔鉆入深度為20.00m，鉆孔底部在管樁底部以下。綜合圖中3條曲線的變化特征，結(jié)合數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)結(jié)果，可以判定引起磁異常的場(chǎng)源即接頭存在的位置對(duì)應(yīng)于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處?？梢耘卸ㄔ撛囼?yàn)樁頭部在標(biāo)高約-2.00m底部在標(biāo)高-12.00m。因而確定鋼筋籠有效長(zhǎng)度在10.00m左右。由于該單位灌注樁鋼筋籠設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為16.00m（10.00m+6.00m），我們得到測(cè)量結(jié)果長(zhǎng)度為10.00m，與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度相差6.00m，說(shuō)明該施工單位在施工中少用了一節(jié)樁，不符合設(shè)計(jì)要求。

（2） 39號(hào)樁：

從圖中可以看出鉆孔鉆入深度為20.00m，綜合圖中3條曲線的變化特征，結(jié)合數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)結(jié)果，可以判定引起磁異常的場(chǎng)源即接頭存在的位置對(duì)應(yīng)于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處?？梢耘卸ㄔ撛囼?yàn)樁頭部在標(biāo)高約-2.00m底部在標(biāo)高-12.00m。因而確定鋼筋籠有效長(zhǎng)度在10.00m左右。

由于該單位灌注樁鋼筋籠設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為20.00m（10.00m+1.00m），我們得到測(cè)量結(jié)果長(zhǎng)度為10.00m，與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度相差10.00m，說(shuō)明該施工單位在施工中少用了一節(jié)樁，不符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論與展望

1）工程實(shí)例表明，磁測(cè)法可以有效的測(cè)量灌注樁鋼筋籠的長(zhǎng)度。理論分析和模型樁測(cè)試結(jié)果表明，鋼筋籠的頂?shù)酌婧徒宇^處在其磁場(chǎng)強(qiáng)度垂直分量梯度曲線中表現(xiàn)為極值點(diǎn)，該點(diǎn)的二階梯度為零。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型，并有效指導(dǎo)了實(shí)踐，通過(guò)實(shí)際工程檢測(cè)，完善了數(shù)值解釋的方法。

2）實(shí)際工程基樁中一般用幾節(jié)鋼筋籠焊接施工，因此多接頭的模型試驗(yàn)結(jié)果更進(jìn)一步表現(xiàn)了磁梯度法對(duì)多節(jié)鋼筋籠中各接頭節(jié)點(diǎn)的定位能力，正演模擬結(jié)果中表現(xiàn)出的一致性對(duì)實(shí)際資料的正確解釋有一定啟示。

3）通過(guò)改變測(cè)孔距模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Z分量與梯度曲線形態(tài)受到測(cè)點(diǎn)到鋼筋籠距離的影響，在相同的背景參數(shù)條件下，測(cè)點(diǎn)到鋼筋籠的距離越近，磁異常極值的絕對(duì)值越大，曲線的異常峰值越大，曲率越陡，因此實(shí)際檢測(cè)時(shí)測(cè)孔距一般不超過(guò)100cm。

4）由于目前技術(shù)條件和數(shù)據(jù)量的限制，只能依據(jù)相鄰兩節(jié)鋼筋籠磁異常情況粗略判斷根數(shù)。定量的解釋鋼筋籠所用鋼筋的根數(shù)，還需要從數(shù)值模擬入手，通過(guò)進(jìn)一步精細(xì)化正演模型，進(jìn)行磁異常的定量計(jì)算。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董平， 樊敬亮， 劉朝暉， 等. 灌注樁鋼筋籠外部的磁異常特征研究[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展， 2007， 05： 1660-1665.

[2] 董平， 樊敬亮， 王良書， 等. 灌注樁鋼筋籠內(nèi)部的磁異常特征[J]. 物探與化探， 2008， 01： 101-104+108.

[3] 伍卓鶴， 張秀頎， 劉輝東， 等. 利用磁測(cè)井法檢測(cè)灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào)， 2013， 05： 693-699.

[4] 丁華， 許明輝， 張建華， 等. 磁測(cè)鋼筋籠長(zhǎng)度方法分析和應(yīng)用[J]. 工程勘察， 2011， 04： 90-93.