鋼筋籠長度磁法檢測在山西某工程中的應用

趙幸幸，梁大偉

(山西省建筑科學研究院有限公司，山西 太原 030001)

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，在城市的建設中，在道路、橋梁、廠房和高層建筑等工程中，在我國工程建設中樁基礎已經(jīng)成為最重要的一種基礎形式。由于山西地區(qū)地質(zhì)條件影響，工程中常用的樁型有預制樁和鋼筋混凝土灌注樁。灌注樁鋼筋籠長度是按照國標、行標及地標等相關標準，根據(jù)其上部結(jié)構所傳遞至基礎的荷載大小和性質(zhì)，樁周地質(zhì)情況，地區(qū)的抗震設防烈度以及是否屬于抗拔樁、端承樁等條件計算確定的。 如果灌注樁的鋼筋籠長度不滿足規(guī)范及設計要求，則會影響到整個基礎的抗震性能和穩(wěn)定性，嚴重時會影響到整個建筑物的安全。因此，采用一種切實有效的方法檢測灌注樁的鋼筋籠長度是否滿足規(guī)范及設計要求，對工程的質(zhì)量和安全是有重要的實用意義的[1]。

1 工程概況

山西某項目場地位于太原市萬柏林區(qū)，濱河西路以西，摩天石小區(qū)以北，汾河外灘小區(qū)以南。該項目投資30余億元，包含A段公寓樓、B段公寓樓、C段裙樓及地下車庫，項目總建筑面積約24萬m2，為太原市地標性建筑。其中A段為地上58層,地下3層公寓樓，建筑尺寸為67 m×23 m，建筑高度195.8 m，建筑面積約為9萬多平方米；B段為地上49層，地下3層公寓樓，建筑高度167 m，建筑尺寸67 m×23 m，建筑面積約8萬m2；C段裙樓為地上2層～4層,地下3層。根據(jù)設計圖紙所示，具體設計參數(shù)見表1。

表1 具體設計參數(shù)表

受建設單位委托，我單位27根工程樁使用磁測井法檢測。

2 地質(zhì)條件

3 磁測井法灌注樁鋼筋籠長度檢測的原理及方法

3.1 檢測原理

混凝土灌注樁其樁身及樁周，是由不同的物質(zhì)組成的，樁身主要是混凝土和鋼筋，樁周、樁端主要是巖土體，不同的物質(zhì)具有不同的磁性，所以磁測井法是以不同磁性體的不同磁性特征為物理基礎，通過儀器測試測井周圍較大空間內(nèi)磁性體磁場的總和變換，用以尋找測井周圍，主要是其底部的磁性體并研究其分布和規(guī)模等的一種地球物理測井方法[2]。

由于具有磁性異常的兩個不同介質(zhì)，例如鋼筋和混凝土、或者鋼筋和巖土體，在兩種介質(zhì)的分界界面上，其磁場垂直分量是不連續(xù)的，會出現(xiàn)突變的現(xiàn)象，同時在兩種介質(zhì)的分界界面上磁場垂直分量梯度將會出現(xiàn)急劇變化的極值點，故可根據(jù)實際檢測者磁場垂直分量梯度曲線底部的極值點位置或磁場垂直分量曲線底部的突變位置，綜合判別兩種不同介質(zhì)的分界面。

磁測井法的研究目的是檢測鋼筋籠長度，我們測量研究的對象是鋼筋籠形成的磁異常即磁場垂直分量，而鋼筋籠底部的上下端面就是一個磁性介質(zhì)的分界面，可以分析實測磁場垂直分量來進行判別。鋼筋籠長度磁測井法檢測就是通過在測試孔(基樁內(nèi)部或者附近的)中檢測基樁內(nèi)或附近磁場垂直分量沿深度方向受鋼筋分布影響的變化，同時結(jié)合一定的數(shù)據(jù)分析和處理方法，從而對樁身內(nèi)鋼筋籠的埋設深度、長度進行判定[3]。

3.2 檢測條件及方法

鋼筋籠長度檢測通過前述原理分析，其應滿足以下條件：

1)受檢樁中及樁周圍一定范圍內(nèi)除鋼筋籠外，應無連續(xù)鐵磁性體干擾。

2)檢測探頭傳感器必須通過測試通道接收磁感應信號，因此必須在樁內(nèi)或樁周圍鉆孔，且保證鉆孔通暢。如果測試孔深度范圍內(nèi)存在較厚的軟弱土層、砂層、卵礫石層時，可能會發(fā)生塌孔使傳感器無法到達孔底，或?qū)鞲衅髀裼诳椎谉o法取出，因此對上述地層，有必要設置PVC管護孔，防止塌孔。為防止管底返砂堵孔，PVC管宜封底。為保證傳感器在PVC管中順暢通行，PVC管內(nèi)徑宜為60 mm～90 mm。采用磁測井法進行檢測，測試孔內(nèi)如有地下水、泥漿、水泥漿等非鐵磁性物質(zhì)時，對檢測結(jié)果無影響。

