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[技术] 磁测井在钢筋笼长度检测中的应用 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2012-5-30 16:55:31 |显示全部楼层 |          |
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磁测井在钢筋笼长度检测中的应用
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5 ~" ?3 p* ~' o; l2 G% g# @# g2 H

文/刘永忠 吴玉刚 刘辉东
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% B0 C5 r* ?. E" u2 ?  在公路桥梁或其它项目建筑中的基桩一般采用含有钢筋笼的灌注桩,设计施工的钢筋笼是结构受力的主要保证,但是在实际施工中,个别项目出现了偷工减料、钢筋笼长度不足等现象,严重影响构筑物的使用质量、寿命,甚至导致重大事故。磁测井法是一种可靠准确无损检测钢筋笼长度方法。钢筋笼是磁性物质,且是铁磁性物质,在混凝土中形成独立的磁性体,在其周围形成独立的磁异常。在灌注桩内(或灌注桩旁侧)的钻孔中测出该磁异常,就可圈出钢筋笼,并可确定钢筋笼的长度。/ D) x( W9 A6 E5 _& n3 T- z
  受广东博大高速公路有限公司博深分公司的委托,广东省地质物探工程勘察院于2010年9月至2011年9月对博深高速公路(博罗至深圳)第一至第九标段工程65根灌注桩钢筋笼进行了磁测井法检测,目的是测定钢筋笼的长度,为工程质量评价提供依据。
; U2 s0 ?) V1 B2 A- i4 e# J, {

  检测方法的选择和使用的仪器

  灌注桩钢筋笼长度的无损检测可以采用物理探测方法。物理探测方法有很多种类,磁测井法则是最佳选择,理由是它具有时空独特性(空间磁场)、有效性和工作的快速、简便性。
4 Z* i9 g4 f0 u. ^  磁测是利用物质的磁性差异来寻找勘探对象(如铁矿体、钢筋笼等)的方法。钢筋笼、含有钢筋的建筑物等属于铁磁性物质,在其周围可形成很强的磁异常。井(孔)中每一个观测点所测得的磁场是各种物质磁场叠加的结果,根据井(孔)中磁异常的强度、异常形态特征,可判定钢筋笼的形态、分布范围,确定钢筋笼的长度。9 u3 ~* [, G3 D& J
  本次磁测使用的仪器为武汉岩海公司生产的RS-RBMT磁法测试仪,该仪器由主机、深度传感器、磁场传感器组成。主机显示方式为屏幕式,操作方式为触摸式,工作电压12V,功率<6W。深度传感器的深度分辨率1cm,深度误差<0.5m,最大探测深度为200m,深度检测为自动式。磁场传感器的精度<1mG,量程为±2G。
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  现场检测工作

  井中磁测是在井(孔)中进行,要进行磁测首先应该在桩中或桩外侧打好井(孔),本次磁测是利用桩中的钻芯孔(抽芯孔),灌注桩的直径为1200-1800mm,桩长为10~48m,钻芯孔在桩内距桩边缘≤0.5m,钻孔直径≥76mm,要求孔深进入基桩底部以下2~3m岩土层中。
9 r6 ?/ j) Y) |  井中磁测系统由主机、计算机、打印机、计数滑轮、探头等五部分组成,按图1现场布置摆放仪器和部件。
9 j1 ]# B/ k1 L5 F% D  将探头放入检测孔中,以10~20cm的采样间隔从上往下或从下往上进行磁场垂直分量测量,并计算其垂向梯度值,相应记录和显示其随深度变化的曲线。9 W3 X: W8 {& `- ?7 E% u- Q9 L0 f

  磁异常特征和取得的成果

  磁场观测值的换算

  为了突出异常和显示异常特征,首先应进行磁场观测值的换算。现场磁场观测值是总场值,是绝对值,它包含地磁场和探测磁性体(钢筋笼)及其周围岩土层的磁场值。从观测的总场值减去背景场值(正常值),便得出探测对象(钢筋笼)的异常值。一般可按下式计算:' |! q1 S0 |' Y9 v( _) T' y5 ^
  △Z=Za-Zo* k! M& ?5 s" S3 }# ]! M. L7 B+ D
  式中;△Z=磁场垂直分量异常值* |! R0 e, Q% T3 J! `% ]. k- [7 @) Z- \
  Za=磁场垂直分量总场值(观测值)
8 T# L4 D5 J: H, g: g2 A6 I4 B+ A  Zo=磁场垂直分量背景值(正常场)
$ K+ @8 \: K, ]9 k  基桩的磁场背景值主要在基桩下部岩土层中实测的磁场曲线求得,即基桩下部进入岩土层中平缓磁场曲线的平均值作为背景值,经统计当地的磁场垂直分量背景值为200~250mG(20000nT~25000nT)。

