井中磁法測量鋼筋籠長度在既有建筑樁基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

林錦熙

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司）

0 引言

既有建筑樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測一直是行業(yè)內(nèi)的難題，樁基礎(chǔ)屬于地下隱蔽工程，受上部結(jié)構(gòu)的覆蓋的影響，使得常規(guī)的檢測手段難以開展，通過開挖驗證幾乎不可能。在工程中經(jīng)常會遇到既有建筑改造前的樁基礎(chǔ)質(zhì)量和承載力重新評定；建設(shè)和使用過程出現(xiàn)地下室上浮、結(jié)構(gòu)開裂、沉降超標(biāo)等不良現(xiàn)象，需要對樁基礎(chǔ)質(zhì)量進(jìn)行鑒定評估；因野蠻施工導(dǎo)致樁基礎(chǔ)未檢測已做施工覆蓋，造成無法驗收的情況，應(yīng)驗收要求需要補充對已覆蓋的樁基礎(chǔ)檢測、評估結(jié)論。我國每年的在建工程體量龐大，老舊既有建筑的改造量也在增大，遇到以上問題迫切需要提供行而有效的技術(shù)手段來解決。

河北省建筑科學(xué)研究院于2011 年完成的“既有建筑地基基礎(chǔ)檢測與評定技術(shù)的研究”，探討了各種檢測技術(shù)的適用性和可靠性以及既有建筑地基基礎(chǔ)特性，并于2015 年發(fā)行了河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《既有建筑地基基礎(chǔ)檢測技術(shù)規(guī)程》。2016 年開始國內(nèi)專家組正在編制國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《既有建筑地基基礎(chǔ)檢測技術(shù)規(guī)程》JGJ∕T 422-2018，標(biāo)準(zhǔn)于2018 年發(fā)布，填補國內(nèi)在該領(lǐng)域規(guī)范的空白。但由于既有建筑場地條件及上部結(jié)構(gòu)的限制，目前的規(guī)范規(guī)程所涉及的部分檢測技術(shù)應(yīng)用于既有工程實踐存在難度。

在既有建筑發(fā)現(xiàn)承載力不足、沉降過大、基礎(chǔ)上浮等不良現(xiàn)象時，我們首先關(guān)注的問題是樁身質(zhì)量和承載力是否滿足要求[1]，但是往往樁身完整性和承載力無法直接進(jìn)行檢測。因此會退一步關(guān)注施工樁長是否滿足設(shè)計要求，當(dāng)鉆芯法無法開展時，會考慮采用井中磁法測量鋼筋籠長度，以推斷樁長。因為鋼筋籠的長度是按照《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94-2008 進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)基樁受荷類別、承載力與彎矩大小、樁周土水平抗力系數(shù)、是否受上拔力等條件確定，如果基樁的鋼筋籠長度不能滿足設(shè)計要求，將會影響到樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和抗震特性，尤其是對既有建筑而言，將會構(gòu)成建筑物的安全隱患。本文將以井中磁法測量為基礎(chǔ)，結(jié)合既有建筑樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測的工程案例，對磁法在既有建筑樁基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 基本原理及方法介紹

地球磁場跟地球引力場相似，是地球物理場，由基本磁場、地殼磁場與變化磁場三部分組成。物質(zhì)根據(jù)其磁性特征可以分為鐵磁性物質(zhì)、逆磁性物質(zhì)、順磁性物質(zhì)。順磁性物質(zhì)的原子固有磁矩不為零，但在無外磁場作用時，該原子固有磁矩方向處于無序混亂狀態(tài)，磁效應(yīng)相互抵消，宏觀上不顯示磁性。當(dāng)加上外磁場后，其原子固有磁場向外磁場方向進(jìn)行轉(zhuǎn)化排列，外磁場強(qiáng)度越高，轉(zhuǎn)向概率越大，對外顯示的磁性也越大。

