強(qiáng)干擾情況下磁測(cè)井法檢測(cè)PHC 管樁樁長的應(yīng)用分析

謝紅華

（作者單位：福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

引言

基樁作為地下結(jié)構(gòu)設(shè)施的一部分，具有較大的隱蔽性，且對(duì)于工廠預(yù)制好的PHC 管樁（即預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁），開口樁的土塞效應(yīng)對(duì)樁端阻力的影響很小，故其在工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。但由于許多工程項(xiàng)目側(cè)重經(jīng)濟(jì)效益，沒有加端頭鐵板，使其難以運(yùn)用常規(guī)的檢測(cè)手段進(jìn)行樁長檢測(cè)。因此，需要開發(fā)利用新的地球物理測(cè)井方法等非常規(guī)檢測(cè)方法對(duì)樁長進(jìn)行無損檢測(cè)和評(píng)估。

PHC 管樁在節(jié)與節(jié)之間存在金屬端頭板，每節(jié)單樁通長配筋（詳見圖1），這使得PHC 管樁全樁長的磁場(chǎng)與地球背景磁場(chǎng)相比存在明顯的磁場(chǎng)差異[1]。基于此現(xiàn)象，可通過磁測(cè)井法對(duì)管樁配筋長度進(jìn)行測(cè)試，并以此對(duì)PHC 管樁施工樁長進(jìn)行評(píng)估。近年來，浙江省和福建省等相繼出臺(tái)了磁測(cè)井法對(duì)鋼筋籠長度探測(cè)的技術(shù)規(guī)程和地方標(biāo)準(zhǔn)，說明該方法具有較高的應(yīng)用價(jià)值。本文借助工程實(shí)例，對(duì)磁測(cè)井法檢測(cè)PHC 管樁配筋長度來推斷樁長的原理和結(jié)果進(jìn)行介紹和分析，并對(duì)提高該方法的測(cè)試精度提出合理化建議。

磁測(cè)井法檢測(cè)原理

磁測(cè)井法是以不同磁性體的不同磁性特征作為物理基礎(chǔ)，使用特殊的儀器測(cè)試預(yù)先設(shè)置鉆孔附近較大空間范圍內(nèi)磁性體磁場(chǎng)的總和的一種地球物理測(cè)井方法。自然界中的任何物體，處在地球磁場(chǎng)內(nèi)，都具有不同的磁性，且由于自身磁化率的不同，物質(zhì)可分為逆磁性、順磁性和鐵磁性三類，其中鐵磁性物質(zhì)的磁性最強(qiáng)[2]。因此在以地球磁場(chǎng)作為穩(wěn)定磁場(chǎng)的磁場(chǎng)環(huán)境中，鐵磁性物質(zhì)的存在會(huì)使得局部位置的磁場(chǎng)發(fā)生顯著性變化，產(chǎn)生磁場(chǎng)的異常場(chǎng)。

對(duì)于PHC 管樁，樁身某處磁感應(yīng)強(qiáng)度Z 與地磁場(chǎng)在該點(diǎn)的垂直分量、磁化率和橫截面積成正比，與測(cè)點(diǎn)和該處垂直距離的平方成反比[3-4]。而PHC 管樁中的鋼筋以及端頭板均為鐵磁性物質(zhì)，通過探測(cè)樁長范圍內(nèi)存在的異常磁場(chǎng)，即可判斷配筋長度和深度，進(jìn)而判斷PHC 管樁樁長是否滿足設(shè)計(jì)要求。為此，需要在管樁中心或者樁側(cè)不大于0.5m 的位置處平行于樁身軸線鉆孔（如圖2 所示），鉆孔宜采用外徑91～110mm 的鉆頭鉆取，且測(cè)孔垂直度不宜大于0.5%。鉆孔深度需鉆至樁底標(biāo)高以下不少于5m 處，并設(shè)置內(nèi)徑不小于60mm的PVC 護(hù)管。

