趙幸幸，梁大偉

(山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001)

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，在城市的建設(shè)中，在道路、橋梁、廠房和高層建筑等工程中，在我國(guó)工程建設(shè)中樁基礎(chǔ)已經(jīng)成為最重要的一種基礎(chǔ)形式。由于山西地區(qū)地質(zhì)條件影響，工程中常用的樁型有預(yù)制樁和鋼筋混凝土灌注樁。灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度是按照國(guó)標(biāo)、行標(biāo)及地標(biāo)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)其上部結(jié)構(gòu)所傳遞至基礎(chǔ)的荷載大小和性質(zhì)，樁周地質(zhì)情況，地區(qū)的抗震設(shè)防烈度以及是否屬于抗拔樁、端承樁等條件計(jì)算確定的。 如果灌注樁的鋼筋籠長(zhǎng)度不滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，則會(huì)影響到整個(gè)基礎(chǔ)的抗震性能和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到整個(gè)建筑物的安全。因此，采用一種切實(shí)有效的方法檢測(cè)灌注樁的鋼筋籠長(zhǎng)度是否滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，對(duì)工程的質(zhì)量和安全是有重要的實(shí)用意義的[1]。

1 工程概況

山西某項(xiàng)目場(chǎng)地位于太原市萬(wàn)柏林區(qū)，濱河西路以西，摩天石小區(qū)以北，汾河外灘小區(qū)以南。該項(xiàng)目投資30余億元，包含A段公寓樓、B段公寓樓、C段裙樓及地下車(chē)庫(kù)，項(xiàng)目總建筑面積約24萬(wàn)m2，為太原市地標(biāo)性建筑。其中A段為地上58層,地下3層公寓樓，建筑尺寸為67 m×23 m，建筑高度195.8 m，建筑面積約為9萬(wàn)多平方米；B段為地上49層，地下3層公寓樓，建筑高度167 m，建筑尺寸67 m×23 m，建筑面積約8萬(wàn)m2；C段裙樓為地上2層～4層,地下3層。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙所示，具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 具體設(shè)計(jì)參數(shù)表

受建設(shè)單位委托，我單位27根工程樁使用磁測(cè)井法檢測(cè)。

2 地質(zhì)條件

3 磁測(cè)井法灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度檢測(cè)的原理及方法

3.1 檢測(cè)原理

混凝土灌注樁其樁身及樁周，是由不同的物質(zhì)組成的，樁身主要是混凝土和鋼筋，樁周、樁端主要是巖土體，不同的物質(zhì)具有不同的磁性，所以磁測(cè)井法是以不同磁性體的不同磁性特征為物理基礎(chǔ)，通過(guò)儀器測(cè)試測(cè)井周?chē)^大空間內(nèi)磁性體磁場(chǎng)的總和變換，用以尋找測(cè)井周?chē)?，主要是其底部的磁性體并研究其分布和規(guī)模等的一種地球物理測(cè)井方法[2]。

由于具有磁性異常的兩個(gè)不同介質(zhì)，例如鋼筋和混凝土、或者鋼筋和巖土體，在兩種介質(zhì)的分界界面上，其磁場(chǎng)垂直分量是不連續(xù)的，會(huì)出現(xiàn)突變的現(xiàn)象，同時(shí)在兩種介質(zhì)的分界界面上磁場(chǎng)垂直分量梯度將會(huì)出現(xiàn)急劇變化的極值點(diǎn)，故可根據(jù)實(shí)際檢測(cè)者磁場(chǎng)垂直分量梯度曲線底部的極值點(diǎn)位置或磁場(chǎng)垂直分量曲線底部的突變位置，綜合判別兩種不同介質(zhì)的分界面。

磁測(cè)井法的研究目的是檢測(cè)鋼筋籠長(zhǎng)度，我們測(cè)量研究的對(duì)象是鋼筋籠形成的磁異常即磁場(chǎng)垂直分量，而鋼筋籠底部的上下端面就是一個(gè)磁性介質(zhì)的分界面，可以分析實(shí)測(cè)磁場(chǎng)垂直分量來(lái)進(jìn)行判別。鋼筋籠長(zhǎng)度磁測(cè)井法檢測(cè)就是通過(guò)在測(cè)試孔(基樁內(nèi)部或者附近的)中檢測(cè)基樁內(nèi)或附近磁場(chǎng)垂直分量沿深度方向受鋼筋分布影響的變化，同時(shí)結(jié)合一定的數(shù)據(jù)分析和處理方法，從而對(duì)樁身內(nèi)鋼筋籠的埋設(shè)深度、長(zhǎng)度進(jìn)行判定[3]。

