井中磁法測量鋼筋籠長度在既有建筑樁基質量檢測中的應用

林錦熙

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

0 引言

既有建筑樁基礎質量檢測一直是行業內的難題，樁基礎屬于地下隱蔽工程，受上部結構的覆蓋的影響，使得常規的檢測手段難以開展，通過開挖驗證幾乎不可能。在工程中經常會遇到既有建筑改造前的樁基礎質量和承載力重新評定；建設和使用過程出現地下室上浮、結構開裂、沉降超標等不良現象，需要對樁基礎質量進行鑒定評估；因野蠻施工導致樁基礎未檢測已做施工覆蓋，造成無法驗收的情況，應驗收要求需要補充對已覆蓋的樁基礎檢測、評估結論。我國每年的在建工程體量龐大，老舊既有建筑的改造量也在增大，遇到以上問題迫切需要提供行而有效的技術手段來解決。

河北省建筑科學研究院于2011 年完成的“既有建筑地基基礎檢測與評定技術的研究”，探討了各種檢測技術的適用性和可靠性以及既有建筑地基基礎特性，并于2015 年發行了河北省地方標準《既有建筑地基基礎檢測技術規程》。2016 年開始國內專家組正在編制國家行業標準《既有建筑地基基礎檢測技術規程》JGJ∕T 422-2018，標準于2018 年發布，填補國內在該領域規范的空白。但由于既有建筑場地條件及上部結構的限制，目前的規范規程所涉及的部分檢測技術應用于既有工程實踐存在難度。

在既有建筑發現承載力不足、沉降過大、基礎上浮等不良現象時，我們首先關注的問題是樁身質量和承載力是否滿足要求[1]，但是往往樁身完整性和承載力無法直接進行檢測。因此會退一步關注施工樁長是否滿足設計要求，當鉆芯法無法開展時，會考慮采用井中磁法測量鋼筋籠長度，以推斷樁長。因為鋼筋籠的長度是按照《地基基礎設計規范》GB50007-2011、《建筑樁基技術規范》JGJ 94-2008 進行設計，根據基樁受荷類別、承載力與彎矩大小、樁周土水平抗力系數、是否受上拔力等條件確定，如果基樁的鋼筋籠長度不能滿足設計要求，將會影響到樁基礎的穩定性和抗震特性，尤其是對既有建筑而言，將會構成建筑物的安全隱患。本文將以井中磁法測量為基礎，結合既有建筑樁基礎質量檢測的工程案例，對磁法在既有建筑樁基質量檢測中的應用進行探討。

1 基本原理及方法介紹

地球磁場跟地球引力場相似，是地球物理場，由基本磁場、地殼磁場與變化磁場三部分組成。物質根據其磁性特征可以分為鐵磁性物質、逆磁性物質、順磁性物質。順磁性物質的原子固有磁矩不為零，但在無外磁場作用時，該原子固有磁矩方向處于無序混亂狀態，磁效應相互抵消，宏觀上不顯示磁性。當加上外磁場后，其原子固有磁場向外磁場方向進行轉化排列，外磁場強度越高，轉向概率越大，對外顯示的磁性也越大。

磁測井法的理論基礎是磁性體磁場的數學理論，測試磁性體周圍磁場的空間分布特征，探究其分布規律，結合材料磁化率對分布特征進行合理解釋。鋼筋籠及包含鋼筋的構件是鐵磁性物資，磁化率較高且磁性很強，在這些鐵磁性物資四周會出現很強的磁異常現象。對于之下，建筑用樁基澆筑在巖土體中，混凝土、樁周土、樁端巖石則是無磁性或弱磁性物質，磁化率較低且磁性極弱。因此在鋼筋籠與周邊材料（混凝土、樁周巖土）之間存在達幾個數量級的明顯磁差異，于是鋼筋籠被磁化且在周圍會形成局部較強的磁異常，超過界面向下逐漸變為穩定的背景場，現場實測值作為背景場宜是孔底無鋼筋籠段實測場值。現場測試時每一測試點測得的磁場強度均為多個磁場在該點處疊加的效果，利用儀器尋找上述磁異常，進一步探測出鋼筋籠的空間位置與幾何尺寸，從而達到測試鋼筋籠長度的檢測目的。上述理論為磁測井法測試鋼筋籠長度創造了理論基礎，因此該方法適用于樁中或樁周除鋼筋籠之外，無其余連續鐵磁性物質干擾時的樁基鋼筋籠長度的檢測。

基樁屬于隱蔽工程，尤其是對既有建筑來說，基樁的性能是否合格關乎到既有建筑的健康與安全，因此能否采用無損檢測的方法對基樁進行性能測試與評估非常關鍵，圖1 為磁法檢測鋼筋籠長度的現場示意圖。

