磁測(cè)井法檢測(cè)灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度足尺模型試驗(yàn)研究

□文/趙國(guó)光 瞿一奇 趙國(guó)普

灌注樁是當(dāng)前公路橋梁基礎(chǔ)工程中最常用的下部結(jié)構(gòu)形式，屬隱蔽工程。施工中，鋼筋籠偷工減料現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，其中又以鋼筋籠長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)要求縮短較為常見(jiàn)，嚴(yán)重影響了灌注樁的施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全及耐久性。

本文開(kāi)展磁測(cè)井法檢測(cè)鋼筋籠長(zhǎng)度的現(xiàn)場(chǎng)足尺模型試驗(yàn)研究，試驗(yàn)研究的目的如下：

1）核驗(yàn)評(píng)價(jià)磁測(cè)井法檢測(cè)鋼筋籠長(zhǎng)度技術(shù)的有效性與準(zhǔn)確性；

2）測(cè)試間距是準(zhǔn)確測(cè)試鋼筋籠長(zhǎng)度的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)在不同邊界條件下現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)，分析評(píng)價(jià)測(cè)試間距對(duì)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響程度；

3）天津地區(qū)灌注樁鋼筋籠普遍上部配筋多、下部配筋少,不通樁長(zhǎng)布設(shè)，另外橋梁工程灌注樁多數(shù)在樁身內(nèi)將聲測(cè)管延伸至樁底。針對(duì)配筋較少條件下的測(cè)試結(jié)果是否有效、聲測(cè)管以及加勁箍對(duì)測(cè)試的影響等疑點(diǎn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)展開(kāi)分析研究。

1 磁測(cè)井法的基本原理

磁測(cè)井法是利用地下巖土體之間的磁性差異所引起的地磁場(chǎng)變化（磁異常）來(lái)尋找有用礦產(chǎn)資源和查明地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。磁測(cè)井法以磁性體磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)研究磁性體周?chē)艌?chǎng)變化的空間分布特征和分布規(guī)律，對(duì)磁性物體空間分布做出解釋。鋼筋籠、含有鋼筋的建構(gòu)筑物以及鐵磁性巖礦石等是鐵磁性物質(zhì)，在其周?chē)纬珊軓?qiáng)的磁異常，井中每一觀測(cè)點(diǎn)所測(cè)得磁場(chǎng)是各種物質(zhì)磁異常疊加的結(jié)果。

對(duì)于以研究鋼筋籠長(zhǎng)度為目的的磁測(cè)井法，鋼筋籠形成的磁異常是測(cè)量研究的對(duì)象。通過(guò)研究磁性體周?chē)艌?chǎng)變化的空間分布特征和分布規(guī)律，對(duì)磁性體空間分布做出解釋。測(cè)試磁場(chǎng)垂直分量Z-深度變化曲線(xiàn)，根據(jù)磁場(chǎng)Z分量值明顯異變，結(jié)合有關(guān)資料，綜合判斷鋼筋籠長(zhǎng)度。

在灌注樁鋼筋籠外部鉆孔時(shí).磁異常理論定量計(jì)算曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 灌注樁磁異常理論定量計(jì)算曲線(xiàn)

2 足尺模型試驗(yàn)研究

2.1 選取一節(jié)鋼筋籠進(jìn)行整體模型試驗(yàn)

2.1.1 概況

樁徑1.8 m灌注樁的最下端一節(jié)鋼筋籠，由4根φ32 mm主筋和4根聲測(cè)管組成，放置于地表。

2.1.2 結(jié)果

模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 鋼筋籠模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 μT

2.1.3 分析

傳感器探頭離鋼筋籠越近，磁測(cè)井法測(cè)試信號(hào)越強(qiáng)，磁場(chǎng)垂直分量異常變化量越大；在鋼筋籠內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，磁測(cè)井法測(cè)試信號(hào)最強(qiáng)；隨著傳感器探頭離鋼筋籠變遠(yuǎn)，磁場(chǎng)的異常變化量會(huì)明顯減弱，磁測(cè)井法的測(cè)試曲線(xiàn)型式也將會(huì)因背景場(chǎng)的影響而產(chǎn)生變化。見(jiàn)圖2-圖4。

圖2 工況1測(cè)試曲線(xiàn)

圖3 工況2測(cè)試曲線(xiàn)

圖4 工況3測(cè)試曲線(xiàn)

