磁测法在探测预应力管桩桩长上的应用

徐　磊，张耀镭，周长瑞

(天津市勘察院，天津 300191)



磁测法在探测预应力管桩桩长上的应用

徐磊，张耀镭，周长瑞

(天津市勘察院，天津 300191)

利用磁测法探测灌注桩钢筋笼长度在国内已经应用开展起来，但是在预应力管桩上的应用还属于空白。本文利用磁测法来探测预应力管桩的桩长，探讨利用磁测法的应用原理及其数据分析方法。理论分析及应用实例均表明，磁测法在探测预应力管桩桩长上的应用是有效、可行的，为判断预应力管桩长度提出了一种新的无损检测方法。

预应力管桩；预应力管桩桩长探测；磁测法；无损检测

1　引　言

随着我国城市建设的快速发展，桩基础在工程中使用得越来越多，其中预应力管桩在桩基础的使用也随之增多。已经建成的项目再来检测判断预应力管桩的长度有一定的难度。桩基础施工为地下工程，有其隐蔽性特点，并且已经建成的项目采用常规检测手段并不可行，故需要采用无损的检测方法来解决问题。

预应力管桩端头板为金属物体，鉴于其与混凝土、桩周岩土之间的电性、磁性差异，故可采用物探中的磁测法来解决长度检测问题。近些年，也出台了钢筋笼长度检测的地方标准，对于预应力管桩桩长探测也可以参照此规范。本文对该探测方法原理进行分析，并应用到工程实例当中，取得了较好的效果。

2　磁测法

2.1探测原理

预应力管桩端头板(如图1所示)属于铁磁性物质，与混凝土及桩周岩土存在很大的磁性差异。打入预应力管桩前，该处地磁场为地球中心偶极子所引起的磁场、大陆磁场以及外磁场的总和，即背景磁场。而预应力管桩端头板在地磁场中，由于磁化作用以及铁制端头板本身的天然剩余磁化强度共同组成而产生磁感应强度，在其周围产生磁异常。实际情况来讲，由于预应力管桩端头板磁化后的磁力线与地磁磁力线同向或反向，会造成局部磁场的增强或减弱[1]。因此，由预应力管桩端头板引起的磁异常有时以正异常为主，有时以负异常为主[2]。

图1　工厂中的预应力管桩及端头板示意图Fig.1　Schematic diagram of the prestressed pile and the end of the factory

假设预应力管桩为有限长圆柱体，在与其平行方向上，可推导出预应力管桩端头板的磁感应强度Z的计算公式为[3]：

(1)

式中：B⊥为垂直方向地磁场强度(T)；κ为预应力管桩端头板的磁化率(4π·10-6SI)；S为预应力管桩端头板横截面积(cm2)；L为测点与预应力管桩端头板的垂直距离(m)。由公式(1)可见，预应力管桩端头板磁感应强度与到预应力管桩端头板的垂直距离的平方成反比，与预应力管桩端

头板面积成正比。假设有效磁化倾角为90°。对于有限长预应力管桩，在沿预应力管桩深度方向，磁感应强度为定值，所以磁梯度值为0。在预应力管桩端头板处，实测磁感应强度存在较大变化，表现为垂直磁场分量曲线出现拐点的同时，磁梯度曲线出现极值点，极值点一般在图形上呈宽缓的马鞍形状。超过界面再往下逐渐变成背景磁场值(如图2所示)。探测孔深一般大于预应力管桩桩底的3.0m以上，因此可以采用最下端几个磁场强度的平均值作为背景磁场值。

因此，当预应力管桩端头板周围无其他铁磁性体干扰时，通过测量地球磁场在预应力管桩端头板内/附近的变化，能够准确直观地反映预应力管桩的桩长[4]。

图2　预应力管桩桩长探测理论曲线Fig.2　Theoretical curve of pile length detection of prestressed pile

2.2检测仪器

检测仪器为武汉岩海工程技术有限公司生产的RS-RBMT钢筋笼长度磁法测试仪，专利号：ZL2006 1 0038753.7。现场成图、操作简单、系统轻便、自动化采集、记录深度和磁场数据、不受地下水位影响。深度分辨率为1cm，误差深度小于0.5m。

2.3现场工检测作方法

检测前将钻孔设置在距预应力管桩外侧边缘不大于0.5m的位置，且保证钻孔中心线平行于桩身中心线，钻孔深度要求比预应力管桩桩长设计深度深3m以上。检测时要求桩中或桩周除预应力管桩端头板以外无连续铁磁性物质干扰。将磁探头置入钻孔中，自下而上或自上而下等间距逐点采样，实时记录钻孔方向不同深度的磁场参数值，计算并绘制深度—垂直磁场分量曲线以及深度—磁梯度曲线。根据实测曲线特征，以确定预应力管桩桩长[5,6]。

