磁測樁法在既有建筑管樁基礎檢測中的應用研究

鄭思偉

（1 福建省建筑科學研究院有限責任公司，福建福州 350108；2 福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建福州 350108）

0 引言

隨著我國城市化進程的推進，房建項目從增量市場向存量市場轉變，作為設計及工程驗收依據的樁基檢測項目將更多地轉變成為出現問題的房建項目鑒定提供依據的既有建筑地基基礎檢測。樁基作為上部結構與持力層之間的橋梁，一旦出現問題，將導致基礎不均勻沉降，上部建筑結構失穩[1]，而上部結構出現問題將威脅人民生命財產安全，常常造成巨大的社會影響。

樁基工程是埋藏于地下的隱蔽工程，在驗收時主要檢測其承載力及樁身完整性，低應變法檢測作為樁身完整性檢測的普查方法，其局限性在于檢測長樁時基本沒有樁底反射[2]，因此在驗收時，基樁的樁長是一個容易被忽略的因素，而樁長不足時，會使得上部結構荷載未傳導到持力層，因此產生工程事故。特別在上部結構已經形成的既有建筑的樁基工程中，其樁長檢測尤為困難，樁頂與承臺及底板形成一個整體，無法用傳統的低應變法或者高應變法進行檢測。

目前列入國家標準的既有建筑基樁檢測方法除了低應變法檢測還有旁孔透射法及磁測樁法[3]，類似低應變法，旁孔透射法的激振點在樁頂或承臺，而既有建筑工程現場并不具備檢測條件，而且旁孔透射法的檢測結果受樁與測試孔之間的土層性質影響，特別是基樁進入堅硬的持力層時，往往無法得到準確的樁長，同時旁孔透射法對測試孔的要求比較高，護管及孔壁需耦合良好[4]。管樁的預應力筋每節為通長配置，磁測樁法檢測基樁鋼筋籠長度可以得到管樁樁長，在樁側和樁頂均可鉆孔，其檢測通道無需耦合劑，不受土層及地下水影響。本文結合工程實例證明磁測樁法檢測既有建筑基樁鋼筋籠長度得到管樁樁長的準確性，并采用孔內攝像驗證磁測樁法結果。

1 磁測樁法的基本原理

地球磁場的南極在地理北極附近，磁場北極位于地理南極附近，基樁含有鋼筋籠，以靜壓、錘擊或沖鉆孔的方式成樁，埋入地下的基樁被地球的類磁偶極磁場磁化，在基樁的周圍產生感應磁場，使基樁附近磁場強度區別于背景場，基樁周圍的磁異常分布相當于有限長直立圓柱體被磁化的磁場[5]，管樁的鋼筋籠、端頭板及灌注樁的鋼筋籠或者鋼樁被地磁場磁化而產生磁異常，區別于背景場，其在加強筋、端頭板以及樁底與持力層接觸周圍產生磁場變化。在沒有強烈的地磁場變化的情況下，背景場在檢測的時空范圍內是相對穩定的，因此基樁附近磁場強度的變化特征正好反映了基樁中鐵磁性物質被磁化后的磁場強度的變化特征，這種磁異常特征與基樁鐵磁性物質的數量和分布位置緊密相關。基樁的鋼筋籠的磁異常分布特征相當于直立磁性圓柱體的磁異常分布特征。

在基樁外側取孔作為檢測通道，基樁的鋼筋籠垂直分量磁異常等效為直立的磁性圓柱體外側的磁異常特征，基樁的鋼筋籠外側的垂直分量磁異常隨深度變化特征分布曲線見圖1。從圖1 可知，在鋼筋籠的分布范圍內沿測試孔深度方向的垂直分量Za磁異常分布為寬緩的馬鞍形曲線；在鋼筋籠上部和下部偏外側各會出現一個極值點，鋼筋籠下部邊緣位置存在磁測垂直分量從極小值轉變為極大值的拐點。隨深度變化而逐漸遠離鋼筋籠的上部邊緣或下部邊緣時，垂直分量磁異常值會逐漸減小，最后趨近于一個常數值，在實際檢測中，該常數值稱為背景場值[6]（圖2）。

圖1 磁性體外部磁場Za磁異常分布曲線

圖2 磁場垂直分量與梯度變化曲線

鋼筋籠邊緣拐點的垂直分量隨深度的梯度變化為一個極值點，如圖2。極值點對應深度位置與極值點的拐點位置深度一致。

因此，磁測樁法可以通過基樁內部或外側鉆孔檢測得到鋼筋籠垂直分量的磁感應強度曲線，通過其下部邊緣位置的磁異常特征及背景場的特征，或者通過磁場強度垂直分量隨深度梯度異常曲線的極值點判定鋼筋籠底部位置，得到鋼筋籠長度，管樁的預應力鋼筋籠為通長配筋，其鋼筋籠長度與樁長一致。

