井中磁法测量钢筋笼长度在既有建筑桩基质量检测中的应用

林锦熙

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

0 引言

既有建筑桩基础质量检测一直是行业内的难题，桩基础属于地下隐蔽工程，受上部结构的覆盖的影响，使得常规的检测手段难以开展，通过开挖验证几乎不可能。在工程中经常会遇到既有建筑改造前的桩基础质量和承载力重新评定；建设和使用过程出现地下室上浮、结构开裂、沉降超标等不良现象，需要对桩基础质量进行鉴定评估；因野蛮施工导致桩基础未检测已做施工覆盖，造成无法验收的情况，应验收要求需要补充对已覆盖的桩基础检测、评估结论。我国每年的在建工程体量庞大，老旧既有建筑的改造量也在增大，遇到以上问题迫切需要提供行而有效的技术手段来解决。

河北省建筑科学研究院于2011 年完成的“既有建筑地基基础检测与评定技术的研究”，探讨了各种检测技术的适用性和可靠性以及既有建筑地基基础特性，并于2015 年发行了河北省地方标准《既有建筑地基基础检测技术规程》。2016 年开始国内专家组正在编制国家行业标准《既有建筑地基基础检测技术规程》JGJ∕T 422-2018，标准于2018 年发布，填补国内在该领域规范的空白。但由于既有建筑场地条件及上部结构的限制，目前的规范规程所涉及的部分检测技术应用于既有工程实践存在难度。

在既有建筑发现承载力不足、沉降过大、基础上浮等不良现象时，我们首先关注的问题是桩身质量和承载力是否满足要求[1]，但是往往桩身完整性和承载力无法直接进行检测。因此会退一步关注施工桩长是否满足设计要求，当钻芯法无法开展时，会考虑采用井中磁法测量钢筋笼长度，以推断桩长。因为钢筋笼的长度是按照《地基基础设计规范》GB50007-2011、《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 进行设计，根据基桩受荷类别、承载力与弯矩大小、桩周土水平抗力系数、是否受上拔力等条件确定，如果基桩的钢筋笼长度不能满足设计要求，将会影响到桩基础的稳定性和抗震特性，尤其是对既有建筑而言，将会构成建筑物的安全隐患。本文将以井中磁法测量为基础，结合既有建筑桩基础质量检测的工程案例，对磁法在既有建筑桩基质量检测中的应用进行探讨。

1 基本原理及方法介绍

地球磁场跟地球引力场相似，是地球物理场，由基本磁场、地壳磁场与变化磁场三部分组成。物质根据其磁性特征可以分为铁磁性物质、逆磁性物质、顺磁性物质。顺磁性物质的原子固有磁矩不为零，但在无外磁场作用时，该原子固有磁矩方向处于无序混乱状态，磁效应相互抵消，宏观上不显示磁性。当加上外磁场后，其原子固有磁场向外磁场方向进行转化排列，外磁场强度越高，转向概率越大，对外显示的磁性也越大。

磁测井法的理论基础是磁性体磁场的数学理论，测试磁性体周围磁场的空间分布特征，探究其分布规律，结合材料磁化率对分布特征进行合理解释。钢筋笼及包含钢筋的构件是铁磁性物资，磁化率较高且磁性很强，在这些铁磁性物资四周会出现很强的磁异常现象。对于之下，建筑用桩基浇筑在岩土体中，混凝土、桩周土、桩端岩石则是无磁性或弱磁性物质，磁化率较低且磁性极弱。因此在钢筋笼与周边材料（混凝土、桩周岩土）之间存在达几个数量级的明显磁差异，于是钢筋笼被磁化且在周围会形成局部较强的磁异常，超过界面向下逐渐变为稳定的背景场，现场实测值作为背景场宜是孔底无钢筋笼段实测场值。现场测试时每一测试点测得的磁场强度均为多个磁场在该点处叠加的效果，利用仪器寻找上述磁异常，进一步探测出钢筋笼的空间位置与几何尺寸，从而达到测试钢筋笼长度的检测目的。上述理论为磁测井法测试钢筋笼长度创造了理论基础，因此该方法适用于桩中或桩周除钢筋笼之外，无其余连续铁磁性物质干扰时的桩基钢筋笼长度的检测。

基桩属于隐蔽工程，尤其是对既有建筑来说，基桩的性能是否合格关乎到既有建筑的健康与安全，因此能否采用无损检测的方法对基桩进行性能测试与评估非常关键，图1 为磁法检测钢筋笼长度的现场示意图。

