陳 挺

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

在當(dāng)前各種工程建設(shè)中,灌注樁作為一種建筑物基礎(chǔ)被廣泛應(yīng)用。灌注樁中的鋼筋籠是根據(jù)水平荷載、彎矩、樁周土情況、抗震以及抗拔、樁端支承要求等方面確定的,對改善樁的抗彎、抗拉性能起著舉足輕重的作用。若配筋不足、鋼筋籠長度達(dá)不到設(shè)計要求,將嚴(yán)重影響灌注樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和抗震性能,成為建筑物的安全隱患。灌注樁施工屬隱蔽工程,并且鋼筋籠的長度直接關(guān)系到工程的質(zhì)量。因此成樁后的灌注樁鋼筋籠檢測逐漸被各建設(shè)單位所重視。

灌注樁鋼筋籠檢測由鋼筋籠長度檢測及鋼筋數(shù)量檢測2部分組成。目前檢測技術(shù)的研究應(yīng)用,主要集中在鋼筋籠長度檢測上,主要使用的有電法和磁法兩類方法[1].,至今國內(nèi)尚未制訂統(tǒng)一的檢測規(guī)范,僅江蘇省出臺了地方性規(guī)范(DGJ32/TJ 60—2007灌注樁鋼筋籠長度檢測技術(shù)規(guī)程)。鋼筋數(shù)量檢測尚在起步階段。

2 電法、磁法探測技術(shù)簡介

2.1 電法探測

電法探測是通過測量探測孔中不同深度處電場強(qiáng)度來評判鋼筋籠長度的方法[2].。樁基中的鋼筋籠是良好的導(dǎo)電體,而包圍在鋼筋籠周邊的混凝土及巖土則是高電阻介質(zhì)。當(dāng)在鋼筋籠上連接一個直流電源,鋼筋籠便成為一個近似等電位的帶電體,在鋼筋籠周圍形成一個穩(wěn)定的電場。距離鋼筋籠越近,電位越高,反之亦然。檢測時在檢測樁近旁或樁中、平行于樁體進(jìn)行鉆孔,設(shè)置探測孔進(jìn)行電法探測,依據(jù)電場強(qiáng)度來判斷鋼筋籠的長度。

2.2 磁法探測

磁法探測是利用物質(zhì)的磁性差異進(jìn)行探測的方法。在地球表面存在一個天然磁場,即“地磁場”。鋼筋屬于鐵磁性物質(zhì),鋼筋籠在地磁場中受磁化而形成附加磁場。附加磁場與地磁場疊加,使灌注樁附近的磁場強(qiáng)度發(fā)生變化。因此在樁中或樁旁鉆孔,設(shè)置探測孔,測量孔中不同深度的磁場強(qiáng)度即可評判鋼筋籠長度。

兩種方法都需在樁中或樁邊鉆孔,設(shè)置探測孔?？咨钚璩^鋼筋籠底端一定深度。不同的是電法測量的是電場強(qiáng)度 (電位),檢測儀器為電位計及測量電極;而磁法測量的是磁場強(qiáng)度(磁通量),檢測儀器為磁強(qiáng)儀及磁通量傳感器。根據(jù)現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)即可繪測深度～電位曲線或深度～磁通量曲線。為了便于分析,常常通過計算電位梯度或磁通量梯度值,繪制深度～電位梯度曲線或深度～磁通量梯度曲線。

3 電法、磁法探測比較

灌注樁鋼筋籠長度探測試驗工作基本依據(jù)江蘇省DGJ32/TJ 60—2007規(guī)程,同時參考其它有關(guān)資料進(jìn)行。以溫州瑞安、永嘉某工程灌注樁25D7#、A282#為例介紹電法、磁法探測。磁法試驗采用RS-RBMT鋼筋籠長度磁法測試儀;電法試驗采用MRS-F型覆蓋式高密度電阻率測量系統(tǒng),現(xiàn)場測試電壓為150～200 V。

3.1 25D7樁

25D7樁位于永嘉甌江岸邊灘地上,樁徑 Φ800 mm,樁長29.5m,采用16Φ18鋼筋籠,全長配筋。探測前在距離樁側(cè)面約0.5m處鉆一探測孔。磁法、電法探測結(jié)果如下:

(1)在磁法探測中,獲得了深度(L)～磁通量垂直分量 (ZH)曲線,及由ZH值計算所得的深度(L)～磁通量梯度 (dZH/dL)曲線 (見圖1)。由圖1中可見:在深度3.0,11.7,20.2,29.0m ZH值產(chǎn)生異常,dZH/dL出現(xiàn)極值。這些異常深度間距在8.5～8.8m,與1根鋼筋長度(9 m)相近。由于灌注樁鋼筋籠縱向主筋是由幾根鋼筋搭接而成,搭接處鋼筋截面發(fā)生變化,磁場強(qiáng)度亦相應(yīng)改變。由此判斷該樁鋼筋籠主筋由4節(jié)構(gòu)成,其中最深處異常(29.0 m)即為鋼筋籠端部,其余異常處為主筋搭接處。在深度(L)～磁通量垂直分量(ZH)曲線中,該樁頂部ZH值較底部反映明顯強(qiáng)烈,探測孔與該樁鋼筋籠之間平行度較差,由上到下距離逐漸由近變遠(yuǎn)。圖中3.0～11.7m段由于受鋼筋籠加密筋等因素影響,曲線形態(tài)較為復(fù)雜。對比可見:磁通量梯度極值點(diǎn)較磁通量極值點(diǎn)反應(yīng)明顯,較易判別。兩者在深度上有微小差異,這是由于梯度計算方法所造成。