2.2 選取一根鋼筋進(jìn)行模型試驗(yàn)

2.2.1 概況

1根φ25 mm鋼筋，長(zhǎng)12 m，放置于地表。

2.2.2 結(jié)果

模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鋼筋模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 μT

2.2.3 分析

傳感器探頭離鋼筋越近，磁測(cè)井法測(cè)試信號(hào)越強(qiáng)，磁場(chǎng)垂直分量異常變化量越大；傳感器探頭離鋼筋籠越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)的異常變化量呈明顯減弱趨勢(shì)；傳感器探頭距鋼筋70 cm時(shí)的磁場(chǎng)異常變化量是距鋼筋40 cm時(shí)的36%，傳感器探頭距鋼筋100 cm時(shí)的磁場(chǎng)異常變化量是距鋼筋40 cm時(shí)的18.7%，傳感器探頭與鋼筋間的距離超過(guò)1 m時(shí)的磁場(chǎng)異常變化量已基本不能作為判斷鋼筋存在的依據(jù)。見(jiàn)圖5-圖8。

2.3 選取一根聲測(cè)管進(jìn)行模型試驗(yàn)

2.3.1 概況

1根φ48 mm聲測(cè)管，長(zhǎng)9 m，放置于地表；加筋箍采用φ25 mm鋼筋制作。

2.3.2 結(jié)果

模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

圖5 工況4測(cè)試曲線(xiàn)

圖6 工況5測(cè)試曲線(xiàn)

圖7 工況6測(cè)試曲線(xiàn)

圖8 工況7測(cè)試曲線(xiàn)

表3 聲測(cè)管模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 μT

2.3.3 分析

聲測(cè)管在磁測(cè)井法測(cè)試中，其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直分量異常變化基本可以忽略不計(jì)；隨著傳感器探頭離加勁箍變遠(yuǎn)，磁場(chǎng)的異常變化量會(huì)明顯減弱；傳感器探頭與加勁箍間的距離超過(guò)0.6 m時(shí)的磁場(chǎng)異常變化量已基本不能作為判斷鋼筋存在的依據(jù)。見(jiàn)圖9-圖11。

圖9 工況8測(cè)試曲線(xiàn)

圖10 工況9測(cè)試曲線(xiàn)

圖11 工況10測(cè)試曲線(xiàn)

3 工程應(yīng)用

自2015年，在京津冀等地已先后針對(duì)不同樁徑、不同樁長(zhǎng)、不同地質(zhì)條件下（平原、濱海、山區(qū)等），采用磁測(cè)井法完成了超過(guò)500根灌注樁的鋼筋籠長(zhǎng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，測(cè)試絕對(duì)誤差＜1 m。

4 結(jié)論

1）影響磁測(cè)井法檢測(cè)灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素是檢測(cè)時(shí)傳感器與鋼筋籠的實(shí)際有效間距。傳感器探頭距鋼筋籠距離越近，磁測(cè)井法測(cè)試信號(hào)越強(qiáng)，磁場(chǎng)垂直分量異常變化量越大，測(cè)試后分析評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性越高。對(duì)于長(zhǎng)樁、施工垂直度偏差較大的灌注樁，應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果謹(jǐn)慎分析，避免誤判。

2）在灌注樁樁身鋼筋籠內(nèi)部鉆孔時(shí)檢測(cè)鋼筋籠長(zhǎng)度，磁測(cè)井法測(cè)試信號(hào)最強(qiáng)，檢測(cè)結(jié)果最可靠。

3）在磁測(cè)井法測(cè)試中，鋼筋、加勁箍、焊縫以及其他鐵磁性物質(zhì)均能產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)垂直分量異常變化，每一點(diǎn)所測(cè)得磁場(chǎng)是各種物質(zhì)產(chǎn)生的磁異常疊加的結(jié)果。

4）聲測(cè)管在磁測(cè)井法測(cè)試中，其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直分量異常變化基本可以忽略不計(jì)。

5）磁測(cè)井法檢測(cè)灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度方法可行，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、有效，已在多條高速公路項(xiàng)目中應(yīng)用。該方法能有力震懾施工中鋼筋籠的偷工減料行為，確保灌注樁的施工質(zhì)量。同時(shí)，可以作為行業(yè)管理與質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)的質(zhì)量控制措施和驗(yàn)收檢測(cè)手段，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。