检测灌注桩中钢筋笼长度的电法初探

刘建达，范小平，许汉刚

（江苏省地震工程研究院，江苏 南京 210014）

摘 要：提出了用高频电磁波法和直流电法检测灌注桩中钢筋笼实际长度的电法检测方法，并在实际工程中得到了检验。实践表明，它们是对灌注桩中钢筋笼长度的有效检测方法。两种方法联合检测结果更可靠。鉴于灌注桩中钢筋笼实际长度的检测至今没有成熟检测技术，因此，这种方法对灌注桩的质量控制及同类检测工作有一定的借鉴意义。

关键词：桩基；电磁波；直流电法；钢筋笼长度

中图分类号：TU437 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2008)02–0288–04

作者简介：刘建达(1963– )，男，江苏常州人，高级工程师，主要从事地震工程和工程质量检测技术方法的研究。E-mail: jd-liu@163.com。

Electricity method for checking the length of reinforcing cage in piles

LIU Jian-da，FAN Xiao-ping，XU Han-gang

（Earthquake Engineering Institute of Jiangsu Province, Nanjing 210014, China）

Abstract:The electricity method for checking the length of reinforcing cage in piles was discussed. The method consisted of the direct current method and the electromagnetic wave method, and it had been proved to be an effective method by theory and practices. Their joint application could improve the reliability of the results. Since there is still no mature technology to check the length of reinforcing cage in piles, the present method will provide a reasonable method for checking the length of reinforcing cage in piles.

Key words: pile foundation; electromagnetic wave; direct current method; length of reinforcing cage

0 引 言

钻孔灌注桩基础是常用的地基基础形式之一。因为钻孔灌注桩是地下隐蔽工程，成桩质量的检验一贯是基础工程质量检测的重点。其中，桩中钢筋笼的实际长度更是多年来灌注桩质量检验的难点，目前还没有一种比较成熟的方法用于实际工程检测。

桩中钢筋笼的实际长度对灌注桩的承载力有决定性的影响[1]。保证灌注桩中钢筋笼的长度达到设计长度是灌注桩工程质量控制的关键之一。通常需要进行钢筋笼长度检测的项目都是国家级重点工程，要求保证万无一失。此外，对可能存在重大质量事故隐患或恶意偷工减料有关的工程，也同样需要该项检测。其检测结果将直接影响到相关的建设投资额度、工期、质量责任等因素，因此，这是一项具有特别意义的检测，值得研究探讨出一套可靠的检测方法。本文中提出的电法检测方案，其设计和检测实践经验，对同类工作具有一定的借鉴作用。

目前在地表混凝土构件中钢筋位置与数量的检测方法已经比较成熟。由于钢筋与混凝土两种介质的介电常数和磁化率不同，对电磁响应特征有明显差异。采用目前市场上购置的钢筋测试仪可以很方便地在混凝土表面测试出内部钢筋存在的位置、数量、保护层厚度、甚至锈蚀程度。钢筋测试仪在检测时需要将探头在混凝土表面移动，这对于检测地面上的混凝土构件是不成问题的，而钻孔灌注桩是埋入地下的隐蔽工程，钢筋测试仪不能很好的发挥作用，这样，使这一成熟的检测方法在地下隐蔽工程中的使用受到，对桩中钢筋笼的实际长度检测就更不可能。

本文在理论分析和实践验证的基础上，提出了检测灌注桩中钢筋笼长度的电法，其中，包括直流电法和电磁波法两种。直流电法以桩中的钢筋笼作为供电电极构建直流电场，检测桩附近不同深度处的电场强度，分析确定作为供电电极的钢筋笼在桩中的实际位置；电磁波法则是利用钢筋笼围成的空间对电磁波的屏蔽作用，测试电磁波信号通过桩身后强度的变化，确定在传播路径上钢筋笼的位置。通过上述方法测试

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收稿日期：2007–03–06

第2期 刘建达，等. 检测灌注桩中钢筋笼长度的电法初探 2

结果的综合分析，可确定隐蔽工程中的钢筋笼埋入深度和实际长度。

1 电法检测钢筋笼长度的原理与方案

灌注桩桩身由钢筋笼和混凝土组成，桩外是岩土材料，钢筋笼是电导体，岩土和混凝土是高电阻介质，它们的电磁特性具有明显的差异。因此可以利用钢筋笼、混凝土及周围岩土材料等物质电磁特性的差异，采用电、电磁类方法检测灌注桩中钢筋笼长度。 1.1 直流电法

