李清華

(福建省建設(shè)工程物探試驗(yàn)檢測中心,福州,350011)

隨著我國工程建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，灌注樁基礎(chǔ)已在高層建筑、橋梁、高架橋、港口碼頭等工程中大量采用，成為我國工程建設(shè)中最重要的一種基礎(chǔ)形式。灌注樁中鋼筋籠長度是按照有關(guān)規(guī)范，根據(jù)水平荷載、彎矩大小、樁周土情況、抗震設(shè)防烈度以及是否為抗拔樁和端承樁等來計算確定的[1]。灌注樁施工是采用機(jī)械或人工成孔后，將制作好的鋼筋籠吊入孔中，隨后進(jìn)行混凝土澆筑。鋼筋籠對樁的抗拉、抗彎，土層差異較大時承受地震波速差異引起的水平荷載、樁身裂縫控制等起到關(guān)鍵性的作用。特別對于抗拔樁和一、二級裂縫控制等級的樁，鋼筋籠的作用尤其重要。由于灌注樁屬于隱蔽工程，且施工后鋼筋籠長度的檢測難度大，樁身鋼筋籠的短缺將對灌注樁的質(zhì)量造成重大影響[2]。

最直接的鋼筋籠長度檢測方法是開挖驗(yàn)證，但對于樁長達(dá)數(shù)十米，樁徑超過800 mm的混凝土灌注樁，開挖驗(yàn)證難度很大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，樁基工程檢測技術(shù)在不斷更新和提高，新理論、新方法不斷推出，人們尋求各種既能準(zhǔn)確檢測且又無損于樁基的技術(shù)來檢測鋼筋籠的長度，如磁法(磁力梯度法)、電磁波法和聲波法等。由于鋼筋籠與混凝土、樁周巖土之間存在明顯的磁性差異，故磁力梯度測試方法，為國內(nèi)檢測灌注樁鋼筋籠長度較普遍采用的一種方法。

1 磁力梯度法的基本原理

磁力梯度法采用的磁通門磁力儀是測量地磁強(qiáng)度和方向的相對磁力儀，磁通門探頭有一個在弱磁場中就能達(dá)到飽和磁化的由高導(dǎo)率合金制成的磁芯。其方法是在兩個平行的磁芯上分別繞以初級和次級線圈，兩個初級線圈串聯(lián)通以50～1000 Hz的激勵磁場，使磁芯達(dá)到飽和狀態(tài)。次級線圈與差動放大器連接，在外磁場為零時，磁芯所感應(yīng)的交流磁通的正半周與負(fù)半周完全對稱，兩個次級線圈輸出均為零。當(dāng)沿磁芯軸向有直流磁場時，則磁芯將在某一半周先達(dá)到飽和，正負(fù)半周就不對稱。兩個次級線圈的輸出電壓差與磁通量的變化率成正比，測量此電壓即可得到地磁場的變化。磁通門磁梯度測量儀采用雙探頭結(jié)構(gòu)的梯度測量原理，因而相對均勻的磁干擾不會對它的測量結(jié)果產(chǎn)生影響。另外，由于其激勵頻率比較高，而測量線路中又采用了相應(yīng)的抗干擾措施，因而對50 Hz城市用電、高壓線路及通訊廣播線路等外來干擾有極強(qiáng)的抑制能力。該儀器主要用于探測地下不同深度的鐵磁性物體或含有鐵磁的其他物體，混凝土樁中的鋼筋籠即屬于強(qiáng)磁性物體，鋼筋籠底部會顯示尖峰梯度異常，對應(yīng)的深度即為鋼筋籠的長度。