2 既有建筑的地基基礎現場檢測

既有建筑的地基基礎一般被上部結構覆蓋，底板下為承臺，基樁與承臺連接。在現場檢測時，一般鉆機的高度不滿足地下室的工作條件，需要對鉆機進行改裝，鉆機三腳架高度低于地下室頂板底標高位置，利用設計圖紙中墻、柱與基樁的相對位置關系對基樁進行定位，再選擇樁側或者樁中心鉆孔。鉆孔在樁側時，孔中心與基樁側壁的距離宜在0.5m 內，孔深應比預計樁底位置深3～5m，當鉆孔通過軟弱層時應采用套管護壁，利用磁法儀檢測磁場強度。

如圖3 所示，探頭通過計步器置于檢測通道中，自下而上進行檢測，探頭應勻速平緩上升，提升速度宜為9～15m/min，實時記錄深度-磁場垂直分量（h-Za）曲線，每孔進行2 次以上檢測，各曲線應具有良好的重復性。

圖3 磁測樁法檢測基樁現場布置示意圖

基樁鋼筋籠底部位置應根據深度-磁場垂直分量曲線，取曲線底部磁場垂直分量由小于背景場的極小值轉成大于背景場的拐點所對應的深度位置；或根據深度-磁場垂直分量梯度曲線，取曲線底部最深的明顯極值點所對應的深度位置。

管樁測試長度L為管樁底部與測試樁頂面之間的距離，按下式計算：

式中：h0為樁底位置深度（m），由測試曲線判讀；h1為測試時樁頂面位置深度（m），在深度計步器上測讀[7]。

3 工程實例

某建筑有一層地下室，采用錘擊PHC 管樁基礎，一體化樁尖，有效樁長30～40m；場地土層為雜填土、淤泥、粉細砂、淤泥、粉質黏土、砂土狀強風化花崗巖、全風化花崗巖、中風化花崗巖，設計持力層為砂土狀強風化花崗巖；上部已封頂，基礎局部產生不均勻沉降，建筑傾斜超過限值，為查明原因，選取部分PHC 管樁利用磁測樁法檢測其樁長。

試樁1#設計持力層為砂土狀強風化花崗巖，在其樁側0.5m左右位置鉆孔至中風化花崗巖，鉆孔結果見圖4，對試樁1#進行磁測樁法檢測，其磁場強度見圖5。26m 后磁場垂直分量基本平緩無起伏，可判定為背景場，24m 位置為極小值轉換為極大值的拐點處，垂直分量梯度曲線在24m 出現極值點，12m 為磁場垂直分量極值轉換的拐點，磁場垂直分量梯度曲線12m 處對應一個極值點，0～2m 磁場垂直分量變化強烈，磁場垂直分量梯度也有相應變化，其原因是上部鉆機、各墻柱及底板鋼筋及樁頂影響，因此可以判定0～2m 為底板至試樁1#樁頂，2～12m 為第一節樁，12m 為接樁處，24m 為樁底位置。因此，管樁樁長為22m，不滿足設計要求，根據鉆孔結果，持力層為粉質黏土，不滿足設計要求。

圖4 試樁1#樁側鉆孔剖面圖

圖5 試樁1#磁測樁法曲線

4 孔內攝像驗證

為驗證磁測樁法的結果，在樁頂鉆孔至26m 左右位置，利用孔內攝像對試樁1#進行檢測，對底板與承臺連接位置、接樁處及樁底位置進行觀察（圖6）。

圖6 孔內攝像結果俯視圖

從孔內攝像結果可知，2m 為承臺與管樁的連接處（圖6b），12m 為第一節樁與第二節樁的連接位置（圖6c），24m 為樁底（圖6d），樁底土層為粉質黏土，樁底無樁尖，管樁樁長為22m。

5 結語

磁測樁法判定試樁1#的樁長為22m，接樁處埋深為12m。孔內攝像測得試樁1#的樁長為22m，接樁處埋深為12m，磁測樁法與孔內攝像結論一致，驗證了磁測樁法檢測管樁樁長結果是準確的。

既有建筑地基基礎檢測中，樁側鉆孔在不損傷承臺結構的情況下，可以得到樁周土及持力層的性狀，為下一步分析提供依據，同時可為磁測樁法提供檢測通道。

既有建筑管樁的樁底位置在磁測樁法曲線上的特征為：磁場垂直分量曲線由極小值轉換為極大值的拐點，其值與背景場的值相近；磁場垂直分量梯度曲線在該位置有一個極值點。

綜上，采用磁測樁法檢測既有建筑的管樁樁長具有良好的效果，該方法可以準確地得出管樁樁長，現場操作靈活，數據處理方便，結果直觀，不會對既有建筑的承臺及管樁造成破壞，是一種可靠的既有建筑基礎檢測方法。