如图1所示，采用与直流电法勘探相似的方式，以钢筋笼作为供电电极，在远处插入大地另一个电极，在两极间就会产生一个稳定的电场。根据直流电场的分布规律，在钢筋笼附近的区域，电场强度与离开钢筋笼的距离平方成反比，

2k E r

ε

= 。

(1)

图１ 直流电法原理图

Fig. 1 Diagram of direct current method

在平行于钢筋笼一定距离处放置两个测量电极，测量电极间距离不变，并保持与钢筋笼平行。测试两个电极间的电势差，当测量电极超过钢筋笼末端以后，电场强度随着测量电极与钢筋笼之间距离的增大而减小，测量电极间的电势差也随之减小，

12E E E ∆=− 。 (2)

分析测量电极间的电势差变化，就可以根据电势差曲线的拐点位置确定钢筋笼末端到达的位置。

为验证测试方法的可行性，进行了一次模型测试试验。用罗纹钢筋焊接成15 m 长的电极，埋入土中模拟钢筋笼。以钢筋与大地分别作为供电电极（A 和B ）产生稳定的电场，形成图1的电场情况。

在电极附近进行钻孔，并在钻孔中布置两个测量电极（M 和N ），测量不同深度位置相同距离间的电势差。该观测装置类似于普通电法测量中的三极矩法[2]，只是供电电极与测量电极排列的方向沿相互垂直方向排列。测量两电极间的电位差，得到的电位差变化曲

线如图2。

由图2可见，电位差∆E 值随深度变化。在地下15 m 深度处，电位差与深度曲线出现拐点，在拐点前后电位差的平均值有明显变化，当供电直流电压为360 V 时，15 m 以上U 的均值约为-22 mV ；15 m 以下时均值减小到-42 mV ，电场强度的值为当地的大地电场背景值。这证实了测试试验方案的合理性。

图２ 试验检测的电位差–深度曲线 Fig. 2 Curves of potential difference–depth

1.2 高频电磁波法测量

图3是用电磁波检测桩中钢筋笼位置的原理图，采用钻孔电磁波法[3]，在桩两侧一定位置处对称布置钻孔，从桩一侧的钻孔中发射电磁波，在另一侧接收。由于电磁波在传播路径上有铁磁性物质时，电磁波的传播就会受到干扰，铁磁性物质的磁化率越高，电磁波受干扰程度就越大，因此只要有效测定电磁波信号，就能测得电磁异常体。

钻孔灌注桩中的密集钢筋笼围成一个空间，电磁波通过这个区域后会大大衰减，甚至基本上屏蔽而形成电磁阴影区。当发射电磁波功率一致时，电磁波通过无钢筋笼区域后，由于钢筋笼屏蔽作用的消失，则将会使接收到的电磁波强度显著增大，因此，根据这一原理可以检测灌注桩中的钢筋笼长度。

图3 电磁波穿透桩时为钢筋笼屏蔽

Fig. 3 Electromagnetic wave shielded region behind piles

2 实际工程检测

在某个重点工程项目中，为保证工程质量，需要检测基础灌注桩中钢筋笼的实际长度与埋入深度。

本工程钻孔灌注桩基础桩径1.8 m。施工完成后桩基础高出地表4 m左右。考虑到其它检测方法对桩在地下的部分没有检测条件，经综合分析后采用直流电法和电磁波法联合检测桩中钢筋笼的实际位置。

全部测试工作在严格的质量保障体系下运行，进行了不少于20%的测点抽样重复测量，并对现场测试数据逐一进行检查核实，确保数据准确无误。现场测试数据资料均达到优良。

在被检测的灌注桩的南、北两侧各布置一个钻孔（图4），孔径φ108 mm，钻孔深度南侧孔53 m，北孔47 m。南、北两侧钻孔距离桩体分别为0.5 m，0.8 m。钻孔垂直度小于1/100。钻孔采用PVC套管护壁，在套管壁上钻有密集小孔。当地的地下水位很高，尽管套管本身是绝缘体，但地下水是良好的天然导体，套管不会阻挡电流的流动。

