强干扰情况下磁测井法检测PHC 管桩桩长的应用分析

谢红华

（作者单位：福建省建筑科学研究院有限责任公司福建省绿色建筑技术重点实验室）

引言

基桩作为地下结构设施的一部分，具有较大的隐蔽性，且对于工厂预制好的PHC 管桩（即预应力高强度混凝土管桩），开口桩的土塞效应对桩端阻力的影响很小，故其在工程建设中被广泛应用。但由于许多工程项目侧重经济效益，没有加端头铁板，使其难以运用常规的检测手段进行桩长检测。因此，需要开发利用新的地球物理测井方法等非常规检测方法对桩长进行无损检测和评估。

PHC 管桩在节与节之间存在金属端头板，每节单桩通长配筋（详见图1），这使得PHC 管桩全桩长的磁场与地球背景磁场相比存在明显的磁场差异[1]。基于此现象，可通过磁测井法对管桩配筋长度进行测试，并以此对PHC 管桩施工桩长进行评估。近年来，浙江省和福建省等相继出台了磁测井法对钢筋笼长度探测的技术规程和地方标准，说明该方法具有较高的应用价值。本文借助工程实例，对磁测井法检测PHC 管桩配筋长度来推断桩长的原理和结果进行介绍和分析，并对提高该方法的测试精度提出合理化建议。

磁测井法检测原理

磁测井法是以不同磁性体的不同磁性特征作为物理基础，使用特殊的仪器测试预先设置钻孔附近较大空间范围内磁性体磁场的总和的一种地球物理测井方法。自然界中的任何物体，处在地球磁场内，都具有不同的磁性，且由于自身磁化率的不同，物质可分为逆磁性、顺磁性和铁磁性三类，其中铁磁性物质的磁性最强[2]。因此在以地球磁场作为稳定磁场的磁场环境中，铁磁性物质的存在会使得局部位置的磁场发生显著性变化，产生磁场的异常场。

对于PHC 管桩，桩身某处磁感应强度Z 与地磁场在该点的垂直分量、磁化率和横截面积成正比，与测点和该处垂直距离的平方成反比[3-4]。而PHC 管桩中的钢筋以及端头板均为铁磁性物质，通过探测桩长范围内存在的异常磁场，即可判断配筋长度和深度，进而判断PHC 管桩桩长是否满足设计要求。为此，需要在管桩中心或者桩侧不大于0.5m 的位置处平行于桩身轴线钻孔（如图2 所示），钻孔宜采用外径91～110mm 的钻头钻取，且测孔垂直度不宜大于0.5%。钻孔深度需钻至桩底标高以下不少于5m 处，并设置内径不小于60mm的PVC 护管。

磁测井法测量配筋长度判断PHC 管桩桩长的误差来源主要包括系统误差和试验误差。就系统误差而言，主要分为两类：一类是地球磁场磁偏角以及深部覆土层中各种岩石等物质对背景磁场的干扰作用[5]。对于系统误差，难以采用有效手段进行彻底排除，为了削弱其影响，钻孔深度需钻至桩底标高以下不少于5m 处来获得较为稳定的、近似的背景磁场；另一类测试误差的来源则更为广泛，如仪器设备的固有误差、钻孔与桩身外侧的水平距离、钻孔垂直度、采样步距及数据采集速率等。福建省工程建设地方标准《福建省磁测井法测试基桩钢筋笼长度技术规程》 对以上参数给出了相应的范围，实际检测中需采用合适的仪器按照相应要求进行测试来减小误差。受系统误差和试验误差的影响，磁测井法测得的配筋长度与实际长度的误差大部分在±0.5m 以内[6-7]。

工程实例分析

厦门某项目的基坑支护工程采用PHC500-AB-125 型PHC 管桩，桩身强度等级C80，设计桩长为25.00m。根据勘察报告和施工工艺（无桩尖、开口），使用磁测井法对该项目该批次工程桩A582#和A584#进行桩长专项检测。仪器设备选择武汉岩海公司生产的RS-RBMT 钢筋笼长度磁法测试仪，其磁场测量范围为-99999nT～+99999nT，分辨率小于50nT，采样深度分辨率小于5cm，深度误差小于50cm，可在0～50℃、1.5MPa 以下的温度和水压力下正常工作，并且具有自动采集存储深度和磁场数据、实时显示接收信号时程曲线的功能。按照规范要求在桩侧0.5m 的范围内钻孔，设置安放内径为70mm 的PVC 护管。对目标选桩A582#、A584#进行多次重复检测，数据具有较好的重复性，图3 和图4 分别为A582#、A584#实测的典型曲线。

