钢筋笼长度磁法检测在山西某工程中的应用

赵幸幸，梁大伟

(山西省建筑科学研究院有限公司，山西 太原 030001)

随着城镇化的发展，在城市的建设中，在道路、桥梁、厂房和高层建筑等工程中，在我国工程建设中桩基础已经成为最重要的一种基础形式。由于山西地区地质条件影响，工程中常用的桩型有预制桩和钢筋混凝土灌注桩。灌注桩钢筋笼长度是按照国标、行标及地标等相关标准，根据其上部结构所传递至基础的荷载大小和性质，桩周地质情况，地区的抗震设防烈度以及是否属于抗拔桩、端承桩等条件计算确定的。 如果灌注桩的钢筋笼长度不满足规范及设计要求，则会影响到整个基础的抗震性能和稳定性，严重时会影响到整个建筑物的安全。因此，采用一种切实有效的方法检测灌注桩的钢筋笼长度是否满足规范及设计要求，对工程的质量和安全是有重要的实用意义的[1]。

1 工程概况

山西某项目场地位于太原市万柏林区，滨河西路以西，摩天石小区以北，汾河外滩小区以南。该项目投资30余亿元，包含A段公寓楼、B段公寓楼、C段裙楼及地下车库，项目总建筑面积约24万m2，为太原市地标性建筑。其中A段为地上58层,地下3层公寓楼，建筑尺寸为67 m×23 m，建筑高度195.8 m，建筑面积约为9万多平方米；B段为地上49层，地下3层公寓楼，建筑高度167 m，建筑尺寸67 m×23 m，建筑面积约8万m2；C段裙楼为地上2层～4层,地下3层。根据设计图纸所示，具体设计参数见表1。

表1 具体设计参数表

受建设单位委托，我单位27根工程桩使用磁测井法检测。

2 地质条件

3 磁测井法灌注桩钢筋笼长度检测的原理及方法

3.1 检测原理

混凝土灌注桩其桩身及桩周，是由不同的物质组成的，桩身主要是混凝土和钢筋，桩周、桩端主要是岩土体，不同的物质具有不同的磁性，所以磁测井法是以不同磁性体的不同磁性特征为物理基础，通过仪器测试测井周围较大空间内磁性体磁场的总和变换，用以寻找测井周围，主要是其底部的磁性体并研究其分布和规模等的一种地球物理测井方法[2]。

由于具有磁性异常的两个不同介质，例如钢筋和混凝土、或者钢筋和岩土体，在两种介质的分界界面上，其磁场垂直分量是不连续的，会出现突变的现象，同时在两种介质的分界界面上磁场垂直分量梯度将会出现急剧变化的极值点，故可根据实际检测者磁场垂直分量梯度曲线底部的极值点位置或磁场垂直分量曲线底部的突变位置，综合判别两种不同介质的分界面。

磁测井法的研究目的是检测钢筋笼长度，我们测量研究的对象是钢筋笼形成的磁异常即磁场垂直分量，而钢筋笼底部的上下端面就是一个磁性介质的分界面，可以分析实测磁场垂直分量来进行判别。钢筋笼长度磁测井法检测就是通过在测试孔(基桩内部或者附近的)中检测基桩内或附近磁场垂直分量沿深度方向受钢筋分布影响的变化，同时结合一定的数据分析和处理方法，从而对桩身内钢筋笼的埋设深度、长度进行判定[3]。

3.2 检测条件及方法

钢筋笼长度检测通过前述原理分析，其应满足以下条件：

1)受检桩中及桩周围一定范围内除钢筋笼外，应无连续铁磁性体干扰。

2)检测探头传感器必须通过测试通道接收磁感应信号，因此必须在桩内或桩周围钻孔，且保证钻孔通畅。如果测试孔深度范围内存在较厚的软弱土层、砂层、卵砾石层时，可能会发生塌孔使传感器无法到达孔底，或将传感器埋于孔底无法取出，因此对上述地层，有必要设置PVC管护孔，防止塌孔。为防止管底返砂堵孔，PVC管宜封底。为保证传感器在PVC管中顺畅通行，PVC管内径宜为60 mm～90 mm。采用磁测井法进行检测，测试孔内如有地下水、泥浆、水泥浆等非铁磁性物质时，对检测结果无影响。