图4 检测孔与桩的相对位置

Fig. 4 Relative location between drillhole and pile

2.1 直流电法检测结果

采用图1的方法进行检测。现场数据采集使用中地集团重庆地质仪器厂生产的DUK-1高密度电法测量系统。该仪器采用全数字化自动测量，可对自然电位漂移及电极极化进行自动补偿。主要技术指标为：测量电压范围±4000 mV；测量电压精度±1%±1 byte；测量电压的分辨率0.01 mV；测量电流精度±1%±1 byte；测量电流的分辨率0.01 mA；自然电位补偿范围±1000 mV；对50 Hz工频干扰抑制优于80 dB；输入阻抗≥30 MΩ；有过压过流保护能力。

图5为实测的深度－电场强度曲线。采样间距为1 m。从图5上可以明显看到，在深度38 m附近U值明显减小，其特征与现场模型试验所获取的曲线特征（图2）一致。

图5 实测的电位差–深度曲线

Fig. 5 Measured potential difference –depth curve

2.2 电磁波法检测结果

采用钻孔电磁波法进行检测。现场数据采集使用中国地震局地球物理研究所研制的EWCT-1电磁波层析成像系统，该系统的工作频率有11个频点，为1.0～32 MHz；采用全自动采集数据，发射瞬时输出功率大于10W，深度定位误差小于±5 cm。

图6是采用32 MHz天线时跨孔测试得到的电磁波强度曲线图。跨孔电磁波测试时，南侧孔发射、北侧孔接收，发射最大深度为47 m，接收最大深度为53 m，电磁波发射和接收的点距均为1 m。图6表明，在42 m附近脱离屏蔽区，穿过灌注桩的电磁波强度由此开始明显增强。

图6 穿过桩的电磁波信号强度－深度曲线 Fig. 6 Signal intensity of electromagnetic wave crossing pile 2.3 测试结果综合判别

利用直流电法测量结果（图5）可以判断，在深度38 m附近U值拐点即是作为供电电极存在的钢筋笼末端位置，在此深度以下钢筋作为供电电极存在的可能性很小。但有可能存在没有成为供电极的个别钢筋。

根据图6的检测结果，在42 m深度以下钢筋笼第2期刘建达，等. 检测灌注桩中钢筋笼长度的电法初探 291

对电磁波的屏蔽作用不再存在，接收到的电磁场强度显著增强，因此，确定钢筋笼的实际位置应当在42 m 深度位置。

综合两种方法的检测结果，该灌注桩中钢筋笼末端的最大深度不超过42 m，完整钢筋笼的末端深度为38～42 m。

3 讨 论

用电法检测灌注桩中钢筋笼长度在理论上是正确的，实际操作是可行的，结果直观明显。这一方法为地下隐蔽工程中钢筋位置的检测提供了一种新的思路和方法。

在实际测试工作中，检测用的钻孔应当尽量与检测对象贴近，提高电场信号的信噪比；工程测试用的钻孔应当满足倾斜度要求，并到达设计深度，在测试深度上下一定范围内应当没有金属套管或者其它可能产生电磁干扰的材料。

由电法测试的原理可知，不同测试手段得到的结果通常会得到一个钢筋存在的范围，这样的结果主要

是由于不同方法各自的测量误差所造成，但这种误差

规律性很强，完全可以在今后的实践与研究中，经过

系统误差修正等方式获得一致的检测结果。就目前的

研究程度而言，测试得到的即使是一个范围值，但仍

可以为确定工程质量提供一个可参考的依据。

参考文献：

[1] 黄硕.钻孔灌注桩质量通病的形成及防治措施[J]. 重庆建

筑, 2005(2): 5–6. (HUANG Shuo. The cause and prevention

measure of common quality fault in drill grouting pile[J].

Chongqing Architecture, 2005(2): 5–6. (in Chinese))

[2] 傅良奎. 应用地球物理勘探[M]. 北京: 地质出版社, 1991.

(FU Liang-kui. Application of geophysical prospect[M].

Beijing: Geological Publishing House, 1991. (in Chinese)) [3] 刘传正. 地质灾害勘察指南[M]. 北京: 地质出版社, 2000.

(LIU Chuan-zheng. Guide of geological disaster investigation[M].Beijing: Geological Publishing House, 2000. (in Chinese)

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