圖1 磁法檢測示意圖

鋼筋籠長度磁法測試儀，通過在鉆孔中測量鋼筋籠內（或者周邊）部分地磁要素沿深度的變化，從而間接反映灌注樁內鋼筋籠的埋設長度。將磁感應探頭放入測試孔中，以10～20cm 的采樣間隔至上往下（或至下往上）對鋼筋籠的垂直方向的磁場強度（Z）進行測量，測試過程中探測速度不宜過快，具體可參考超聲波檢測方法。采集并存儲測試數據，對數據進行計算分析并繪制深度-垂直分量（H-Z）曲線、深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線。搜索出深度-垂直分量（H-Z）曲線底部垂直分量由小于背景場的極小值轉成大于背景場的拐點，以及深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線底部最深的極值點，利用搜索得到的曲線拐點和極值點對鋼筋籠的長度進行分析判斷。如發現初步測量長度與設計長度不符，應分析原因，有必要時進行復測，確認所測結果客觀、真實、可靠，并經各方對測試結果進行簽字確認。

1.1 檢測準備工作

鉆孔布置：鉆孔宜設置在距基樁外側邊緣不大于0.5m 的土中，且鉆孔中心線應平行于樁身中心線，即孔樁距沿樁的縱向保持不變；鉆孔也可設置在灌注樁中心線的混凝土中，且鉆孔中心線應平行于樁身中心線，并保持其垂直度偏差不超過0.5°。見圖2、圖3。

圖2 檢測前樁邊開孔

圖3 現場檢測

鉆孔內徑宜大于探頭直徑。一般為60～90mm，鉆孔深度宜大于鋼筋籠底設計深度3m。

當鉆孔周圍存在軟弱土層是，為防止孔壁坍塌堵塞探測孔，宜在鉆孔中設置PVC 管，PVC 管內徑宜大于探頭直徑。檢查探測孔的暢通情況，井下探管應能在全程范圍內升降暢通。

1.2 井中磁法測量鋼筋籠長度分析

以廣州增城某項目為例，樁號左3-3，樁徑1600mm，施工記錄顯示施工樁長28.94m，鋼筋籠長度28.94m，樁邊打孔方式，采用磁法測量鋼筋籠長度。實測檢測信號如圖4、表1。

圖4 現場實測信號

本次共檢測左3-3 號一根樁，現場檢測結果表明：上述樁的樁身在一定范圍內（詳見“表1 檢測結果”）存在實測磁場強度垂直（Z）分量值明顯低于或高于背景值的情況，依據規范可判定樁身設置了鋼筋籠，通過曲線極值點的位置判斷鋼筋籠長度為28.75m，與施工記錄的28.94m 相符。工程實例表明，通過磁測井法，可以有效的測出樁內的鋼筋籠長度，從而解決工程隱患，尤其是對于無損檢測既有建筑樁基，起到防范和預警的作用。

表1 鋼筋籠長度檢測分析結果

1.3 技術小結

井中磁法測量鋼筋籠長度是有效的無損檢測方法。在實踐過程中發現受鉆孔和樁本身的垂直度影響，當深度增加時，如若鉆孔和樁的距離拉大將會影響磁場感應，對測試結果產生較大偏差，嚴重時會使得測試失敗，因此必須采取有效措施來保證鉆孔的垂直度（垂直度偏差不超過0.5°）。

技術要點梳理如下：

鉆孔布設：鉆孔設置在距灌注樁外側邊緣不大于0.5m 的土中，條件具備時設置在灌注樁中心線的混凝土中，且鉆孔中心線應與樁身中心線平行，且保持其垂直度偏差不超過0.5°，鉆孔深度宜大于鋼筋籠底設計深度3m。

現場測試：將探管放入測試孔中，以10～20cm 的采樣間隔且均勻的速度至上往下（或至下往上）對鋼筋籠的垂直方向的磁場強度（Z）進行測量，記錄并繪制深度- 垂直分量（H-Z） 曲線以及深度- 垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線。

數據分析：繪制深度-垂直分量（H-Z）曲線，搜索底部垂直分量小于背景場的極小值轉成大于背景場的拐點，或者深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線底部最深的極值點，隨后對鋼筋籠的長度進行判斷。如發現初步測量長度與設計長度不符，應分析原因，有必要時進行復測，確認所測結果客觀、真實、可靠，并經各方對測試結果進行簽字確認。

2 結論

既有建筑的樁基礎受限于上部結構，需要通過收集的設計、施工資料和現場勘查，評估建筑損傷與健康的程度，然而由于資料缺失以及地下室空間有限無法架設鉆機等條件限制，常規檢測方法（鉆芯法、靜載、高應變法）使用受限，此時井中磁法測量鋼筋籠長度以推斷樁長的優勢將極為明顯。如若基樁的鋼筋籠長度不能滿足設計要求，將會影響到樁基礎的承載力性狀，尤其是對既有建筑而言，將會構成建筑物的安全隱患。本文以井中磁法測量為基礎，結合既有建筑樁基礎質量檢測的工程案例，對磁法在既有建筑樁基質量檢測中的應用進行探討，形成了較有價值的指引和結論。