3.2 檢測(cè)條件及方法

鋼筋籠長(zhǎng)度檢測(cè)通過(guò)前述原理分析，其應(yīng)滿足以下條件：

1)受檢樁中及樁周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)除鋼筋籠外，應(yīng)無(wú)連續(xù)鐵磁性體干擾。

2)檢測(cè)探頭傳感器必須通過(guò)測(cè)試通道接收磁感應(yīng)信號(hào)，因此必須在樁內(nèi)或樁周?chē)@孔，且保證鉆孔通暢。如果測(cè)試孔深度范圍內(nèi)存在較厚的軟弱土層、砂層、卵礫石層時(shí)，可能會(huì)發(fā)生塌孔使傳感器無(wú)法到達(dá)孔底，或?qū)鞲衅髀裼诳椎谉o(wú)法取出，因此對(duì)上述地層，有必要設(shè)置PVC管護(hù)孔，防止塌孔。為防止管底返砂堵孔，PVC管宜封底。為保證傳感器在PVC管中順暢通行，PVC管內(nèi)徑宜為60 mm～90 mm。采用磁測(cè)井法進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試孔內(nèi)如有地下水、泥漿、水泥漿等非鐵磁性物質(zhì)時(shí)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果無(wú)影響。

3)鉆孔應(yīng)保證足夠的垂直度，與鋼筋籠水平距離不應(yīng)大于0.5 m。

測(cè)試孔底標(biāo)高應(yīng)低于鋼筋籠設(shè)計(jì)底標(biāo)高至少3 m，這樣可以保證測(cè)試到清晰有效的磁異常數(shù)據(jù)，該段內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值可作為背景場(chǎng)值。放置探頭由下至上采樣，采樣步距設(shè)置過(guò)大，會(huì)造成測(cè)試結(jié)果分辨率降低，增大誤差，因此采樣步距不應(yīng)大于25 cm；采樣步距設(shè)置過(guò)小，則加大了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作量。一般采用10 cm～25 cm的采樣步距既能保證一定的測(cè)試精度，又能減少現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)間，可避免采樣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)發(fā)生塌孔，提高工作效率。武漢巖海工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的RS-RBMT鋼筋籠長(zhǎng)度磁法測(cè)試儀為本次檢測(cè)設(shè)備。

4 磁測(cè)井法灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度檢測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)及分析判斷

本項(xiàng)目開(kāi)始前，根據(jù)本項(xiàng)目地勘資料并結(jié)合周邊已有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，地表巖土層以粉土、粉黏、砂層為主，場(chǎng)地周邊樁長(zhǎng)范圍內(nèi)以及樁端以下一定深度內(nèi)，不存在磁性較強(qiáng)的巖石層。另根據(jù)場(chǎng)地歷史上的使用功能，其地表以下10 m深度范圍內(nèi)，沒(méi)有人類(lèi)活動(dòng)的構(gòu)筑物或者強(qiáng)磁性人造物質(zhì)，故場(chǎng)地不存在較強(qiáng)的干擾磁場(chǎng)，采用磁測(cè)井法檢測(cè)灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度理論上是可行的。

根據(jù)前述檢測(cè)原理及檢測(cè)條件，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，本次灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度檢測(cè)主要技術(shù)難點(diǎn)在于以下兩個(gè)方面：1)主樓的灌注樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，換言之，如何保證測(cè)試鉆孔與鋼筋籠的水平距離滿足要求；2)如何根據(jù)已有的測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷鋼筋籠端部位置，換言之如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析判斷。

4.1 鉆孔垂直度

本項(xiàng)目A段公寓樓、B段公寓樓樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，故檢測(cè)工作先在地庫(kù)短樁中開(kāi)展，地庫(kù)短樁檢測(cè)完成后，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)且數(shù)據(jù)一致性較好后，再在主樓中開(kāi)展檢測(cè)工作。本項(xiàng)目在鉆孔成孔過(guò)程中，主要采取了以下措施保證其垂直度，以減小對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響。