3)鉆孔應保證足夠的垂直度，與鋼筋籠水平距離不應大于0.5 m。

測試孔底標高應低于鋼筋籠設計底標高至少3 m，這樣可以保證測試到清晰有效的磁異常數(shù)據(jù)，該段內(nèi)現(xiàn)場測試值可作為背景場值。放置探頭由下至上采樣，采樣步距設置過大，會造成測試結(jié)果分辨率降低，增大誤差，因此采樣步距不應大于25 cm；采樣步距設置過小，則加大了現(xiàn)場測試工作量。一般采用10 cm～25 cm的采樣步距既能保證一定的測試精度，又能減少現(xiàn)場檢測時間，可避免采樣時間過長發(fā)生塌孔，提高工作效率。武漢巖海工程技術有限公司生產(chǎn)的RS-RBMT鋼筋籠長度磁法測試儀為本次檢測設備。

4 磁測井法灌注樁鋼筋籠長度檢測的技術難點及分析判斷

本項目開始前，根據(jù)本項目地勘資料并結(jié)合周邊已有地區(qū)經(jīng)驗，地表巖土層以粉土、粉黏、砂層為主，場地周邊樁長范圍內(nèi)以及樁端以下一定深度內(nèi)，不存在磁性較強的巖石層。另根據(jù)場地歷史上的使用功能，其地表以下10 m深度范圍內(nèi)，沒有人類活動的構筑物或者強磁性人造物質(zhì)，故場地不存在較強的干擾磁場，采用磁測井法檢測灌注樁鋼筋籠長度理論上是可行的。

根據(jù)前述檢測原理及檢測條件，結(jié)合本項目實際情況，本次灌注樁鋼筋籠長度檢測主要技術難點在于以下兩個方面：1)主樓的灌注樁樁長較長，換言之，如何保證測試鉆孔與鋼筋籠的水平距離滿足要求；2)如何根據(jù)已有的測試數(shù)據(jù)準確判斷鋼筋籠端部位置，換言之如何進行數(shù)據(jù)的分析判斷。

4.1 鉆孔垂直度

本項目A段公寓樓、B段公寓樓樁長較長，故檢測工作先在地庫短樁中開展，地庫短樁檢測完成后，積累了一定的經(jīng)驗且數(shù)據(jù)一致性較好后，再在主樓中開展檢測工作。本項目在鉆孔成孔過程中，主要采取了以下措施保證其垂直度，以減小對檢測數(shù)據(jù)的影響。

1)在鉆孔位置選擇上，盡量選擇在遠離周圍其他灌注樁的一側(cè)進行鉆孔，鉆孔的位置應盡量貼近灌注樁樁側(cè)，這樣既能保證檢測數(shù)據(jù)的單一性，不受其他周圍樁基的干擾，也能盡可能減小鉆孔與鋼筋籠的水平距離。

2)鉆孔就位前對支撐鉆機的地面位置進行夯填加固處理和抄平，以保證鉆機下部地基土的均勻性，避免鉆進過程中由于鉆機支座的不均勻沉降而導致了鉆孔垂直度的偏差。此外，鉆機安裝就位后，對其鉆探面及鉆具垂直度進行校正，保證鉆機的垂直度。

3)鉆機采用的鉆頭、鉆桿、接頭等設備，提前都檢查其垂直度和平整性，如果發(fā)現(xiàn)有鉆桿彎曲、鉆頭磨損不對稱的設備，堅決不能用于項目檢測。

4)鉆進過程中，各鉆桿連接絲扣的間隙，接頭處的間隙，一定擰到底，不能有空隙。鉆速不能過快，尤其是在軟硬層交界面處，應保證勻速鉆進。

地庫檢測過程中，通過測試數(shù)據(jù)反映，其測試數(shù)據(jù)一致性較好，鉆孔垂直度基本都能很好的保證，在預估的樁端附近，都能準確的測試出特征曲線的變化。后進行主樓的檢測，鉆孔通過更加嚴格的采取上述控制手段，其鉆孔垂直度總體是比較滿意的，但也發(fā)生了個別鉆孔垂直度偏差較大，測試數(shù)據(jù)無法判定的情況。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在受檢樁周圍重新布置鉆孔后，再次測試后，檢測數(shù)據(jù)比較滿意。

4.2 數(shù)據(jù)的分析判斷

所有的檢測工作其最后的結(jié)果都是進行檢測數(shù)據(jù)的分析判斷。由于該檢測屬于非損傷間接手段進行檢測，其檢測數(shù)據(jù)的分析判斷顯得更加重要。

