樁基礎鋼筋籠長度磁法檢測研究

摘 要：樁基礎中的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。本文根據這一特點，利用MATLAB平臺編寫程序建立數值正演模型，對鋼筋籠進行剖分，計算樁身附近鋼筋籠的磁異常特征，討論了根據磁異常及其梯度曲線確定鋼筋籠接點極其長度的分析方法，并將工程實測曲線與理論曲線進行對比，取得了較好的一致性，從而證明了該方法的良好效果，并且為進一步精細化正演模型，進行更精確的定量計算奠定了基礎。

關鍵詞：磁異常；鋼筋籠長度；正演；磁梯度

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：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垂直分量是不連續的，會產生突變點。根據磁場垂直分量的突變點就可以推測出鋼筋籠的磁性介質分界面，即鋼筋籠的接點位置，從而可以確定鋼筋籠的長度。由于鋼筋受地磁場磁化，其本身產生的磁化場與地磁場相疊加，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，產生磁異常。因此可以通過數值模擬鋼筋籠磁場垂直Z分量的理論曲線，分析其空間分布特征，總結磁異常場與鋼筋籠之間的對應規律，從而指導進一步的定量分析以及實際工程檢測中的解釋。

2 方法原理

式中：k為主筋磁化率， 為地磁場磁感應強度，S為主筋橫截面積，L為測點到主筋的垂直距離。假設有效磁化傾角為90°，由上式可知鋼筋籠主筋感應磁場強度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。

3 模型試驗

為驗證上述方法原理檢測鋼筋籠長度的可靠性與可行性，以及測孔距L對檢測結果的影響，我們設計了如下模型進行理論試驗。

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

同樣參數對2個鋼筋籠接頭或端部（即2個磁荷面）的模型進行了試驗：接頭分別位于地下1m和10m處。下圖的結果同樣對接頭位判斷準確。

同樣參數對3個接頭（即3個磁荷面）的模型進行了試驗：接頭分別間隔9米。下圖的結果同樣對接頭位置判斷準確，并表明各個接頭處場的特征是一致的。

同樣參數對8個鋼筋籠接頭（即8個磁荷面）的模型進行了試驗：接頭分別間隔9米。下圖的結果同樣對接頭位置判斷準確，并表明各個接頭處場的特征是一致的。

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

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

4 工程樁實例

江蘇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。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。

（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。

5 結論與展望

1）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。實驗驗證了模型，并有效指導了實踐，通過實際工程檢測，完善了數值解釋的方法。

2）實際工程基樁中一般用幾節鋼筋籠焊接施工，因此多接頭的模型試驗結果更進一步表現了磁梯度法對多節鋼筋籠中各接頭節點的定位能力，正演模擬結果中表現出的一致性對實際資料的正確解釋有一定啟示。

3）通過改變測孔距模擬試驗，發現Z分量與梯度曲線形態受到測點到鋼筋籠距離的影響，在相同的背景參數條件下，測點到鋼筋籠的距離越近，磁異常極值的絕對值越大，曲線的異常峰值越大，曲率越陡，因此實際檢測時測孔距一般不超過100cm。

4）由于目前技術條件和數據量的限制，只能依據相鄰兩節鋼筋籠磁異常情況粗略判斷根數。定量的解釋鋼筋籠所用鋼筋的根數，還需要從數值模擬入手，通過進一步精細化正演模型，進行磁異常的定量計算。

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