2 檢測儀器

檢測儀器采用武漢巖海公司研制的RS-RBMT鋼筋籠長度磁法測試儀。該檢測設(shè)備簡單便捷，能夠準(zhǔn)確地反映小范圍、近距離內(nèi)磁性物體的異常變化。在檢測前，先進(jìn)行平行度的檢查，使用儀器工作狀態(tài)正常后即可投入實(shí)際檢測。將探頭(長0.80 m)順著鉆孔，按固定的間距逐點(diǎn)往下移動，并在每個測點(diǎn)測量磁力梯度數(shù)。在鋼筋籠底端，磁力梯度必然會產(chǎn)生一個突變，在磁力梯度曲線上將對應(yīng)一個異常尖峰顯示，梯度量有正負(fù)之分， 通過正負(fù)數(shù)值的增大或減小，可以判定鋼筋籠的長度，準(zhǔn)確率高，不易產(chǎn)生異議。

3 鋼筋籠磁異常特征點(diǎn)分析

南京大學(xué)蒲曉軒等人模擬了一鋼筋籠，進(jìn)行Za磁異常定量計算，主要參數(shù)有鋼筋籠長度(L)=8 m，鋼筋直徑(D)=0.025 m，鋼筋數(shù)量(N)=24根，計算出鋼筋籠Za磁異常定量計算曲線(圖1)[3]，計算結(jié)果如下。

圖1 鋼筋籠外部鉆孔中Za磁異常定量計算曲線圖Fig.1 The calculation curves of Za magnetic anomaly of reinforcement cage outside borehole

(1)Za曲線在鋼筋籠長度范圍內(nèi)呈明顯的馬鞍形特征。

(2)鋼筋籠頂端的磁異常為很小的負(fù)值，基本趨近于0。0.5 m處Za有一明顯的極小值，隨后Za數(shù)值逐漸變大。

(3)鋼筋籠中點(diǎn)(4 m處)對應(yīng)馬鞍形曲線最高的突起點(diǎn)，當(dāng)深度變大時，Za數(shù)值重新開始變小。

(4)7.5 m處鋼筋籠磁異常出現(xiàn)極小值，與0.5 m處數(shù)值相等。鋼筋籠底端的Za數(shù)值與頂端相同。

(5)8.5 m處鋼筋籠磁異常出現(xiàn)極大值，遠(yuǎn)離鋼筋籠時，Za數(shù)值逐漸變小，在11 m處Za數(shù)值已趨于0。

通過分析鋼筋籠磁異常特征如下。

鋼筋籠的頂端對應(yīng)著很小的負(fù)值，鋼筋籠中點(diǎn)對應(yīng)著馬鞍形Za曲線的負(fù)突起點(diǎn)。以鋼筋籠中點(diǎn)為中心，整個Za曲線在鋼筋籠范圍內(nèi)對稱分布。在鋼筋籠頂部下端(0.5 m處)，底部上端(7.5 m處)都會出現(xiàn)極小值，在底部下端出現(xiàn)極大值(8.5 m處)，隨著遠(yuǎn)離鋼筋籠底部，Za磁異常越來越小，當(dāng)距離鋼筋籠底部大于3 m時趨向于0。鋼筋籠底部在Za曲線上對應(yīng)著極小值到極大值的拐點(diǎn)，梯度曲線Za′(右)對應(yīng)極大值點(diǎn)。

4 現(xiàn)場布置及檢測

在樁外側(cè)邊沿不大于0.5 m處鉆孔，也可以在樁中間利用鉆芯孔進(jìn)行檢測。并保證垂直度。鉆孔深度應(yīng)超過樁底標(biāo)高3～5 m，置入探頭至孔底，支好管口滑輪和計數(shù)滑輪，連接計數(shù)電纜、探頭數(shù)據(jù)線，自下而上采集數(shù)據(jù)。為保證鉆孔通暢，要求采用PVC等非磁性材料套管。初步測量如發(fā)現(xiàn)鋼筋籠長度與設(shè)計長度不符時，應(yīng)分析原因進(jìn)行復(fù)測。確認(rèn)所測結(jié)果是客觀、真實(shí)、可靠的，消除人為疏忽或儀器設(shè)備工作狀態(tài)而造成的不真實(shí)數(shù)據(jù)，才能正確檢測鋼筋籠的長度。