磁測(cè)井法測(cè)量配筋長度判斷PHC 管樁樁長的誤差來源主要包括系統(tǒng)誤差和試驗(yàn)誤差。就系統(tǒng)誤差而言，主要分為兩類：一類是地球磁場(chǎng)磁偏角以及深部覆土層中各種巖石等物質(zhì)對(duì)背景磁場(chǎng)的干擾作用[5]。對(duì)于系統(tǒng)誤差，難以采用有效手段進(jìn)行徹底排除，為了削弱其影響，鉆孔深度需鉆至樁底標(biāo)高以下不少于5m 處來獲得較為穩(wěn)定的、近似的背景磁場(chǎng)；另一類測(cè)試誤差的來源則更為廣泛，如儀器設(shè)備的固有誤差、鉆孔與樁身外側(cè)的水平距離、鉆孔垂直度、采樣步距及數(shù)據(jù)采集速率等。福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《福建省磁測(cè)井法測(cè)試基樁鋼筋籠長度技術(shù)規(guī)程》 對(duì)以上參數(shù)給出了相應(yīng)的范圍，實(shí)際檢測(cè)中需采用合適的儀器按照相應(yīng)要求進(jìn)行測(cè)試來減小誤差。受系統(tǒng)誤差和試驗(yàn)誤差的影響，磁測(cè)井法測(cè)得的配筋長度與實(shí)際長度的誤差大部分在±0.5m 以內(nèi)[6-7]。

工程實(shí)例分析

廈門某項(xiàng)目的基坑支護(hù)工程采用PHC500-AB-125 型PHC 管樁，樁身強(qiáng)度等級(jí)C80，設(shè)計(jì)樁長為25.00m。根據(jù)勘察報(bào)告和施工工藝（無樁尖、開口），使用磁測(cè)井法對(duì)該項(xiàng)目該批次工程樁A582#和A584#進(jìn)行樁長專項(xiàng)檢測(cè)。儀器設(shè)備選擇武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-RBMT 鋼筋籠長度磁法測(cè)試儀，其磁場(chǎng)測(cè)量范圍為-99999nT～+99999nT，分辨率小于50nT，采樣深度分辨率小于5cm，深度誤差小于50cm，可在0～50℃、1.5MPa 以下的溫度和水壓力下正常工作，并且具有自動(dòng)采集存儲(chǔ)深度和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)顯示接收信號(hào)時(shí)程曲線的功能。按照規(guī)范要求在樁側(cè)0.5m 的范圍內(nèi)鉆孔，設(shè)置安放內(nèi)徑為70mm 的PVC 護(hù)管。對(duì)目標(biāo)選樁A582#、A584#進(jìn)行多次重復(fù)檢測(cè)，數(shù)據(jù)具有較好的重復(fù)性，圖3 和圖4 分別為A582#、A584#實(shí)測(cè)的典型曲線。