3　工程应用

天津某项目，施工采用预应力管桩，设计桩长为20m，分为两节桩，每节桩10m。桩顶标高在现地坪位置。图3为该项目15号桩预应力管桩磁法测试结果，数据采集间距设为25cm，测试起点深度为18.5m。为论证磁测法在接桩位置，即端头板位置有无明显拐点，所以孔深没有达到桩长以下深度3～5m。只判断一节桩桩端端头板位置是否和设计一致。垂直磁场曲线在深度9.70m的黑线位置有明显拐点，同时磁梯度曲线出现极值点。再往深处，磁场强度曲线均匀、平稳，趋于背景磁场值(约370mGauss)，垂直磁场分量曲线再无明显拐点出现，断定预应力管桩接桩位置为9.70m。测定的一节预应力管桩桩长为9.75m，与设计值的误差为0.30m。该检测项目论证了磁测法探测应用在预应力管桩桩长上的可行性，为下一个项目辽宁省探测预应力管桩桩长提供技术支持。

在该项目中又随机抽取2组试桩，与设计值的误差分别为0.10m、0.40m。误差控制在0.10～0.40m的范围内。产生误差的主要原因在于实际磁化倾角不为90°，我国大部分地区磁场方向与水平方向夹角为45°左右，这就是地质体的斜磁化。因为有斜磁化的作用，仪器检测的极值点与实际桩身端头板位置有误差，但这种误差一般在0.5m左右，相对检测的桩长可忽略不计。

辽宁省某项目，该工程桩基础采用预应力管桩。工程主体已竣工，且已经投入使用。委托方想对该项目进行拆迁改造，但前期设计图纸不齐全，只知道是单节预应力管桩。委托方想判定预应力管桩的具体长度，以便对后期基础改造提供更准确的依据。显然用低应变以及其他常规方法检测已经不具备条件。根据现场实际情况综合分析采用无损检测的磁测法探测预应力管桩桩长。设计图纸最外边轴线上的桩位在已建好建筑外墙以外。所以选取该轴线上的某根桩，在桩外边缘0.5m位置处打孔进行试验。因为涉及桩长不明确，以及为了便于在检测图形上观察曲线形态，将钻孔深度增加到20m。

图4为该项目21号楼18号桩预应力管桩桩长的探测结果。数据采集间距设为25cm，测试起点深度为20m。在L=8.70m的黑线所示位置，实测垂直磁场分量曲线出现明显拐点，同时，磁梯度曲线出现极值点。之后，磁场强度曲线趋于背景磁场值(约400mGauss)，再无明显拐点出现。可判断在探测范围内，现地坪以下8.70m位置为预应力管桩端头板位置[7,8]。

图5为该项目12号楼90号桩预应力管桩桩长的探测结果。数据采集间距设为25cm，测试起点深度为20m。在L=11.20m的黑线所示位置，实测垂直磁场分量曲线出现明显拐点，同时，磁梯度曲线出现极值点。之后，磁场强度曲线趋于背景磁场值(约400mGauss)，再无明显拐点出现。可判断在探测范围内，现地坪以下11.20m位置为预应力管桩端头板位置。

根据实测曲线特征，由预应力管桩端头板位置到桩顶标高范围内的长度可以确定为本次检测预应力管桩的桩长，为设计的下一步工作提供了有力支持。

图3　15号桩预应力管桩桩长探测结果Fig.3　Surver results of pile length of prestressed pile in pile No.15

图4　21号楼18号桩预应力管桩桩长探测结果Fig.4　Survey results of pile length of prestressed pile in No.21 Building No.18

图5　12号楼90号桩预应力管桩桩长探测结果Fig.5　Survey results of pile length of prestressed pile in No.12 Building No.90

4　结论及展望

1)对于上述工程实例探测结果，通过随深度变化的磁场垂直分量Z曲线拐点及其垂向梯度ΔZ曲线极值点判定的预应力管桩端头板位置，确定的预应力管桩桩长与实际设计值不超过1m[9,10]，表明采用磁测法探测预应力管桩桩长有非常显著的效果。

2) 磁测法在判断已有建筑预应力管桩桩长探测上为一种简单便捷、准确、快速的方法。当下旧楼拆迁改造，老旧基础桩由于年代久远，设计图纸不明确，以及施工方偷工减料，很难判断预应力管桩的桩长。磁测法为判断老旧桩基础预应力管桩的桩长指明了方向，保证施工质量。同时解决问题后，可扩大市场影响。

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The Application of Magnetic Method to the Detection of the Length of Prestressed Concrete Piles

Xu Lei,Zhang Yaolei,Zhou Changrui

(Tianjin Survey Institute, Tianjin 300191, China)

Themagneticmethodiswidelyusedtodetectreinforcementcagelengthofperfusionpileathome,butthereisfewresearchontheapplicationofprestressedpiles.Inthispaper,byusingmagneticmethodtodetectprestressedpilelength,theapplicationoftheprincipleofmagneticmethodanditsdataanalysismethodhavebeenevaluated.Theoreticalanalysisandapplicationexamplesshowthattheapplicationofmagneticmethodtothedetectionofthelengthofprestressedpileiseffectiveandfeasible.Thispaperpresentsanewnondestructivetestingmethodtodeterminethelengthofprestresspiles.

prestressedpile;lengthdetectionofprestressedconcretepile;magneticmethod;nondestructivetesting

1672—7940(2016)03—0323—04

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.03.013

徐磊(1990-)，男，助理工程师，主要从事工程桩基检测工作。E-mail:18522022806.com

P631.2

A

2016-01-04