應用磁梯度法檢測樁基礎鋼筋籠長度

摘 要：樁基礎已在我國各種基礎設施建設中廣泛使用，樁長是否達標關系著建筑物的安全性能。通過儀器采集樁身附近的磁場強度，從而根據磁異常及其梯度可以確定樁內鋼筋籠的長度。該文介紹了磁梯度法檢測鋼筋籠長度的基本原理，討論了根據磁異常曲線確定鋼筋籠接點的分析方法，并且通過一系列工程實例驗證了理論公式，證明了該方法用于檢測鋼筋籠隨著我國工程建設事業的蓬勃發展，樁基礎已在高層建筑、橋梁、高架橋、港口碼頭等工程中大量采用，成為我國工程建設中最重要的一種基礎形式。而基樁的鋼筋籠長度是按照有關規范計算確定的，如果基樁的鋼筋籠長度不能滿足設計要求，將會影響整個樁基礎的承載力、穩定性和抗震能力，嚴重威脅建筑物的安全性能。由于基樁屬于地下隱蔽工程，對其長度難以進行開挖驗證，因此需要通過非開挖檢測技術，無損、快捷地檢驗基樁鋼筋籠的長度，驗證其長度是否滿足設計要求，從而消除安全隱患。

鋼筋籠受地磁場磁化從而產生感應磁場，并且與地磁場疊加產生局部磁異常。因此可以采用磁梯度測試方法：緊鄰基樁樁身（一般不超過1m）打一直徑0.1m左右的鉆孔，深度略大于基樁埋深。用管徑合適的PVC套管放置于鉆孔內，然后將儀器磁探頭由套管置入底部，垂直上拉探頭的同時開始測量沿樁身軸線方向的磁場（及梯度），通過測量結果的變化，反映磁場突然增減的變化情況，從而確定磁性界面（即鋼筋籠端點）的大致數量以及深度（圖1）。

該方法有以下優點：1）檢測設備簡單便捷，能夠非常準確地反映近地表尺度內的磁異常變化；2）梯度量有正負之分，在結果曲線中的表現更加直觀，能夠為工作人員的解釋與判斷提供更準確客觀的依據，準確率高，一般不容易產生異議。

1 磁測法原理

由于鋼筋籠屬于鐵磁性物質，因此相對于混凝土基樁與周圍巖土，鋼筋籠在地磁場作用下會產生更大的感應磁場，假設鋼筋為無限長線狀體，經理論計算，推導出無限長線狀體鋼筋的感應磁場強度Z為：

（1）

式中：k為鋼筋磁化率，為垂直方向地磁場磁感應強度，S為主筋橫截面積，L為測點到鋼筋籠的垂直距離。假設有效磁化傾角為90°，由上式可知鋼筋籠感應磁場強度Z大小跟主筋與測點的距離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。

實際工程中的灌注樁鋼筋籠，基本上埋設在以第四紀為主的地層中，因此背景場基本上可以認為是一常量，并且可以通過現場實測獲得，因而基底是鐵磁性物質（鋼筋籠）與弱磁性物質（混凝土基樁、圍巖）的界面，界面上實測磁場強度會有較大變化，界面兩側會逐漸趨于穩定的背景場，通過對上述數值模擬磁場垂直Z分量以及梯度曲線的分析，拐點位置對應深度即為鋼筋籠端點埋深。

2 工程應用

以下幾個工程實例中使用的儀器均為武漢巖海公司生產的RS-RBMT鋼筋籠長度磁法測試儀，適用磁場測量范圍為-66666nT～+66666nT，Z磁敏元件轉向差不大于300nT，線性度不大于0.2%，現場數據采集前均對檢測用儀器設備進行檢查調試。

2.1 浙江平湖工程實例

浙江省平湖市橋梁拓寬項目，工程正在處于施工階段，基礎采用鉆孔灌注樁。后質量監督部門對其進行抽查，發現相關資料不全，懷疑已完成灌注樁鋼筋籠長度存在問題，不能滿足設計要求，受質量監督單位的委托，在該項目選擇部分疑問樁開展了鋼筋籠長度檢測工作。在距離樁身0.2m處鉆孔，深度為40m，選取PVC材質埋管進行施工。將采集的數據導入電腦中，使用相關分析軟件，得到實際測量的垂直分量信號強度和梯度數據，輸出垂直分量和梯度數據，作出圖像。