3)钻孔应保证足够的垂直度，与钢筋笼水平距离不应大于0.5 m。

测试孔底标高应低于钢筋笼设计底标高至少3 m，这样可以保证测试到清晰有效的磁异常数据，该段内现场测试值可作为背景场值。放置探头由下至上采样，采样步距设置过大，会造成测试结果分辨率降低，增大误差，因此采样步距不应大于25 cm；采样步距设置过小，则加大了现场测试工作量。一般采用10 cm～25 cm的采样步距既能保证一定的测试精度，又能减少现场检测时间，可避免采样时间过长发生塌孔，提高工作效率。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为本次检测设备。

4 磁测井法灌注桩钢筋笼长度检测的技术难点及分析判断

本项目开始前，根据本项目地勘资料并结合周边已有地区经验，地表岩土层以粉土、粉黏、砂层为主，场地周边桩长范围内以及桩端以下一定深度内，不存在磁性较强的岩石层。另根据场地历史上的使用功能，其地表以下10 m深度范围内，没有人类活动的构筑物或者强磁性人造物质，故场地不存在较强的干扰磁场，采用磁测井法检测灌注桩钢筋笼长度理论上是可行的。

根据前述检测原理及检测条件，结合本项目实际情况，本次灌注桩钢筋笼长度检测主要技术难点在于以下两个方面：1)主楼的灌注桩桩长较长，换言之，如何保证测试钻孔与钢筋笼的水平距离满足要求；2)如何根据已有的测试数据准确判断钢筋笼端部位置，换言之如何进行数据的分析判断。

4.1 钻孔垂直度

本项目A段公寓楼、B段公寓楼桩长较长，故检测工作先在地库短桩中开展，地库短桩检测完成后，积累了一定的经验且数据一致性较好后，再在主楼中开展检测工作。本项目在钻孔成孔过程中，主要采取了以下措施保证其垂直度，以减小对检测数据的影响。

1)在钻孔位置选择上，尽量选择在远离周围其他灌注桩的一侧进行钻孔，钻孔的位置应尽量贴近灌注桩桩侧，这样既能保证检测数据的单一性，不受其他周围桩基的干扰，也能尽可能减小钻孔与钢筋笼的水平距离。

2)钻孔就位前对支撑钻机的地面位置进行夯填加固处理和抄平，以保证钻机下部地基土的均匀性，避免钻进过程中由于钻机支座的不均匀沉降而导致了钻孔垂直度的偏差。此外，钻机安装就位后，对其钻探面及钻具垂直度进行校正，保证钻机的垂直度。

3)钻机采用的钻头、钻杆、接头等设备，提前都检查其垂直度和平整性，如果发现有钻杆弯曲、钻头磨损不对称的设备，坚决不能用于项目检测。

4)钻进过程中，各钻杆连接丝扣的间隙，接头处的间隙，一定拧到底，不能有空隙。钻速不能过快，尤其是在软硬层交界面处，应保证匀速钻进。

地库检测过程中，通过测试数据反映，其测试数据一致性较好，钻孔垂直度基本都能很好的保证，在预估的桩端附近，都能准确的测试出特征曲线的变化。后进行主楼的检测，钻孔通过更加严格的采取上述控制手段，其钻孔垂直度总体是比较满意的，但也发生了个别钻孔垂直度偏差较大，测试数据无法判定的情况。根据现场实际情况，在受检桩周围重新布置钻孔后，再次测试后，检测数据比较满意。

