陳 挺

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問(wèn)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(duì)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(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(cè)逐漸被各建設(shè)單位所重視。

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

2 電法、磁法探測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 電法探測(cè)

電法探測(cè)是通過(guò)測(cè)量探測(cè)孔中不同深度處電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)評(píng)判鋼筋籠長(zhǎng)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(gè)直流電源,鋼筋籠便成為一個(gè)近似等電位的帶電體,在鋼筋籠周圍形成一個(gè)穩(wěn)定的電場(chǎng)。距離鋼筋籠越近,電位越高,反之亦然。檢測(cè)時(shí)在檢測(cè)樁近旁或樁中、平行于樁體進(jìn)行鉆孔,設(shè)置探測(cè)孔進(jìn)行電法探測(cè),依據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)判斷鋼筋籠的長(zhǎng)度。

2.2 磁法探測(cè)

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

兩種方法都需在樁中或樁邊鉆孔,設(shè)置探測(cè)孔。孔深需超過(guò)鋼筋籠底端一定深度。不同的是電法測(cè)量的是電場(chǎng)強(qiáng)度 (電位),檢測(cè)儀器為電位計(jì)及測(cè)量電極;而磁法測(cè)量的是磁場(chǎng)強(qiáng)度(磁通量),檢測(cè)儀器為磁強(qiáng)儀及磁通量傳感器。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)即可繪測(cè)深度～電位曲線或深度～磁通量曲線。為了便于分析,常常通過(guò)計(jì)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(cè)比較

灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度探測(cè)試驗(yàn)工作基本依據(jù)江蘇省DGJ32/TJ 60—2007規(guī)程,同時(shí)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(cè)。磁法試驗(yàn)采用RS-RBMT鋼筋籠長(zhǎng)度磁法測(cè)試儀;電法試驗(yàn)采用MRS-F型覆蓋式高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(zhǎng)29.5m,采用16Φ18鋼筋籠,全長(zhǎng)配筋。探測(cè)前在距離樁側(cè)面約0.5m處鉆一探測(cè)孔。磁法、電法探測(cè)結(jié)果如下:

(1)在磁法探測(cè)中,獲得了深度(L)～磁通量垂直分量 (ZH)曲線,及由ZH值計(jì)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(zhǎng)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(chǎng)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(cè)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(duì)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(jì)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(cè)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(duì)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(chǎng)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(duì)值逐漸降低狀況是探測(cè)孔與鋼筋籠距離不平行的反映。本樁電位絕對(duì)值逐漸降低,表明由上到下距離逐漸變遠(yuǎn)。磁法、電法探測(cè)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(zhǎng)25.0 m,采用18Φ18鋼筋籠,全長(zhǎng)配筋。探測(cè)孔距離樁側(cè)面約0.5m。磁法、電法測(cè)試結(jié)果如下:

3.2.1 磁法檢測(cè)結(jié)果

磁法檢測(cè)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(zhǎng)度(9m)基本吻合。從鋼筋籠磁場(chǎng)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(cè)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(cè)結(jié)果

電法檢測(cè)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(duì)值逐漸升高,與25D7樁情況相反,這是探測(cè)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(cè)時(shí)的電位梯度現(xiàn)場(chǎng)直接檢測(cè)方法

由上述探測(cè)實(shí)例可見,電法探測(cè)時(shí)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(jì)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(yàn)來(lái)證明,能否在探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)得電位梯度(dV/dL)值:

選用2個(gè)管型素陶瓷不極化電極,構(gòu)成測(cè)量組。素陶瓷瓶外徑2 cm,長(zhǎng)15 cm,里面灌有飽和硫酸銅溶液。檢測(cè)時(shí)2個(gè)不極化電極間距為50 cm,放入檢測(cè)孔中,測(cè)讀它們之間的電位差。每間隔20 cm測(cè)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(yàn),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(cè)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(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)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(yǔ)

(1)試驗(yàn)可見:電法、磁法探測(cè)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(yàn)表明,電法或者磁法探測(cè)均受探測(cè)孔與鋼筋籠距離影響。當(dāng)傳感器與鋼筋籠距離較遠(yuǎn)時(shí),電場(chǎng)、磁場(chǎng)異常靈敏度降低,因此探測(cè)孔應(yīng)盡量靠近被檢測(cè)樁。

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

(4)梯度法受探測(cè)孔與鋼筋籠間距變化影響相對(duì)較小,有利于判別。電法探測(cè)時(shí),采用2個(gè)不極化電極直接測(cè)讀電位梯度,有利于在現(xiàn)場(chǎng)快速判定試驗(yàn)結(jié)果,減少室內(nèi)工作量。

[1].萬(wàn)浩明,葉智勇.鉆孔灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度的無(wú)損檢測(cè)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(chǎng)特征研究[J]..地球物理學(xué)進(jìn)展,2007,22(2):652-656.