1)根據(jù)山西省地方標準DBJ04/T 395—2019灌注樁鋼筋籠長度磁測井法檢測技術標準的規(guī)定，可以采取兩種曲線特征進行判斷：根據(jù)深度-磁場垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲線，取h-dZ/dh曲線底部最深的明顯極值點所對應的深度位置；或根據(jù)深度-磁場垂直分量(h-Z)曲線，取h-Z曲線底部磁場垂直分量由小于背景場的極小值轉(zhuǎn)成大于背景場的拐點(斜率最大處)所對應的深度位置。經(jīng)過分析研究證實，在實際檢測過程中深度-磁場垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲線dZ/dh值的靈敏度較高，深度-垂直分量(h-Z)曲線的Z分量拐點位置判讀難度相對較大，故在實際工程應用中，應該結(jié)合h-Z曲線和h-dZ/dh曲線綜合判定檢測的數(shù)據(jù)。

2)對于絕大多數(shù)鉆孔垂直度較高、探頭與鋼筋籠水平距離較近、鋼筋籠主筋直徑大數(shù)量多、灌注樁長徑比不大的灌注樁，其上述測試曲線的變化特征是比較明顯的，可以通過h-Z曲線底部磁場垂直分量的拐點或者h-dZ/dh曲線底部最深的明顯極值點所對應的深度位置進行判斷。但是對于測試曲線變化特征不明顯的曲線，其判斷就較困難，這時應該分析可能導致測試數(shù)據(jù)不準確的具體原因，采取具體的針對處理措施，來保證測試準確性。例如對樁徑較大、樁長較長、主筋較多的灌注樁進行檢測，如果樁外鉆孔垂直度較難保證，可考慮在樁體內(nèi)進行鉆孔；對于地層或者巖性或者有磁干擾的比較復雜的場地，可以在場地試樁施工時就開展檢測，建立相應的基礎數(shù)據(jù)，以進行工程樁對比分析；樁長較短、樁徑較小的灌注樁，如果反復鉆孔測試后其數(shù)據(jù)一致性不好，則可以配合采用鉆芯取樣法或者電測法等手段補充。

3)項目開始前，應根據(jù)項目實際情況，確定本檢測方法的實用性。如果屬于超長樁，鉆孔垂直度很難保證，則該檢測方法不一定適用。如果樁間距過密，例如基坑支護樁，則由于相互的干擾，該方法也不一定適用。

本項目地庫測試的15根工程樁，其測試的深度-磁場垂直分量(h-Z)曲線，在預估的樁端附近均有明顯的拐點出現(xiàn)，且其深度-磁場垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲線都在相應的位置有明顯的極值點。故測試很成功，根據(jù)與施工記錄等資料的對比，其測試準確度較高。本項目2個主樓的各6根工程樁共2組測試數(shù)據(jù)，其中10組數(shù)據(jù)的一致性較好，在預估的樁端附近，出現(xiàn)了明顯的拐點和極值點，能夠做出判斷，但在其中某個主樓某2組測試數(shù)據(jù)，其極值點出現(xiàn)不明顯，拐點位置更是無法確定，后結(jié)合地勘資料，綜合分析地層情況，可能是由于局部地層情況導致孔位偏差較大，垂直度較難控制，故檢測數(shù)據(jù)無法準確的反映工程實際。后在該受檢樁周圍再次布置鉆孔，重新進行檢測，其測試數(shù)據(jù)較好，在預估樁端位置出現(xiàn)相應的拐點和極值點，準確的反映了工程實際。

4.3 檢測結(jié)論

依據(jù)DBJ04/T 395—2019灌注樁鋼筋籠長度磁測井法檢測技術標準第5.0.3條規(guī)定：本次檢測A段公寓樓6根樁均在50.00 m處明顯看到磁場Z分量值產(chǎn)生明顯異變，根據(jù)鋼筋籠接頭處磁場數(shù)據(jù)變化規(guī)律，判斷為鋼筋籠底部特征；B段公寓樓6根樁均在45.00 m處明顯看到磁場Z分量值產(chǎn)生明顯異變，根據(jù)鋼筋籠接頭處磁場數(shù)據(jù)變化規(guī)律，判斷為鋼筋籠底部特征；C段裙樓及地下車庫15根樁分別在28.75 m,28.25 m,28.00 m,27.00 m處明顯看到磁場Z分量值產(chǎn)生明顯異變，根據(jù)鋼筋籠接頭處磁場數(shù)據(jù)變化規(guī)律，判斷為鋼筋籠底部特征。

5 結(jié)語

1)根據(jù)27根工程樁的磁測井法檢測結(jié)果，依據(jù)DBJ04/T 395—2019灌注樁鋼筋籠長度磁測井法檢測技術標準第5.0.3條規(guī)定：A段公寓樓6根樁鋼筋籠長度為50.00 m；B段公寓樓6根樁鋼筋籠長度為45.00 m；C段裙樓及地下車庫15根樁鋼筋籠長度為27.00 m。本項目灌注樁鋼筋籠程度滿足要求。

2)根據(jù)以上的檢測結(jié)果，說明磁測井法測試灌注樁鋼筋籠長度在滿足一定的檢測條件下，其是一種切實可行的檢測手段，可以在工程中應用和推廣。