A582#樁的磁測(cè)井法實(shí)測(cè)曲線表明，本次檢測(cè)采樣深度為34.25m，采樣步距為10cm，扣除檢測(cè)標(biāo)高后，鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)樁長深度以下不少于5m 的檢測(cè)要求。在L=3.75m 黑線所示位置處，實(shí)測(cè)垂直磁場(chǎng)分量曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁梯度曲線出現(xiàn)極值點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)標(biāo)高判定此處出現(xiàn)鐵磁性物質(zhì)引起的磁通量異常；在L=26.75m 黑線所示位置處，實(shí)測(cè)垂直磁場(chǎng)分量曲線出現(xiàn)另一明顯拐點(diǎn)，且磁梯度曲線再出現(xiàn)極值點(diǎn)，亦可判定為鐵磁性物質(zhì)引起的磁通量異常。兩條黑線范圍內(nèi)樁身磁感信號(hào)正常，與深度背景場(chǎng)的磁場(chǎng)信號(hào)差別不大，可判定為PHC 管樁樁身配筋的磁感信號(hào)，即樁身配筋長度約為23.00m，推算的A582# 樁的樁長為23.00m，不滿足設(shè)計(jì)樁長25.00m 以上的要求。值得注意的是，在L=29.25m處同樣出現(xiàn)了鐵磁性物質(zhì)引起的磁通量異常信號(hào)，但綜合前后實(shí)測(cè)信號(hào)分析，該處磁通量異常信號(hào)并非樁身配筋或端頭板產(chǎn)生的磁異常信號(hào)，疑為其他金屬物的強(qiáng)干擾磁感信號(hào)，后經(jīng)與施工方了解和確認(rèn)，其在PVC 護(hù)管底部放置了鋼筋。綜上所述，A582#樁采用磁測(cè)井法的樁長檢測(cè)結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于A584#樁，如圖4 所示，檢測(cè)采樣深度為34.40m，采樣步距為10cm，扣除檢測(cè)標(biāo)高后，鉆孔深度達(dá)到檢測(cè)要求。在L=2.75m 黑線所示位置處，實(shí)測(cè)垂直磁場(chǎng)分量曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁梯度曲線出現(xiàn)極值點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)標(biāo)高判定此處出現(xiàn)鐵磁性物質(zhì)引起的磁通量異常；在L=24.50m黑線所示位置處，實(shí)測(cè)垂直磁場(chǎng)分量曲線出現(xiàn)另一明顯拐點(diǎn)，且磁梯度曲線再出現(xiàn)極值點(diǎn)，同樣地，可判定為鐵磁性物質(zhì)引起的磁通量異常。兩條黑線范圍內(nèi)樁身磁感信號(hào)正常，與深度背景場(chǎng)的磁場(chǎng)信號(hào)差別不大，可判定為PHC 管樁樁身配筋的磁感信號(hào)，即樁身配筋長度約為21.75m，推算的A584#樁的樁長為21.75m，不滿足設(shè)計(jì)樁長25.00m 以上的要求。和A582#樁一樣，鉆孔中PVC 管中同樣放置了鋼筋干擾檢測(cè)，因此在L=29.75m 處同樣出現(xiàn)了鐵磁性物質(zhì)引起的磁通量異常（強(qiáng)干擾）信號(hào)。綜上所述，A584#樁的磁測(cè)井法樁長檢測(cè)結(jié)果也不符合設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語

磁測(cè)井法測(cè)PHC 管樁樁長目前已經(jīng)應(yīng)用得較為廣泛，PHC 管樁由于采用工廠預(yù)制的方法，其本身配筋和樁身強(qiáng)度一般是符合要求的，這時(shí)候樁長檢測(cè)的結(jié)果對(duì)判定該樁是否符合設(shè)計(jì)要求就顯得尤為重要。磁測(cè)井法檢測(cè)過程方便快捷，可重復(fù)性高，檢測(cè)結(jié)果直觀明顯，對(duì)樁身沒有任何影響，在可判定的范圍內(nèi)，很難弄虛作假，因此適合進(jìn)一步推廣和研究。

但對(duì)于該方法本身，如何繼續(xù)提高其檢測(cè)精度，減小系統(tǒng)和試驗(yàn)誤差將是未來需要重點(diǎn)研究的方向。比如地球磁場(chǎng)作為背景場(chǎng)具有很大的不確定性，可以考慮施加穩(wěn)定的人工干預(yù)磁場(chǎng)，通過其彌補(bǔ)地球磁場(chǎng)磁偏角造成的誤差；另一方面，對(duì)儀器設(shè)備的改進(jìn)和方法的進(jìn)一步改良，能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的測(cè)量。而現(xiàn)階段，利用磁測(cè)井法進(jìn)行樁長檢測(cè)的過程，一定要按照規(guī)范和技術(shù)規(guī)程的要求操作，確保鉆孔距離足夠貼近鋼筋，保證鉆孔垂直度和深度，采取規(guī)范合理的措施完成檢測(cè)。同時(shí)，也需要根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況判斷是否存在強(qiáng)干擾情況，如人為添加鋼筋、舊樁基基礎(chǔ)的鋼筋、甚至強(qiáng)磁場(chǎng)等的影響，對(duì)于可能存在的強(qiáng)干擾項(xiàng)應(yīng)進(jìn)行合理的分析和驗(yàn)證，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。