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        鋼筋籠長(zhǎng)度磁法檢測(cè)在山西某工程中的應(yīng)用

        2022-07-30 13:21:30趙幸幸梁大偉
        山西建筑 2022年15期
        關(guān)鍵詞:灌注樁測(cè)井磁場(chǎng)

        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。

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