磁測井法檢測灌注樁鋼筋籠長度足尺模型試驗研究

□文/趙國光 瞿一奇 趙國普

灌注樁是當前公路橋梁基礎工程中最常用的下部結構形式，屬隱蔽工程。施工中，鋼筋籠偷工減料現(xiàn)象時有發(fā)生，其中又以鋼筋籠長度比設計要求縮短較為常見，嚴重影響了灌注樁的施工質量、結構安全及耐久性。

本文開展磁測井法檢測鋼筋籠長度的現(xiàn)場足尺模型試驗研究，試驗研究的目的如下：

1）核驗評價磁測井法檢測鋼筋籠長度技術的有效性與準確性；

2）測試間距是準確測試鋼筋籠長度的難點與關鍵點，通過在不同邊界條件下現(xiàn)場模型試驗，分析評價測試間距對檢測結果準確性的影響程度；

3）天津地區(qū)灌注樁鋼筋籠普遍上部配筋多、下部配筋少,不通樁長布設，另外橋梁工程灌注樁多數(shù)在樁身內將聲測管延伸至樁底。針對配筋較少條件下的測試結果是否有效、聲測管以及加勁箍對測試的影響等疑點，通過現(xiàn)場模型試驗展開分析研究。

1 磁測井法的基本原理

磁測井法是利用地下巖土體之間的磁性差異所引起的地磁場變化（磁異常）來尋找有用礦產資源和查明地質構造的一種物探方法。磁測井法以磁性體磁場的數(shù)學理論為基礎，通過研究磁性體周圍磁場變化的空間分布特征和分布規(guī)律，對磁性物體空間分布做出解釋。鋼筋籠、含有鋼筋的建構筑物以及鐵磁性巖礦石等是鐵磁性物質，在其周圍均形成很強的磁異常，井中每一觀測點所測得磁場是各種物質磁異常疊加的結果。

對于以研究鋼筋籠長度為目的的磁測井法，鋼筋籠形成的磁異常是測量研究的對象。通過研究磁性體周圍磁場變化的空間分布特征和分布規(guī)律，對磁性體空間分布做出解釋。測試磁場垂直分量Z-深度變化曲線，根據(jù)磁場Z分量值明顯異變，結合有關資料，綜合判斷鋼筋籠長度。

在灌注樁鋼筋籠外部鉆孔時.磁異常理論定量計算曲線見圖1。

圖1 灌注樁磁異常理論定量計算曲線

2 足尺模型試驗研究

2.1 選取一節(jié)鋼筋籠進行整體模型試驗

2.1.1 概況

樁徑1.8 m灌注樁的最下端一節(jié)鋼筋籠，由4根φ32 mm主筋和4根聲測管組成，放置于地表。

2.1.2 結果

模型試驗測試結果見表1。

表1 鋼筋籠模型試驗測試結果 μT

2.1.3 分析

傳感器探頭離鋼筋籠越近，磁測井法測試信號越強，磁場垂直分量異常變化量越大；在鋼筋籠內進行檢測時，磁測井法測試信號最強；隨著傳感器探頭離鋼筋籠變遠，磁場的異常變化量會明顯減弱，磁測井法的測試曲線型式也將會因背景場的影響而產生變化。見圖2-圖4。

圖2 工況1測試曲線

圖3 工況2測試曲線

圖4 工況3測試曲線

2.2 選取一根鋼筋進行模型試驗

2.2.1 概況

1根φ25 mm鋼筋，長12 m，放置于地表。

2.2.2 結果

模型試驗測試結果見表2。

表2 鋼筋模型試驗測試結果 μT

2.2.3 分析

傳感器探頭離鋼筋越近，磁測井法測試信號越強，磁場垂直分量異常變化量越大；傳感器探頭離鋼筋籠越遠，磁場的異常變化量呈明顯減弱趨勢；傳感器探頭距鋼筋70 cm時的磁場異常變化量是距鋼筋40 cm時的36%，傳感器探頭距鋼筋100 cm時的磁場異常變化量是距鋼筋40 cm時的18.7%，傳感器探頭與鋼筋間的距離超過1 m時的磁場異常變化量已基本不能作為判斷鋼筋存在的依據(jù)。見圖5-圖8。

2.3 選取一根聲測管進行模型試驗

2.3.1 概況

1根φ48 mm聲測管，長9 m，放置于地表；加筋箍采用φ25 mm鋼筋制作。

2.3.2 結果

模型試驗測試結果見表3。

圖5 工況4測試曲線

圖6 工況5測試曲線

圖7 工況6測試曲線

圖8 工況7測試曲線

表3 聲測管模型試驗測試結果 μT

2.3.3 分析

聲測管在磁測井法測試中，其所產生的磁場垂直分量異常變化基本可以忽略不計；隨著傳感器探頭離加勁箍變遠，磁場的異常變化量會明顯減弱；傳感器探頭與加勁箍間的距離超過0.6 m時的磁場異常變化量已基本不能作為判斷鋼筋存在的依據(jù)。見圖9-圖11。

圖9 工況8測試曲線

圖10 工況9測試曲線

圖11 工況10測試曲線

3 工程應用

自2015年，在京津冀等地已先后針對不同樁徑、不同樁長、不同地質條件下（平原、濱海、山區(qū)等），采用磁測井法完成了超過500根灌注樁的鋼筋籠長度檢測，檢測結果準確、可靠，測試絕對誤差＜1 m。

4 結論

1）影響磁測井法檢測灌注樁鋼筋籠長度準確性的關鍵因素是檢測時傳感器與鋼筋籠的實際有效間距。傳感器探頭距鋼筋籠距離越近，磁測井法測試信號越強，磁場垂直分量異常變化量越大，測試后分析評價的準確性越高。對于長樁、施工垂直度偏差較大的灌注樁，應對測試結果謹慎分析，避免誤判。

2）在灌注樁樁身鋼筋籠內部鉆孔時檢測鋼筋籠長度，磁測井法測試信號最強，檢測結果最可靠。

3）在磁測井法測試中，鋼筋、加勁箍、焊縫以及其他鐵磁性物質均能產生相應的磁場垂直分量異常變化，每一點所測得磁場是各種物質產生的磁異常疊加的結果。

4）聲測管在磁測井法測試中，其所產生的磁場垂直分量異常變化基本可以忽略不計。

5）磁測井法檢測灌注樁鋼筋籠長度方法可行，檢測結果準確、可靠、有效，已在多條高速公路項目中應用。該方法能有力震懾施工中鋼筋籠的偷工減料行為，確保灌注樁的施工質量。同時，可以作為行業(yè)管理與質量監(jiān)督部門的質量控制措施和驗收檢測手段，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。