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1、吴俐峰等:应用磁测技术检测灌注桩钢筋笼长度第10卷 第1期 应用磁测技术检测灌注桩钢筋笼长度 吴俐峰1 钟庆华2 陈 军3 葛双成4 (1 杭州市城建设计研究院有限公司 浙江杭州 310001) (2 浙江省地球物理地球化学勘查院 浙江杭州 310005) (3 同济大学海洋与地球科学学院 上海 200092) (4 浙江省水利水电工程质量监督检验站 浙江杭州 310020) 摘 要:本文简述了磁力技术检测钢筋笼长度的原理及其方法,并给出了某钻孔灌注桩钢筋笼长度检测应用实例。 关键词:灌注桩 钢筋笼 磁力梯度 检测 1 概述 灌注桩由于其竖向承载能力高、 对软土地区的 适应性好,在高层、 小高
2、层建筑,设防烈度较高区域 的重要性建筑及地质情况较差的市政工程中应用广 泛。 灌注桩的钢筋笼长度是根据荷载特征(如竖向 荷载的大小和偏心距、 水平荷载的大小及其变化特 征、 拔荷载的大小等)、 桩周土物理力学性质、 建筑物 抗震设防烈度以及侧阻、 端阻承载性状等因素综合 确定的。钢筋笼对于灌注桩抗拉、 抗弯、 土层差异较 大时承受地震波速差异引起的水平荷载、 桩身的裂 缝控制等起到关键性的作用。特别对于抗拔桩和 一、 二级裂缝控制等级的桩,钢筋笼的作用尤其重 要。如果钢筋笼长度不能满足设计要求,将导致桩 身在承受荷载作用过程中产生破坏,从而严重影响 桩基稳定性和抗震性能,使建筑物安全性降低,不
3、能 满足其承受设计荷载的要求。本文就如何对已成桩 的灌注桩钢筋笼长度进行检测的问题进行探讨,以 避免因钢筋笼长度不满足设计要求而影响建筑物安 全性。 最直接的钢筋笼检测方法是开挖验证。但是对 于桩长达数十米,桩径达8001000mm以上的混 凝土灌注桩来说,开挖验证难度很大。人们尝试使 用各种无损检测手段来检测钢筋笼的长度。由于钢 筋笼与混凝土、 桩周岩土之间存在明显的磁性差异, 故磁力梯度测试是一种可供选择应用的方法,且具 有下列优点: (1)检测设备简单便捷,能够准确反 映小范围、 近距离内磁性物体异常变化; (2)梯度 量有正负之分,通过正负数值的增大或减小进行判 别,判据确凿。但这是一
4、种井中物探技术,需要事 先钻探成孔。 2 方法原理 钢筋笼是由数根较粗的主筋和按一定间距缠绕 绑扎的细箍筋构成的。在地磁场作用下,钢筋笼将 产生感应磁场。钢筋笼上的感应磁场可以分别按主 筋与箍筋计算和叠加,其强度与测试距离和钢筋笼 等铁磁性物质数量有关。 假设钢筋笼主筋为无限长线状体,在与钢筋笼 主筋平行方向上,可以推导出一根主筋的磁感应强 度公式为: Z = B丄kS/2 L2 式中:B丄为垂直方向地磁场强度; k为主筋的磁化 率; S为主筋横截面积; L为测点与主筋的垂直距 离。这里假设有效磁化倾角为90 。 由上面公式可以看出,主筋磁感应强度大小与 主筋间距的平方成反比,与主筋面积成正比
5、。在钢 筋笼主筋平行方向上,磁感应强度为定值,因此其梯 度值为零。 对于有限长钢筋笼中的主筋,可以用有限元积 分近似计算其磁感应强度大小。在钢筋笼端部,随 着与钢筋笼的远离,磁感应强度迅速衰减,直到减至 背景地磁场大小。对于箍筋同样也可以用线元法近 似计算其磁感应强度大小。在与螺线轴线近距离平 行方向上,感应磁场的大小呈周期变化。根据关系 式可计算出基桩钢筋笼旁侧磁梯度 Z随深度( z) 的理论变化曲线,其形态如下图所示。 由于桩内钢筋笼具有铁磁性,磁梯度探测钢筋 23 2009年2月地质装备 图1 磁力梯度测试钢筋笼长度原理示意图 笼长度就是利用磁梯度探头在桩侧附近的钻孔中测 出磁梯度值(Z
6、)随标高变化的曲线,依据曲线特 征判定钢筋笼顶底深度,由此确定钢筋笼的长度。 3 工程应用实例 根据某高速公路工程建设指挥部要求,需对部 分灌注桩钢筋长度进行核查和确认。施工单位提供 资料显示,本次所检桩钢筋笼均全长配筋。根据现 场情况,选取了磁力梯度测试方法来检测其长度。 首先,在委托方选择的桩位旁侧进行钻孔,钻孔 深度为桩底以下35m ,成孔后下PVC塑料套管护 壁。塑料套管内径选用70mm ,以保证磁梯度探头 可以顺畅上下。然后,将磁探头放入孔底,记下放入 深度,向上以0. 5m间距在钻孔中进行探测,为确保 测读数据准确、 可靠,对同一钻孔自下而上的测点进 行重复读数,本次各成果图均采用
7、自下而上的数据。 本次探测使用仪器为重庆地质仪器厂生产的 CCT23磁探仪。该仪器面板液晶显示,适用磁场范 围 60000nT5 % ,磁场梯度测量范围 2000nT 2 % ,模 拟 通 道 外 接 数 字 表 读 数,对 应 比 值 为 1000nT/ V ,可测读 20000nT。平行误差 10 nT , 转向误差 10 nT ,测读分辨率为0. 1nT/字。 根据磁梯度测试资料分析: (1)1423号桩根据磁探Z分量梯度曲线在标高 - 41. 23- 42. 73m磁梯度异常明显,判断为钢筋 笼底部位置,由此推断钢筋笼底标高为- 42. 73m , 钢筋笼长度为47. 53m。根据施工
8、单位提供资料, 在标高- 37. 59- 40. 89m为溶洞扩孔位置,根 据磁探Z分量梯度曲线,在此标高处无磁梯度异 常,说明该位置岩溶处理部位无钢护筒。因此该 桩钢筋笼比设计短0. 27m ,钢筋笼长度基本与设 计相符。 (2)15 - 3号桩据磁探Z分量梯度曲线在标高 - 30. 79m以上磁梯度异常明显,判断为钢筋笼底 部位置,由此推断钢筋笼底标高为- 30. 79m ,钢筋 笼长度为35. 59m。根据施工单位的资料,比设计短 0. 21m ,钢筋笼长度基本与设计相符。 4 结论与建议 钻孔灌注桩的钢筋笼下放和混凝土浇筑等施工 程序、 磁力梯度测试原理及实际工程的检测表明,磁 力梯度法可应用于灌注桩钢筋笼长度检测。在所述 工程实例中,2根指定桩的钢筋笼长度检测结果比 设计短0. 210. 27m ,基本符合设计要求。 由于钢筋焊接情况会影响梯度曲线的形态,在 实际检测和曲线解释中应加以注意。不同工地的钢 筋材料差异也会对磁场梯度有一定影响,故应针对 不同工地特点及所测得的磁场梯度形态正确解释。 此外,由于钢筋笼长度检测的影响因素较多,建议必 要时采用综合方法进行检测。 (收稿日期:2008年9月27日) 33