磁測井法的理論基礎(chǔ)是磁性體磁場的數(shù)學(xué)理論，測試磁性體周圍磁場的空間分布特征，探究其分布規(guī)律，結(jié)合材料磁化率對分布特征進(jìn)行合理解釋。鋼筋籠及包含鋼筋的構(gòu)件是鐵磁性物資，磁化率較高且磁性很強(qiáng)，在這些鐵磁性物資四周會出現(xiàn)很強(qiáng)的磁異?，F(xiàn)象。對于之下，建筑用樁基澆筑在巖土體中，混凝土、樁周土、樁端巖石則是無磁性或弱磁性物質(zhì)，磁化率較低且磁性極弱。因此在鋼筋籠與周邊材料（混凝土、樁周巖土）之間存在達(dá)幾個數(shù)量級的明顯磁差異，于是鋼筋籠被磁化且在周圍會形成局部較強(qiáng)的磁異常，超過界面向下逐漸變?yōu)榉€(wěn)定的背景場，現(xiàn)場實測值作為背景場宜是孔底無鋼筋籠段實測場值?，F(xiàn)場測試時每一測試點測得的磁場強(qiáng)度均為多個磁場在該點處疊加的效果，利用儀器尋找上述磁異常，進(jìn)一步探測出鋼筋籠的空間位置與幾何尺寸，從而達(dá)到測試鋼筋籠長度的檢測目的。上述理論為磁測井法測試鋼筋籠長度創(chuàng)造了理論基礎(chǔ)，因此該方法適用于樁中或樁周除鋼筋籠之外，無其余連續(xù)鐵磁性物質(zhì)干擾時的樁基鋼筋籠長度的檢測。

基樁屬于隱蔽工程，尤其是對既有建筑來說，基樁的性能是否合格關(guān)乎到既有建筑的健康與安全，因此能否采用無損檢測的方法對基樁進(jìn)行性能測試與評估非常關(guān)鍵，圖1 為磁法檢測鋼筋籠長度的現(xiàn)場示意圖。

圖1 磁法檢測示意圖

鋼筋籠長度磁法測試儀，通過在鉆孔中測量鋼筋籠內(nèi)（或者周邊）部分地磁要素沿深度的變化，從而間接反映灌注樁內(nèi)鋼筋籠的埋設(shè)長度。將磁感應(yīng)探頭放入測試孔中，以10～20cm 的采樣間隔至上往下（或至下往上）對鋼筋籠的垂直方向的磁場強(qiáng)度（Z）進(jìn)行測量，測試過程中探測速度不宜過快，具體可參考超聲波檢測方法。采集并存儲測試數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析并繪制深度-垂直分量（H-Z）曲線、深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線。搜索出深度-垂直分量（H-Z）曲線底部垂直分量由小于背景場的極小值轉(zhuǎn)成大于背景場的拐點，以及深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線底部最深的極值點，利用搜索得到的曲線拐點和極值點對鋼筋籠的長度進(jìn)行分析判斷。如發(fā)現(xiàn)初步測量長度與設(shè)計長度不符，應(yīng)分析原因，有必要時進(jìn)行復(fù)測，確認(rèn)所測結(jié)果客觀、真實、可靠，并經(jīng)各方對測試結(jié)果進(jìn)行簽字確認(rèn)。

1.1 檢測準(zhǔn)備工作

鉆孔布置：鉆孔宜設(shè)置在距基樁外側(cè)邊緣不大于0.5m 的土中，且鉆孔中心線應(yīng)平行于樁身中心線，即孔樁距沿樁的縱向保持不變；鉆孔也可設(shè)置在灌注樁中心線的混凝土中，且鉆孔中心線應(yīng)平行于樁身中心線，并保持其垂直度偏差不超過0.5°。見圖2、圖3。

圖2 檢測前樁邊開孔

圖3 現(xiàn)場檢測

鉆孔內(nèi)徑宜大于探頭直徑。一般為60～90mm，鉆孔深度宜大于鋼筋籠底設(shè)計深度3m。

當(dāng)鉆孔周圍存在軟弱土層是，為防止孔壁坍塌堵塞探測孔，宜在鉆孔中設(shè)置PVC 管，PVC 管內(nèi)徑宜大于探頭直徑。檢查探測孔的暢通情況，井下探管應(yīng)能在全程范圍內(nèi)升降暢通。