图1 磁法检测示意图

钢筋笼长度磁法测试仪，通过在钻孔中测量钢筋笼内（或者周边）部分地磁要素沿深度的变化，从而间接反映灌注桩内钢筋笼的埋设长度。将磁感应探头放入测试孔中，以10～20cm 的采样间隔至上往下（或至下往上）对钢筋笼的垂直方向的磁场强度（Z）进行测量，测试过程中探测速度不宜过快，具体可参考超声波检测方法。采集并存储测试数据，对数据进行计算分析并绘制深度-垂直分量（H-Z）曲线、深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲线。搜索出深度-垂直分量（H-Z）曲线底部垂直分量由小于背景场的极小值转成大于背景场的拐点，以及深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲线底部最深的极值点，利用搜索得到的曲线拐点和极值点对钢筋笼的长度进行分析判断。如发现初步测量长度与设计长度不符，应分析原因，有必要时进行复测，确认所测结果客观、真实、可靠，并经各方对测试结果进行签字确认。

1.1 检测准备工作

钻孔布置：钻孔宜设置在距基桩外侧边缘不大于0.5m 的土中，且钻孔中心线应平行于桩身中心线，即孔桩距沿桩的纵向保持不变；钻孔也可设置在灌注桩中心线的混凝土中，且钻孔中心线应平行于桩身中心线，并保持其垂直度偏差不超过0.5°。见图2、图3。

图2 检测前桩边开孔

图3 现场检测

钻孔内径宜大于探头直径。一般为60～90mm，钻孔深度宜大于钢筋笼底设计深度3m。

当钻孔周围存在软弱土层是，为防止孔壁坍塌堵塞探测孔，宜在钻孔中设置PVC 管，PVC 管内径宜大于探头直径。检查探测孔的畅通情况，井下探管应能在全程范围内升降畅通。

1.2 井中磁法测量钢筋笼长度分析

以广州增城某项目为例，桩号左3-3，桩径1600mm，施工记录显示施工桩长28.94m，钢筋笼长度28.94m，桩边打孔方式，采用磁法测量钢筋笼长度。实测检测信号如图4、表1。

图4 现场实测信号

本次共检测左3-3 号一根桩，现场检测结果表明：上述桩的桩身在一定范围内（详见“表1 检测结果”）存在实测磁场强度垂直（Z）分量值明显低于或高于背景值的情况，依据规范可判定桩身设置了钢筋笼，通过曲线极值点的位置判断钢筋笼长度为28.75m，与施工记录的28.94m 相符。工程实例表明，通过磁测井法，可以有效的测出桩内的钢筋笼长度，从而解决工程隐患，尤其是对于无损检测既有建筑桩基，起到防范和预警的作用。

表1 钢筋笼长度检测分析结果

1.3 技术小结

井中磁法测量钢筋笼长度是有效的无损检测方法。在实践过程中发现受钻孔和桩本身的垂直度影响，当深度增加时，如若钻孔和桩的距离拉大将会影响磁场感应，对测试结果产生较大偏差，严重时会使得测试失败，因此必须采取有效措施来保证钻孔的垂直度（垂直度偏差不超过0.5°）。

技术要点梳理如下：

钻孔布设：钻孔设置在距灌注桩外侧边缘不大于0.5m 的土中，条件具备时设置在灌注桩中心线的混凝土中，且钻孔中心线应与桩身中心线平行，且保持其垂直度偏差不超过0.5°，钻孔深度宜大于钢筋笼底设计深度3m。

现场测试：将探管放入测试孔中，以10～20cm 的采样间隔且均匀的速度至上往下（或至下往上）对钢筋笼的垂直方向的磁场强度（Z）进行测量，记录并绘制深度- 垂直分量（H-Z） 曲线以及深度- 垂直分量梯度（H-dz/dh）曲线。

数据分析：绘制深度-垂直分量（H-Z）曲线，搜索底部垂直分量小于背景场的极小值转成大于背景场的拐点，或者深度-垂直分量梯度（H-dz/dh）曲线底部最深的极值点，随后对钢筋笼的长度进行判断。如发现初步测量长度与设计长度不符，应分析原因，有必要时进行复测，确认所测结果客观、真实、可靠，并经各方对测试结果进行签字确认。

2 结论

既有建筑的桩基础受限于上部结构，需要通过收集的设计、施工资料和现场勘查，评估建筑损伤与健康的程度，然而由于资料缺失以及地下室空间有限无法架设钻机等条件限制，常规检测方法（钻芯法、静载、高应变法）使用受限，此时井中磁法测量钢筋笼长度以推断桩长的优势将极为明显。如若基桩的钢筋笼长度不能满足设计要求，将会影响到桩基础的承载力性状，尤其是对既有建筑而言，将会构成建筑物的安全隐患。本文以井中磁法测量为基础，结合既有建筑桩基础质量检测的工程案例，对磁法在既有建筑桩基质量检测中的应用进行探讨，形成了较有价值的指引和结论。