灌注桩钢筋笼长度探测技术的应用

陈 挺

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

在当前各种工程建设中,灌注桩作为一种建筑物基础被广泛应用。灌注桩中的钢筋笼是根据水平荷载、弯矩、桩周土情况、抗震以及抗拔、桩端支承要求等方面确定的,对改善桩的抗弯、抗拉性能起着举足轻重的作用。若配筋不足、钢筋笼长度达不到设计要求,将严重影响灌注桩基础的稳定性和抗震性能,成为建筑物的安全隐患。灌注桩施工属隐蔽工程,并且钢筋笼的长度直接关系到工程的质量。因此成桩后的灌注桩钢筋笼检测逐渐被各建设单位所重视。

灌注桩钢筋笼检测由钢筋笼长度检测及钢筋数量检测2部分组成。目前检测技术的研究应用,主要集中在钢筋笼长度检测上,主要使用的有电法和磁法两类方法[1].,至今国内尚未制订统一的检测规范,仅江苏省出台了地方性规范(DGJ32/TJ 60—2007灌注桩钢筋笼长度检测技术规程)。钢筋数量检测尚在起步阶段。

2 电法、磁法探测技术简介

2.1 电法探测

电法探测是通过测量探测孔中不同深度处电场强度来评判钢筋笼长度的方法[2].。桩基中的钢筋笼是良好的导电体,而包围在钢筋笼周边的混凝土及岩土则是高电阻介质。当在钢筋笼上连接一个直流电源,钢筋笼便成为一个近似等电位的带电体,在钢筋笼周围形成一个稳定的电场。距离钢筋笼越近,电位越高,反之亦然。检测时在检测桩近旁或桩中、平行于桩体进行钻孔,设置探测孔进行电法探测,依据电场强度来判断钢筋笼的长度。

2.2 磁法探测

磁法探测是利用物质的磁性差异进行探测的方法。在地球表面存在一个天然磁场,即“地磁场”。钢筋属于铁磁性物质,钢筋笼在地磁场中受磁化而形成附加磁场。附加磁场与地磁场叠加,使灌注桩附近的磁场强度发生变化。因此在桩中或桩旁钻孔,设置探测孔,测量孔中不同深度的磁场强度即可评判钢筋笼长度。

两种方法都需在桩中或桩边钻孔,设置探测孔。孔深需超过钢筋笼底端一定深度。不同的是电法测量的是电场强度 (电位),检测仪器为电位计及测量电极;而磁法测量的是磁场强度(磁通量),检测仪器为磁强仪及磁通量传感器。根据现场采集到的数据即可绘测深度～电位曲线或深度～磁通量曲线。为了便于分析,常常通过计算电位梯度或磁通量梯度值,绘制深度～电位梯度曲线或深度～磁通量梯度曲线。

3 电法、磁法探测比较

灌注桩钢筋笼长度探测试验工作基本依据江苏省DGJ32/TJ 60—2007规程,同时参考其它有关资料进行。以温州瑞安、永嘉某工程灌注桩25D7#、A282#为例介绍电法、磁法探测。磁法试验采用RS-RBMT钢筋笼长度磁法测试仪;电法试验采用MRS-F型覆盖式高密度电阻率测量系统,现场测试电压为150～200 V。

3.1 25D7桩

25D7桩位于永嘉瓯江岸边滩地上,桩径 Φ800 mm,桩长29.5m,采用16Φ18钢筋笼,全长配筋。探测前在距离桩侧面约0.5m处钻一探测孔。磁法、电法探测结果如下:

(1)在磁法探测中,获得了深度(L)～磁通量垂直分量 (ZH)曲线,及由ZH值计算所得的深度(L)～磁通量梯度 (dZH/dL)曲线 (见图1)。由图1中可见:在深度3.0,11.7,20.2,29.0m ZH值产生异常,dZH/dL出现极值。这些异常深度间距在8.5～8.8m,与1根钢筋长度(9 m)相近。由于灌注桩钢筋笼纵向主筋是由几根钢筋搭接而成,搭接处钢筋截面发生变化,磁场强度亦相应改变。由此判断该桩钢筋笼主筋由4节构成,其中最深处异常(29.0 m)即为钢筋笼端部,其余异常处为主筋搭接处。在深度(L)～磁通量垂直分量(ZH)曲线中,该桩顶部ZH值较底部反映明显强烈,探测孔与该桩钢筋笼之间平行度较差,由上到下距离逐渐由近变远。图中3.0～11.7m段由于受钢筋笼加密筋等因素影响,曲线形态较为复杂。对比可见:磁通量梯度极值点较磁通量极值点反应明显,较易判别。两者在深度上有微小差异,这是由于梯度计算方法所造成。