從圖中可以看出鉆孔鉆入深度為39.00m，鉆孔底部在灌注樁底部以下。綜合圖中3條曲線的變化特征，結合數學模型試驗結果，可以判定引起磁異常的場源即接頭存在的位置對應于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處。可以判定該試驗樁在標高約-6.60m和-18.90m處有2處顯著的反映特征（鋼筋籠接頭），鋼筋籠頭部、底部磁場反映特征明顯，因此確定有三節鋼筋籠。在三段曲線中，磁梯度每兩個極值之間還存在兩個相對較小的極值，此時二階梯度值都為零，判斷這六個點為加勁箍筋的位置。由于實測曲線反應良好，因而確定鋼筋籠有效長度在30.9m左右。

由于該單位灌注樁鋼筋籠設計長度為33.00m，我們得到測量結果長度為30.90m，與設計長度相差2.10m。由于本工地現場部分鉆孔位置無法緊靠樁身，加之鉆孔、鋼筋籠均有一定的傾斜度，對測試磁場強度、梯度的強度有一定影響；鋼筋材料以及綁扎方式、焊接方式均存在一定差異，所以該單位在實際施工中沒有縮短鋼筋籠的長度，實際工程基本符合設計要求。

2.2 浙江海寧工程實例

浙江省08省道海寧馬橋至尖山段改建工程，工程處于施工中，基礎采用鉆孔灌注樁，后質量監督部門對其進行抽查，發現相關資料不全，懷疑鋼筋籠長度存在問題，不能滿足設計要求，受質量監督單位的委托，在該項目選擇部分疑問樁開展了鋼筋籠長度檢測工作。

鉆孔前，勘查現場情況。南部灌注樁處于河流的岸邊，由于該河流是主航道，過往的船只較多，大概十分鐘就有一個班次，各個灌注樁之間距離2m左右，灌注樁上部出露鋼筋長度約0.4m，每個灌注樁旁大概1m處均有護筒。北部灌注樁處于開挖的溝壑中，溝壑深度大概兩米，出露的鋼筋籠長度大概4m，無護筒。

勘查完畢，在南部和北部工程中各隨機選擇一根灌注樁檢測。在距離南部待檢測灌注樁0.2m處進行鉆孔作業，鉆孔深度52m，下入PVC管，準備測量。在距離北部待檢測關注樁0.2m處進行鉆孔作業，由于鉆孔到一定深度鉆機打不下去，冒出混凝土漿，猜測下部灌注樁在灌注后混凝土外溢，無法在距離0.2m處打孔。由于衰減的影響，必須保證灌注樁與鉆孔的距離不能過大，于是重新選擇灌注樁，距離0.2m出打孔，鉆孔深度48m，下入PVC管，采集數據。

在實驗室將所采集的數據導入電腦中，使用軟件輸出垂直分量和梯度數據，作出圖像。

從圖34中可以看出鉆孔鉆入深度為48.00m，鉆孔底部在灌注樁底部以下。綜合圖中3條曲線的變化特征，結合數學模型試驗結果，可以判定引起磁異常的場源即接頭存在的位置對應于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處。可以判定該試驗樁在標高約-8.00m、-13.80m、-20.80m、-29.20m、-38.00m處有5處顯著的反映特征（鋼筋籠接頭），底部標高-38.00m。從圖中還可以看出垂直分量的信號強度的趨勢一直在減弱，可能由于本工地現場部分鉆孔位置無法緊靠樁身，鉆孔、鋼筋籠均有一定的傾斜度，所以對測試磁場強度、梯度的強度有一定影響，導致后半部分圖像判斷難度較大。由于我們在地表實測鋼筋籠上部低于PVC管1.50m，因而確定鋼筋籠有效長度在49.50m左右。

由于該單位灌注樁鋼筋籠設計長度為48.00m，我們得到測量結果長度為39.50m，比設計長度短了8.50m。所以該單位在實際施工中縮短鋼筋籠的長度，少用了一節鋼筋籠，實際工程基本不符合設計要求。