1)在鉆孔位置選擇上，盡量選擇在遠(yuǎn)離周?chē)渌嘧兜囊粋?cè)進(jìn)行鉆孔，鉆孔的位置應(yīng)盡量貼近灌注樁樁側(cè)，這樣既能保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的單一性，不受其他周?chē)鷺痘母蓴_，也能盡可能減小鉆孔與鋼筋籠的水平距離。

2)鉆孔就位前對(duì)支撐鉆機(jī)的地面位置進(jìn)行夯填加固處理和抄平，以保證鉆機(jī)下部地基土的均勻性，避免鉆進(jìn)過(guò)程中由于鉆機(jī)支座的不均勻沉降而導(dǎo)致了鉆孔垂直度的偏差。此外，鉆機(jī)安裝就位后，對(duì)其鉆探面及鉆具垂直度進(jìn)行校正，保證鉆機(jī)的垂直度。

3)鉆機(jī)采用的鉆頭、鉆桿、接頭等設(shè)備，提前都檢查其垂直度和平整性，如果發(fā)現(xiàn)有鉆桿彎曲、鉆頭磨損不對(duì)稱(chēng)的設(shè)備，堅(jiān)決不能用于項(xiàng)目檢測(cè)。

4)鉆進(jìn)過(guò)程中，各鉆桿連接絲扣的間隙，接頭處的間隙，一定擰到底，不能有空隙。鉆速不能過(guò)快，尤其是在軟硬層交界面處，應(yīng)保證勻速鉆進(jìn)。

地庫(kù)檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)反映，其測(cè)試數(shù)據(jù)一致性較好，鉆孔垂直度基本都能很好的保證，在預(yù)估的樁端附近，都能準(zhǔn)確的測(cè)試出特征曲線的變化。后進(jìn)行主樓的檢測(cè)，鉆孔通過(guò)更加嚴(yán)格的采取上述控制手段，其鉆孔垂直度總體是比較滿意的，但也發(fā)生了個(gè)別鉆孔垂直度偏差較大，測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)法判定的情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在受檢樁周?chē)匦虏贾勉@孔后，再次測(cè)試后，檢測(cè)數(shù)據(jù)比較滿意。

4.2 數(shù)據(jù)的分析判斷

所有的檢測(cè)工作其最后的結(jié)果都是進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析判斷。由于該檢測(cè)屬于非損傷間接手段進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析判斷顯得更加重要。

1)根據(jù)山西省地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ04/T 395—2019灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度磁測(cè)井法檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，可以采取兩種曲線特征進(jìn)行判斷：根據(jù)深度-磁場(chǎng)垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲線，取h-dZ/dh曲線底部最深的明顯極值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的深度位置；或根據(jù)深度-磁場(chǎng)垂直分量(h-Z)曲線，取h-Z曲線底部磁場(chǎng)垂直分量由小于背景場(chǎng)的極小值轉(zhuǎn)成大于背景場(chǎng)的拐點(diǎn)(斜率最大處)所對(duì)應(yīng)的深度位置。經(jīng)過(guò)分析研究證實(shí)，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中深度-磁場(chǎng)垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲線dZ/dh值的靈敏度較高，深度-垂直分量(h-Z)曲線的Z分量拐點(diǎn)位置判讀難度相對(duì)較大，故在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)該結(jié)合h-Z曲線和h-dZ/dh曲線綜合判定檢測(cè)的數(shù)據(jù)。

2)對(duì)于絕大多數(shù)鉆孔垂直度較高、探頭與鋼筋籠水平距離較近、鋼筋籠主筋直徑大數(shù)量多、灌注樁長(zhǎng)徑比不大的灌注樁，其上述測(cè)試曲線的變化特征是比較明顯的，可以通過(guò)h-Z曲線底部磁場(chǎng)垂直分量的拐點(diǎn)或者h(yuǎn)-dZ/dh曲線底部最深的明顯極值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的深度位置進(jìn)行判斷。但是對(duì)于測(cè)試曲線變化特征不明顯的曲線，其判斷就較困難，這時(shí)應(yīng)該分析可能導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的具體原因，采取具體的針對(duì)處理措施，來(lái)保證測(cè)試準(zhǔn)確性。例如對(duì)樁徑較大、樁長(zhǎng)較長(zhǎng)、主筋較多的灌注樁進(jìn)行檢測(cè)，如果樁外鉆孔垂直度較難保證，可考慮在樁體內(nèi)進(jìn)行鉆孔；對(duì)于地層或者巖性或者有磁干擾的比較復(fù)雜的場(chǎng)地，可以在場(chǎng)地試樁施工時(shí)就開(kāi)展檢測(cè)，建立相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以進(jìn)行工程樁對(duì)比分析；樁長(zhǎng)較短、樁徑較小的灌注樁，如果反復(fù)鉆孔測(cè)試后其數(shù)據(jù)一致性不好，則可以配合采用鉆芯取樣法或者電測(cè)法等手段補(bǔ)充。