图1 25D7桩深度 (L)～磁通量垂直分量 (H)、深度～磁通量梯度曲线图

(2)图2为电法探测所得曲线。图中展示了深度(L)～电位(V)曲线及深度(L)～电位梯度(dV/dL)曲线。从L～ V曲线可见:-12～-27m段电位绝对值逐渐降低,变化较平缓;-27～-31m段电位变化激烈。从L～dV/dL曲线看,-29.5m处出现极值,反映钢筋笼等电位体电场出现转折,判断深度-29.5 m处为钢筋笼底端。从理论上讲:除电位变化激烈段外,-12～-27m段曲线应该近似水平,本桩中出现电位绝对值逐渐降低状况是探测孔与钢筋笼距离不平行的反映。本桩电位绝对值逐渐降低,表明由上到下距离逐渐变远。磁法、电法探测反映钢筋笼底端深度分别为-29.5,-29.0m处,两者误差0.5m,在允许范围之内。

图2 25D7深度～电位～电位梯度曲线

3.2 A282桩

A282桩桩位于瑞安飞云江边,桩径 Φ800 mm,长25.0 m,采用18Φ18钢筋笼,全长配筋。探测孔距离桩侧面约0.5m。磁法、电法测试结果如下:

3.2.1 磁法检测结果

磁法检测结果见图3。

从图3可见:在深度1.7,7.7,16.5,25.0 m处出现明显异常,磁通量梯度出现极值。反映了该桩的钢筋笼主筋由4节组成,间距由上而下分别为6.0,8.8,8.5 m,底端2节间距和一根钢筋长度(9m)基本吻合。从钢筋笼磁场强度变化看,桩顶部较底部反映明显偏弱,反映钻探孔离该桩钢筋笼距离顶部较远,底部较近,探测孔存在倾斜。

图3 28D2桩深度 (L)～磁通量垂直分量(H)、深度～磁通量梯度曲线图

3.2.2 电法检测结果

电法检测结果见图4。

图4 A282深度～电位～电位梯度曲线图

从图4可见:在-23～-27 m段电位急剧变化,电位梯度-25.0m处出现极值,与磁法显示的钢筋笼底端相一致。在L～V曲线6.5～23.0m段,电位绝对值逐渐升高,与25D7桩情况相反,这是探测孔与钢筋笼距离逐渐由远变近的反映,与磁法反映相一致。

4 电法探测时的电位梯度现场直接检测方法

由上述探测实例可见,电法探测时获得的深度(L)～电位(V)曲线,钢筋笼底端位置反应不明晰,要在室内计算出电位梯度值后,才能清晰地确定钢筋笼底端位置。用试验来证明,能否在探测现场直接测得电位梯度(dV/dL)值:

选用2个管型素陶瓷不极化电极,构成测量组。素陶瓷瓶外径2 cm,长15 cm,里面灌有饱和硫酸铜溶液。检测时2个不极化电极间距为50 cm,放入检测孔中,测读它们之间的电位差。每间隔20 cm测读1次,所得的即为电位梯度值(放大dL倍)。在上述25D7桩、A282桩上进行了试验,所得深度 (L)～电位梯度 (dV/dL)曲线见图5、6:

图5 25D7深度～电位梯度(L～dV/d L)曲线图

图6 A282深度～电位梯度 (L～dV/dL)曲线图

测试结果显示:25D7桩在-29.5m处电位梯度产生明显异常;A282桩在-25.0 m处出现电位梯度异常,和之前的电法、磁法所得成果一致。表明这种装置布置方法是可行的,实现了现场迅速判读钢筋笼底端位置的目的,减轻了室内分析的工作量。

5 结 语

(1)试验可见:电法、磁法探测钢筋笼底部位置的结论是一致的。主要差别在于磁法能够了解钢筋笼主筋搭接处的位置,而电法不能。

(2)试验表明,电法或者磁法探测均受探测孔与钢筋笼距离影响。当传感器与钢筋笼距离较远时,电场、磁场异常灵敏度降低,因此探测孔应尽量靠近被检测桩。

(3)通过磁场强度或电场强度的变化,可以判断探测孔与桩体 (或钢筋笼)间距变化的情况。当探测孔与桩体钢筋笼距离逐渐变远时,磁场、电场强度绝对值逐步减弱;反之,绝对值逐步增强。

(4)梯度法受探测孔与钢筋笼间距变化影响相对较小,有利于判别。电法探测时,采用2个不极化电极直接测读电位梯度,有利于在现场快速判定试验结果,减少室内工作量。

[1].万浩明,叶智勇.钻孔灌注桩钢筋笼长度的无损检测方法[J]..物探和化探,1999,23(2):146-149.

[2].董平,潘卫育,赵玮,等.灌注桩钢筋笼的充电电场特征研究[J]..地球物理学进展,2007,22(2):652-656.