從圖中可以看出鉆孔鉆入深度為51.70m，鉆孔底部在灌注樁底部以下。綜合圖中3條曲線的變化特征，結合數學模型試驗結果，可以判定引起磁異常的場源即接頭存在的位置對應于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處。可以判定該試驗樁在標高約-4.20m、-9.60m、-18.50m、和-30.00m處有4處顯著的反映特征（鋼筋籠接頭），鋼筋籠頭部底部反映明顯，因而確定鋼筋籠有效長度在30.00m左右。標高-4.20m、-9.60m、-18.50m、-30.00m處信號強度峰值一直在衰減，可能由于本工地現場部分鉆孔位置無法緊靠樁身，鉆孔、鋼筋籠均有一定的傾斜度，所以對測試磁場強度、梯度的強度有一定影響。而在標高-4.2m處，出現的磁異常明顯與后面的點不同，應該為受到外界因素的干擾，判斷為受到距離灌注樁1m左右護筒的影響。

由于該單位灌注樁鋼筋籠設計長度為48.00m，我們得到測量結果長度為30.00m，與設計長度相差較多。雖然本工地現場部分鉆孔位置無法緊靠樁身，加之鉆孔、鋼筋籠均有一定的傾斜度，對測試磁場強度、梯度的強度有一定影響；鋼筋材料以及綁扎方式、焊接方式均存在一定差異，但從實測曲線來看，所以該單位在實際施工中縮短鋼筋籠的長度，少用兩節鋼筋籠，實際工程不符合設計要求。

2.3 南通某工程基礎PHC管樁長度探測

PHC管樁即預應力高強度混凝土管樁。是采用先張預應力離心成型工藝，并經過10個大氣壓（1.0Mpa左右）、180℃左右的蒸汽養護，制成一種空心圓筒型鋼筋混疑土預制構件，標準節長為10m，直徑從300～800mm。

PHC管樁具有施工速度快、價格低、承載力高、質量穩定、養護時間短、施工方便等諸多優點，近年來在我國沿海地區得到了越來越廣泛的應用。但是，PHC管樁屬薄壁混凝土桿件，抵抗彎曲荷載的能力較差，樁身破壞的工程質量事故時有發生。特別是5.12汶川大地震發生后，我國沿海地區的地震潛害性得到了高度關注，沿海地區中大量采用的PHC管樁在地震中的表現性狀及抗震設防問題越來越引起重視。如果施工單位偷工減料，縮短其長度，那么將對抗震性能造成巨大安全隱患。檢測PHC管樁的長度，可以有效的監督施工質量，震懾不法開發商的偷工減料問題，對出現問題的工程提供有效的鑒定。

2.3.1 工程背景

南通某工程屬于已建成樓房，是已完工工程，施工時間為2008年9月。居民遷入樓房一段時間后，發現樓房沉降情況明顯，懷疑施工方縮短了PHC管樁長度，由于PHC管樁屬于隱蔽工程，無法自行查看其長度，向有關部門反映情況，相關部門委托對該工程PHC管樁長度進行檢測。

該工程PCH管樁底部多處于粉細砂與粉質粘土交界層，設計長度滿足抗震要求。但如果施工單位偷工減料，縮短管樁長度，如果發生地震，會造成粉細砂流失，使建筑整體或部分沉降，嚴重威脅工程質量，更無法滿足抗震要求。因出現了沉降問題，所以提出檢測管樁長度。

2.3.2 鉆孔與現場數據采集

由于PHC管樁同樣是由鋼筋混凝土構成，其結構與鋼筋籠灌注樁類似，所以同樣可以采樣磁測法判定管樁中鋼筋籠的長度，由于PHC管樁屬于全籠樁，通過判定鋼筋的長度即可確定管樁的長度。

根據工程情況和測試要求做好預算，在管樁中心開始鉆孔，鉆孔深度比樁底端深1～2m，下入PVC管，假設儀器，開機測量數據，測量完畢，根據現場得到數據進行簡單評估，重復測量一到兩次。返回實驗室，導出11號樁，39號樁，86號樁和39號樁實測數據，制成圖像。

2.3.3 數據處理與解釋

（1）11號樁。

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，結合數學模型試驗結果，可以判定引起磁異常的場源即接頭存在的位置對應于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處。可以判定該試驗樁頭部在標高約-2.00m底部在標高-12.00m。因而確定鋼筋籠有效長度在10.00m左右。由于該單位灌注樁鋼筋籠設計長度為16.00m（10.00m+6.00m），我們得到測量結果長度為10.00m，與設計長度相差6.00m，說明該施工單位在施工中少用了一節樁，不符合設計要求。