3)項(xiàng)目開(kāi)始前，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，確定本檢測(cè)方法的實(shí)用性。如果屬于超長(zhǎng)樁，鉆孔垂直度很難保證，則該檢測(cè)方法不一定適用。如果樁間距過(guò)密，例如基坑支護(hù)樁，則由于相互的干擾，該方法也不一定適用。

本項(xiàng)目地庫(kù)測(cè)試的15根工程樁，其測(cè)試的深度-磁場(chǎng)垂直分量(h-Z)曲線，在預(yù)估的樁端附近均有明顯的拐點(diǎn)出現(xiàn)，且其深度-磁場(chǎng)垂直分量梯度(h-dZ/dh)曲線都在相應(yīng)的位置有明顯的極值點(diǎn)。故測(cè)試很成功，根據(jù)與施工記錄等資料的對(duì)比，其測(cè)試準(zhǔn)確度較高。本項(xiàng)目2個(gè)主樓的各6根工程樁共2組測(cè)試數(shù)據(jù)，其中10組數(shù)據(jù)的一致性較好，在預(yù)估的樁端附近，出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)和極值點(diǎn)，能夠做出判斷，但在其中某個(gè)主樓某2組測(cè)試數(shù)據(jù)，其極值點(diǎn)出現(xiàn)不明顯，拐點(diǎn)位置更是無(wú)法確定，后結(jié)合地勘資料，綜合分析地層情況，可能是由于局部地層情況導(dǎo)致孔位偏差較大，垂直度較難控制，故檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確的反映工程實(shí)際。后在該受檢樁周?chē)俅尾贾勉@孔，重新進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)試數(shù)據(jù)較好，在預(yù)估樁端位置出現(xiàn)相應(yīng)的拐點(diǎn)和極值點(diǎn)，準(zhǔn)確的反映了工程實(shí)際。

4.3 檢測(cè)結(jié)論

依據(jù)DBJ04/T 395—2019灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度磁測(cè)井法檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第5.0.3條規(guī)定：本次檢測(cè)A段公寓樓6根樁均在50.00 m處明顯看到磁場(chǎng)Z分量值產(chǎn)生明顯異變，根據(jù)鋼筋籠接頭處磁場(chǎng)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，判斷為鋼筋籠底部特征；B段公寓樓6根樁均在45.00 m處明顯看到磁場(chǎng)Z分量值產(chǎn)生明顯異變，根據(jù)鋼筋籠接頭處磁場(chǎng)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，判斷為鋼筋籠底部特征；C段裙樓及地下車(chē)庫(kù)15根樁分別在28.75 m,28.25 m,28.00 m,27.00 m處明顯看到磁場(chǎng)Z分量值產(chǎn)生明顯異變，根據(jù)鋼筋籠接頭處磁場(chǎng)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，判斷為鋼筋籠底部特征。

5 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)27根工程樁的磁測(cè)井法檢測(cè)結(jié)果，依據(jù)DBJ04/T 395—2019灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度磁測(cè)井法檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第5.0.3條規(guī)定：A段公寓樓6根樁鋼筋籠長(zhǎng)度為50.00 m；B段公寓樓6根樁鋼筋籠長(zhǎng)度為45.00 m；C段裙樓及地下車(chē)庫(kù)15根樁鋼筋籠長(zhǎng)度為27.00 m。本項(xiàng)目灌注樁鋼筋籠程度滿足要求。

2)根據(jù)以上的檢測(cè)結(jié)果，說(shuō)明磁測(cè)井法測(cè)試灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度在滿足一定的檢測(cè)條件下，其是一種切實(shí)可行的檢測(cè)手段，可以在工程中應(yīng)用和推廣。