A582#桩的磁测井法实测曲线表明，本次检测采样深度为34.25m，采样步距为10cm，扣除检测标高后，钻孔深度达到设计桩长深度以下不少于5m 的检测要求。在L=3.75m 黑线所示位置处，实测垂直磁场分量曲线出现明显拐点。同时，对应的磁梯度曲线出现极值点，根据检测标高判定此处出现铁磁性物质引起的磁通量异常；在L=26.75m 黑线所示位置处，实测垂直磁场分量曲线出现另一明显拐点，且磁梯度曲线再出现极值点，亦可判定为铁磁性物质引起的磁通量异常。两条黑线范围内桩身磁感信号正常，与深度背景场的磁场信号差别不大，可判定为PHC 管桩桩身配筋的磁感信号，即桩身配筋长度约为23.00m，推算的A582# 桩的桩长为23.00m，不满足设计桩长25.00m 以上的要求。值得注意的是，在L=29.25m处同样出现了铁磁性物质引起的磁通量异常信号，但综合前后实测信号分析，该处磁通量异常信号并非桩身配筋或端头板产生的磁异常信号，疑为其他金属物的强干扰磁感信号，后经与施工方了解和确认，其在PVC 护管底部放置了钢筋。综上所述，A582#桩采用磁测井法的桩长检测结果不符合设计要求。

对于A584#桩，如图4 所示，检测采样深度为34.40m，采样步距为10cm，扣除检测标高后，钻孔深度达到检测要求。在L=2.75m 黑线所示位置处，实测垂直磁场分量曲线出现明显拐点。同时，对应的磁梯度曲线出现极值点，根据检测标高判定此处出现铁磁性物质引起的磁通量异常；在L=24.50m黑线所示位置处，实测垂直磁场分量曲线出现另一明显拐点，且磁梯度曲线再出现极值点，同样地，可判定为铁磁性物质引起的磁通量异常。两条黑线范围内桩身磁感信号正常，与深度背景场的磁场信号差别不大，可判定为PHC 管桩桩身配筋的磁感信号，即桩身配筋长度约为21.75m，推算的A584#桩的桩长为21.75m，不满足设计桩长25.00m 以上的要求。和A582#桩一样，钻孔中PVC 管中同样放置了钢筋干扰检测，因此在L=29.75m 处同样出现了铁磁性物质引起的磁通量异常（强干扰）信号。综上所述，A584#桩的磁测井法桩长检测结果也不符合设计要求。

结语

磁测井法测PHC 管桩桩长目前已经应用得较为广泛，PHC 管桩由于采用工厂预制的方法，其本身配筋和桩身强度一般是符合要求的，这时候桩长检测的结果对判定该桩是否符合设计要求就显得尤为重要。磁测井法检测过程方便快捷，可重复性高，检测结果直观明显，对桩身没有任何影响，在可判定的范围内，很难弄虚作假，因此适合进一步推广和研究。

但对于该方法本身，如何继续提高其检测精度，减小系统和试验误差将是未来需要重点研究的方向。比如地球磁场作为背景场具有很大的不确定性，可以考虑施加稳定的人工干预磁场，通过其弥补地球磁场磁偏角造成的误差；另一方面，对仪器设备的改进和方法的进一步改良，能够实现更高精度的测量。而现阶段，利用磁测井法进行桩长检测的过程，一定要按照规范和技术规程的要求操作，确保钻孔距离足够贴近钢筋，保证钻孔垂直度和深度，采取规范合理的措施完成检测。同时，也需要根据工程实际地质情况判断是否存在强干扰情况，如人为添加钢筋、旧桩基基础的钢筋、甚至强磁场等的影响，对于可能存在的强干扰项应进行合理的分析和验证，以确保检测结果的准确性。