4.2 数据的分析判断

所有的检测工作其最后的结果都是进行检测数据的分析判断。由于该检测属于非损伤间接手段进行检测，其检测数据的分析判断显得更加重要。

1)根据山西省地方标准DBJ04/T 395—2019灌注桩钢筋笼长度磁测井法检测技术标准的规定，可以采取两种曲线特征进行判断：根据深度-磁场垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲线，取h-dZ/dh曲线底部最深的明显极值点所对应的深度位置；或根据深度-磁场垂直分量(h-Z)曲线，取h-Z曲线底部磁场垂直分量由小于背景场的极小值转成大于背景场的拐点(斜率最大处)所对应的深度位置。经过分析研究证实，在实际检测过程中深度-磁场垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲线dZ/dh值的灵敏度较高，深度-垂直分量(h-Z)曲线的Z分量拐点位置判读难度相对较大，故在实际工程应用中，应该结合h-Z曲线和h-dZ/dh曲线综合判定检测的数据。

2)对于绝大多数钻孔垂直度较高、探头与钢筋笼水平距离较近、钢筋笼主筋直径大数量多、灌注桩长径比不大的灌注桩，其上述测试曲线的变化特征是比较明显的，可以通过h-Z曲线底部磁场垂直分量的拐点或者h-dZ/dh曲线底部最深的明显极值点所对应的深度位置进行判断。但是对于测试曲线变化特征不明显的曲线，其判断就较困难，这时应该分析可能导致测试数据不准确的具体原因，采取具体的针对处理措施，来保证测试准确性。例如对桩径较大、桩长较长、主筋较多的灌注桩进行检测，如果桩外钻孔垂直度较难保证，可考虑在桩体内进行钻孔；对于地层或者岩性或者有磁干扰的比较复杂的场地，可以在场地试桩施工时就开展检测，建立相应的基础数据，以进行工程桩对比分析；桩长较短、桩径较小的灌注桩，如果反复钻孔测试后其数据一致性不好，则可以配合采用钻芯取样法或者电测法等手段补充。

3)项目开始前，应根据项目实际情况，确定本检测方法的实用性。如果属于超长桩，钻孔垂直度很难保证，则该检测方法不一定适用。如果桩间距过密，例如基坑支护桩，则由于相互的干扰，该方法也不一定适用。

本项目地库测试的15根工程桩，其测试的深度-磁场垂直分量(h-Z)曲线，在预估的桩端附近均有明显的拐点出现，且其深度-磁场垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲线都在相应的位置有明显的极值点。故测试很成功，根据与施工记录等资料的对比，其测试准确度较高。本项目2个主楼的各6根工程桩共2组测试数据，其中10组数据的一致性较好，在预估的桩端附近，出现了明显的拐点和极值点，能够做出判断，但在其中某个主楼某2组测试数据，其极值点出现不明显，拐点位置更是无法确定，后结合地勘资料，综合分析地层情况，可能是由于局部地层情况导致孔位偏差较大，垂直度较难控制，故检测数据无法准确的反映工程实际。后在该受检桩周围再次布置钻孔，重新进行检测，其测试数据较好，在预估桩端位置出现相应的拐点和极值点，准确的反映了工程实际。

4.3 检测结论

依据DBJ04/T 395—2019灌注桩钢筋笼长度磁测井法检测技术标准第5.0.3条规定：本次检测A段公寓楼6根桩均在50.00 m处明显看到磁场Z分量值产生明显异变，根据钢筋笼接头处磁场数据变化规律，判断为钢筋笼底部特征；B段公寓楼6根桩均在45.00 m处明显看到磁场Z分量值产生明显异变，根据钢筋笼接头处磁场数据变化规律，判断为钢筋笼底部特征；C段裙楼及地下车库15根桩分别在28.75 m,28.25 m,28.00 m,27.00 m处明显看到磁场Z分量值产生明显异变，根据钢筋笼接头处磁场数据变化规律，判断为钢筋笼底部特征。

5 结语

1)根据27根工程桩的磁测井法检测结果，依据DBJ04/T 395—2019灌注桩钢筋笼长度磁测井法检测技术标准第5.0.3条规定：A段公寓楼6根桩钢筋笼长度为50.00 m；B段公寓楼6根桩钢筋笼长度为45.00 m；C段裙楼及地下车库15根桩钢筋笼长度为27.00 m。本项目灌注桩钢筋笼程度满足要求。

2)根据以上的检测结果，说明磁测井法测试灌注桩钢筋笼长度在满足一定的检测条件下，其是一种切实可行的检测手段，可以在工程中应用和推广。