1.2 井中磁法測量鋼筋籠長度分析

以廣州增城某項目為例，樁號左3-3，樁徑1600mm，施工記錄顯示施工樁長28.94m，鋼筋籠長度28.94m，樁邊打孔方式，采用磁法測量鋼筋籠長度。實測檢測信號如圖4、表1。

圖4 現(xiàn)場實測信號

本次共檢測左3-3 號一根樁，現(xiàn)場檢測結(jié)果表明：上述樁的樁身在一定范圍內(nèi)（詳見“表1 檢測結(jié)果”）存在實測磁場強(qiáng)度垂直（Z）分量值明顯低于或高于背景值的情況，依據(jù)規(guī)范可判定樁身設(shè)置了鋼筋籠，通過曲線極值點的位置判斷鋼筋籠長度為28.75m，與施工記錄的28.94m 相符。工程實例表明，通過磁測井法，可以有效的測出樁內(nèi)的鋼筋籠長度，從而解決工程隱患，尤其是對于無損檢測既有建筑樁基，起到防范和預(yù)警的作用。

表1 鋼筋籠長度檢測分析結(jié)果

1.3 技術(shù)小結(jié)

井中磁法測量鋼筋籠長度是有效的無損檢測方法。在實踐過程中發(fā)現(xiàn)受鉆孔和樁本身的垂直度影響，當(dāng)深度增加時，如若鉆孔和樁的距離拉大將會影響磁場感應(yīng)，對測試結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，嚴(yán)重時會使得測試失敗，因此必須采取有效措施來保證鉆孔的垂直度（垂直度偏差不超過0.5°）。

技術(shù)要點梳理如下：

鉆孔布設(shè)：鉆孔設(shè)置在距灌注樁外側(cè)邊緣不大于0.5m 的土中，條件具備時設(shè)置在灌注樁中心線的混凝土中，且鉆孔中心線應(yīng)與樁身中心線平行，且保持其垂直度偏差不超過0.5°，鉆孔深度宜大于鋼筋籠底設(shè)計深度3m。

現(xiàn)場測試：將探管放入測試孔中，以10～20cm 的采樣間隔且均勻的速度至上往下（或至下往上）對鋼筋籠的垂直方向的磁場強(qiáng)度（Z）進(jìn)行測量，記錄并繪制深度- 垂直分量（H-Z） 曲線以及深度- 垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線。

數(shù)據(jù)分析：繪制深度-垂直分量（H-Z）曲線，搜索底部垂直分量小于背景場的極小值轉(zhuǎn)成大于背景場的拐點，或者深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲線底部最深的極值點，隨后對鋼筋籠的長度進(jìn)行判斷。如發(fā)現(xiàn)初步測量長度與設(shè)計長度不符，應(yīng)分析原因，有必要時進(jìn)行復(fù)測，確認(rèn)所測結(jié)果客觀、真實、可靠，并經(jīng)各方對測試結(jié)果進(jìn)行簽字確認(rèn)。

2 結(jié)論

既有建筑的樁基礎(chǔ)受限于上部結(jié)構(gòu)，需要通過收集的設(shè)計、施工資料和現(xiàn)場勘查，評估建筑損傷與健康的程度，然而由于資料缺失以及地下室空間有限無法架設(shè)鉆機(jī)等條件限制，常規(guī)檢測方法（鉆芯法、靜載、高應(yīng)變法）使用受限，此時井中磁法測量鋼筋籠長度以推斷樁長的優(yōu)勢將極為明顯。如若基樁的鋼筋籠長度不能滿足設(shè)計要求，將會影響到樁基礎(chǔ)的承載力性狀，尤其是對既有建筑而言，將會構(gòu)成建筑物的安全隱患。本文以井中磁法測量為基礎(chǔ)，結(jié)合既有建筑樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測的工程案例，對磁法在既有建筑樁基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用進(jìn)行探討，形成了較有價值的指引和結(jié)論。