檢測數(shù)據(jù)的分析與判定是根據(jù)測得鋼筋籠磁異常的特點(diǎn)，依據(jù)磁性體磁場的數(shù)學(xué)理論進(jìn)行形態(tài)分析，從而判定鋼筋籠長度。鋼筋籠底部是鐵磁性物質(zhì)(鋼筋籠)與無磁性或弱磁性物質(zhì)(素混凝土，巖土層)的界面。在界面上實(shí)測磁場強(qiáng)度會有較大的變化，超過界面向下逐漸變?yōu)榉€(wěn)定的背景場。

磁場垂直分量(Za)深度變化曲線的拐點(diǎn)位置對應(yīng)的深度應(yīng)為鋼筋籠底端埋深，結(jié)合有關(guān)資料可確定鋼筋籠長度。

5 工程實(shí)例

莆田某工地，基礎(chǔ)采用(沖)鉆孔灌注樁，持力層為中風(fēng)化凝灰熔巖，水下灌注混凝土，混凝土強(qiáng)度C30，樁徑1 000 mm，樁長6～10 m。場地土層自上而下分別如下。

(1)素填土：松散、稍濕，厚度1.00～2.60 m；

(2)粉質(zhì)粘土：濕，呈可塑狀態(tài)，厚度1.30～5.00 m；

(3)淤泥質(zhì)土：飽和，呈流塑狀態(tài)，含少量腐殖質(zhì)，具臭味，厚度0.80～1.20 m；

(4)砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖：凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu),散體狀構(gòu)造,巖芯呈砂土狀，厚度1.50～3.20 m；

(5)碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖：凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎裂狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀，揭露厚度0.70～9.00 m；

(6)中風(fēng)化凝灰熔巖：凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，揭露厚度6.20～17.30 m。

受建設(shè)單位的委托，對場地內(nèi)5根樁鋼筋籠長度進(jìn)行檢測，利用鉆芯孔在樁內(nèi)檢測。各試樁有關(guān)參數(shù)和檢測結(jié)果(表1)。實(shí)測Za曲線(圖2，3)，從Za曲線圖上可以看出，各樁鋼筋籠底部反映明顯。鋼筋籠底部在Za曲線上對應(yīng)著極小值到極大值的拐點(diǎn)，梯度曲線對應(yīng)極大值點(diǎn)。從表1可以看出，各試樁檢測鋼筋籠長度與施工鋼筋籠長度大致相符。從圖3曲線形態(tài)可看出，不僅測到鋼筋籠的長度，且鋼筋籠接頭位置也反映比較清楚，與現(xiàn)場配筋資料吻合較好。

表1 試樁有關(guān)參數(shù)及檢測結(jié)果

圖2 2-43#樁實(shí)測曲線圖Fig.2 The measured curve of 2-43# pile

圖3 2-65#樁實(shí)測曲線圖Fig.3 The measured curve of 2-65# pile

6 結(jié)論與建議

樁身鋼筋籠長度是影響樁身受力性能的一個關(guān)鍵因素，樁基礎(chǔ)施工后其長度是否符合設(shè)計要求卻很難直接驗(yàn)證。采用磁梯度法對灌注樁的樁身鋼筋籠長度進(jìn)行檢測是可行有效的，建議有關(guān)部門進(jìn)行推廣并制定有關(guān)規(guī)程，以指導(dǎo)該方法的應(yīng)用。

1 DGJ32/TJ60-2007 灌注樁鋼筋籠長度檢測技術(shù)規(guī)程.

2 劉全忠，湯兆文，等.混凝土灌注樁鋼筋籠長度的綜合檢測與分析.工業(yè)建筑.2010，40(增刊)

3 蒲曉軒，董平，等.灌注樁鋼筋籠磁異常定量計算.物探與化探，2009，33(4).