圖1 25D7樁深度 (L)～磁通量垂直分量 (H)、深度～磁通量梯度曲線圖

(2)圖2為電法探測所得曲線。圖中展示了深度(L)～電位(V)曲線及深度(L)～電位梯度(dV/dL)曲線。從L～ V曲線可見:-12～-27m段電位絕對值逐漸降低,變化較平緩;-27～-31m段電位變化激烈。從L～dV/dL曲線看,-29.5m處出現(xiàn)極值,反映鋼筋籠等電位體電場出現(xiàn)轉(zhuǎn)折,判斷深度-29.5 m處為鋼筋籠底端。從理論上講:除電位變化激烈段外,-12～-27m段曲線應(yīng)該近似水平,本樁中出現(xiàn)電位絕對值逐漸降低狀況是探測孔與鋼筋籠距離不平行的反映。本樁電位絕對值逐漸降低,表明由上到下距離逐漸變遠(yuǎn)。磁法、電法探測反映鋼筋籠底端深度分別為-29.5,-29.0m處,兩者誤差0.5m,在允許范圍之內(nèi)。

圖2 25D7深度～電位～電位梯度曲線

3.2 A282樁

A282樁樁位于瑞安飛云江邊,樁徑 Φ800 mm,長25.0 m,采用18Φ18鋼筋籠,全長配筋。探測孔距離樁側(cè)面約0.5m。磁法、電法測試結(jié)果如下:

3.2.1 磁法檢測結(jié)果

磁法檢測結(jié)果見圖3。

從圖3可見:在深度1.7,7.7,16.5,25.0 m處出現(xiàn)明顯異常,磁通量梯度出現(xiàn)極值。反映了該樁的鋼筋籠主筋由4節(jié)組成,間距由上而下分別為6.0,8.8,8.5 m,底端2節(jié)間距和一根鋼筋長度(9m)基本吻合。從鋼筋籠磁場強(qiáng)度變化看,樁頂部較底部反映明顯偏弱,反映鉆探孔離該樁鋼筋籠距離頂部較遠(yuǎn),底部較近,探測孔存在傾斜。

圖3 28D2樁深度 (L)～磁通量垂直分量(H)、深度～磁通量梯度曲線圖

3.2.2 電法檢測結(jié)果

電法檢測結(jié)果見圖4。

圖4 A282深度～電位～電位梯度曲線圖

從圖4可見:在-23～-27 m段電位急劇變化,電位梯度-25.0m處出現(xiàn)極值,與磁法顯示的鋼筋籠底端相一致。在L～V曲線6.5～23.0m段,電位絕對值逐漸升高,與25D7樁情況相反,這是探測孔與鋼筋籠距離逐漸由遠(yuǎn)變近的反映,與磁法反映相一致。

4 電法探測時的電位梯度現(xiàn)場直接檢測方法

由上述探測實例可見,電法探測時獲得的深度(L)～電位(V)曲線,鋼筋籠底端位置反應(yīng)不明晰,要在室內(nèi)計算出電位梯度值后,才能清晰地確定鋼筋籠底端位置。用試驗來證明,能否在探測現(xiàn)場直接測得電位梯度(dV/dL)值:

選用2個管型素陶瓷不極化電極,構(gòu)成測量組。素陶瓷瓶外徑2 cm,長15 cm,里面灌有飽和硫酸銅溶液。檢測時2個不極化電極間距為50 cm,放入檢測孔中,測讀它們之間的電位差。每間隔20 cm測讀1次,所得的即為電位梯度值(放大dL倍)。在上述25D7樁、A282樁上進(jìn)行了試驗,所得深度 (L)～電位梯度 (dV/dL)曲線見圖5、6:

圖5 25D7深度～電位梯度(L～dV/d L)曲線圖

圖6 A282深度～電位梯度 (L～dV/dL)曲線圖

測試結(jié)果顯示:25D7樁在-29.5m處電位梯度產(chǎn)生明顯異常;A282樁在-25.0 m處出現(xiàn)電位梯度異常,和之前的電法、磁法所得成果一致。表明這種裝置布置方法是可行的,實現(xiàn)了現(xiàn)場迅速判讀鋼筋籠底端位置的目的,減輕了室內(nèi)分析的工作量。

5 結(jié) 語

(1)試驗可見:電法、磁法探測鋼筋籠底部位置的結(jié)論是一致的。主要差別在于磁法能夠了解鋼筋籠主筋搭接處的位置,而電法不能。

(2)試驗表明,電法或者磁法探測均受探測孔與鋼筋籠距離影響。當(dāng)傳感器與鋼筋籠距離較遠(yuǎn)時,電場、磁場異常靈敏度降低,因此探測孔應(yīng)盡量靠近被檢測樁。

(3)通過磁場強(qiáng)度或電場強(qiáng)度的變化,可以判斷探測孔與樁體 (或鋼筋籠)間距變化的情況。當(dāng)探測孔與樁體鋼筋籠距離逐漸變遠(yuǎn)時,磁場、電場強(qiáng)度絕對值逐步減弱;反之,絕對值逐步增強(qiáng)。

(4)梯度法受探測孔與鋼筋籠間距變化影響相對較小,有利于判別。電法探測時,采用2個不極化電極直接測讀電位梯度,有利于在現(xiàn)場快速判定試驗結(jié)果,減少室內(nèi)工作量。

[1].萬浩明,葉智勇.鉆孔灌注樁鋼筋籠長度的無損檢測方法[J]..物探和化探,1999,23(2):146-149.

[2].董平,潘衛(wèi)育,趙瑋,等.灌注樁鋼筋籠的充電電場特征研究[J]..地球物理學(xué)進(jìn)展,2007,22(2):652-656.