（2）39號樁。

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，結合數學模型試驗結果，可以判定引起磁異常的場源即接頭存在的位置對應于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處。可以判定該試驗樁頭部在標高約-2.00m底部在標高-12.00m。因而確定鋼筋籠有效長度在10.00m左右。

由于該單位灌注樁鋼筋籠設計長度為20.00m（10.00m+1.00m），我們得到測量結果長度為10.00m，與設計長度相差10.00m，說明該施工單位在施工中少用了一節樁，不符合設計要求。

（3）86號樁。

從圖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，結合數學模型試驗結果，可以判定引起磁異常的場源即接頭存在的位置對應于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處。可以判定該試驗樁頭部在標高約-2.00m底部在標高-18.00m，接頭位置在標高約-8.00m。因而確定鋼筋籠有效長度在16.00m左右。

由于該單位灌注樁鋼筋籠設計長度為16.00m（10.00m+6.00m），我們得到測量結果長度為16.00m，與設計長度一樣。所以改樁的施工符合設計要求。

（4）65號樁。

從圖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，結合數學模型試驗結果，可以判定引起磁異常的場源即接頭存在的位置對應于梯度曲線的極值處和二階梯度異常的零值處。可以判定該試驗樁頭部在標高約-1.00m底部在標高-11.00m。因而確定鋼筋籠有效長度在10.00m左右。

由于該單位灌注樁鋼筋籠設計長度為16.00m（10.00m+6.00m），我們得到測量結果長度為10.00m，與設計長度相差6.00m，說明改施工單位在施工中少用了一節樁，不符合設計要求。

3 結語

工程實例表明，磁測法可以有效的測量灌注樁鋼筋籠的長度。理論分析和模型樁測試結果表明，鋼筋籠的頂底面和接頭處在其磁場強度垂直分量梯度曲線中表現為極值點，該點的二階梯度為零。

在測量灌注樁鋼筋籠的時候，多數工地鉆孔位置無法完全貼近樁身，并且鉆孔和鋼筋籠之間有一定傾斜，對測試磁場強度有一定的影響，從而影響了梯度，造成結果存在一定的誤差，為了保證測量數據準確性，必須保證鉆孔和管樁距離在一米以內。在不同的工程中，鋼筋材料以及綁扎方式、焊接方式均存在一定的差異，造成磁荷分布不規律在鋼筋籠頂部和底部之間存在雜亂的異常反映，也會給數據解釋帶來一定的困難，但測試數據中鋼筋籠籠頂和籠底的異常反映明顯，所以對測試灌注樁鋼筋籠總長結果影響有限。

在測試PHC管樁鋼筋籠的時候，測孔嚴格位于樁中心，避免了測孔傾斜帶來的判斷誤差，成果較好地反映了所抽檢基樁接頭的位置情況，較準確的測定了各節樁的下放位置。PHC樁屬于全籠樁，測出了鋼筋籠的長度也就相應的測出了全籠樁的長度，從而查明真相，解決工程隱患，同時能起到一定防范和警示作用。

磁測法能夠有效的檢測灌注樁鋼筋籠的長度，而對于全籠樁的工程檢測可以依據鋼筋長度確定全籠樁的長度，所以磁測法可以間接的測出全籠樁樁長。磁測法適用于在建工程的檢測，也可用于已完工工程的檢測，同時不受地形限制，將此法推廣，可以有效檢測鋼筋混凝土工程，監督施工質量，為老舊工程改造提供資料，為工程事故鑒定提供依據。

參考文獻

[1]吳寶杰，姬美秀，楊樺，等.灌注樁鋼筋籠長度及長樁樁長無損檢測技術研究[J].工程地球物理學報，2012（3）：371-374.

[2]伍卓鶴，張秀頎，劉輝東，等.利用磁測井法檢測灌注樁鋼筋籠長度[J].工程地球物理學報，2013（5）：693-699.

[3]姚黎明.磁測井法在灌注樁鋼筋籠長度

檢測中的應用[J].土工基礎，2013（3）：

130-131.

[4]吳俐峰，鐘慶華，陳軍，等.應用磁測技術檢測灌注樁鋼筋籠長度[J].地質裝備，2009（1）：32-33.長度的可行性與準確性。

關鍵詞：磁梯度法 鋼筋籠長度 灌注樁

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（b）-0069-04