  磁异常特征和取得的成果

  建筑用基桩一般是成孔灌注桩,即先在地下打孔放入钢筋笼(由主筋、加劲筋、螺旋筋组成),然后灌注混凝土(由砂、石、水泥组成)而形成基桩。灌注桩的周围和下部是岩土层(粘土、泥岩、砂岩、砂砾岩、页岩、片岩、板岩、石灰岩、大理岩、花岗岩、混合岩等),混凝土和岩土层一般是无磁性或弱磁性物质(火山岩、磁铁矿除外),所形成的磁场比较弱。钢筋笼则是磁性物质,且是铁磁性物质,具有剩磁并在地磁场作用下被磁化,形成一个独立的磁性体,在其周围可形成很强的磁异常,异常与钢筋笼对应关系很好,依据磁异常可圈定钢筋笼的范围和长度。基桩(灌注桩)下部边缘部分往往形成突变异常,应用突变异常曲线拐点及其垂向梯度峰值点可确定为钢筋笼底端位置(图2)。
; e$ i- I# u( i1 T+ m; g$ |  现以图2博罗至深圳高速公路工程第二标段下半湖大桥5右1号钻芯孔磁测成果为例说明。从图2可知,在灌注桩的钢筋笼部位有强磁异常(磁场垂直分量)反映,有正异常(强度等于60mG左右),也有负异常(强度等于-18~-160mG),在钢筋笼底部出现明显的负、正相伴的突变异常,但下部岩土层中则为平缓的磁场曲线(背景场)。应用下部负、正异常之间曲线拐点及其垂向梯度峰值点确定为钢筋笼底部端点。再根据钻探资料,求得孔口至钢筋笼底端长度为15.5m,加上孔口以上出露预留钢筋1.2m,实际探测的钢筋笼长度为二者之和,为16.7m。该灌注桩钢筋笼设计施工的长度为16.757m,两者相差仅为0.057m,符合质量要求。以同样的方法求取了其它灌注桩钢筋笼的长度。在探测的65根的灌注桩钢筋笼长度与设计施工的长度的差值一般小于0.5m,但有二根的长度短缺1.0m多,另外个别钻孔有堵塞现象,孔深未穿过孔底,不能准确探测,应予于查明。7 ~( L0 M7 i3 y' U" A
  通过这次博深高速公路工程灌注桩钢筋笼长度的检测,认为磁测井法的效果是好的,达到预期目的,为基桩的质量评价提供了科学依据。磁测井法具有时空独特性(空间磁场)、工作简单方便、检测效果可靠等优点,是灌注桩钢筋笼长度检测的首选方法。如果在火山岩(如玄武岩)、磁铁矿地区或其它磁性干扰大的地区,则可选用电法(充电法、瞬变电磁法)等方法。此外,应该指出的是,这次检测钢筋笼产生的磁异常有一定的幅度和形态变化,这与钢筋多寡、结构、衔接有关,将来可以作进一步的专题研究。我国公路工程检测评定标准中未对钻孔桩钢筋笼长度检测提出要求,建议补充此项规定,从节约检测成本考虑,也可结合钻芯法统筹应用,以确保工程质量。
. e" I- T- e! e. ]* U  (作者单位:广东省交通运输工程质量监督站# g; C+ [: U( q, g) z2 b/ j
  广东广珠西线高速公路有限公司8 X5 ^8 Z9 u' g* s, a  j  A/ z
  广东省地质物探工程勘察院)4 \9 y4 {1 f( ^
  (编辑:樊灿)7 \" k) v& C; }8 @$ ?# e

图1 RS-RBMT磁法仪现场连接图! i! w+ O4 i/ O4 a, d
图2! }. F% R) q7 ?$ E8 q$ L0 |

, _  x9 v) i/ P. o

( E$ y( x8 A1 p/ Q; s; n4 E
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