岩土工程检测技术

1、岩土工程检测技术岩土工程检测技术施工中的基坑岩土工程监测技术岩土工程监测技术 第一章第一章 概概 述述一、监测内容一、监测内容围护结构的竖向位移、水平位移及内力围护结构的竖向位移、水平位移及内力坑周土压力、水平和竖向位移坑周土压力、水平和竖向位移支撑结构轴力、应力、应变支撑结构轴力、应力、应变锚杆内力锚杆内力地下水位、孔隙水压力地下水位、孔隙水压力周边建筑沉降位移周边建筑沉降位移结构强度的无损检测结构强度的无损检测地下工程的监测地下工程的监测岩土工程监测技术岩土工程监测技术 第一章第一章 概概 述述二、监测目的二、监测目的1.监测指导施工，保证施工和周边环境的安全监测指导施工，保证施工和周边环

2、境的安全2.为信息化施工和动态优化设计提供可靠依据为信息化施工和动态优化设计提供可靠依据地质勘查报告很难正确反映实际情况，土层物理力学参数需地质勘查报告很难正确反映实际情况，土层物理力学参数需要修正要修正施工过程的动态变化，实际工况与设计工况不一致施工过程的动态变化，实际工况与设计工况不一致监测数据与设计值进行对比、分析，确定和优化下一步施工监测数据与设计值进行对比、分析，确定和优化下一步施工工艺参数，达到信息化施工目的工艺参数，达到信息化施工目的3.监测结果与理论预测值比较，验证理论公式正确性监测结果与理论预测值比较，验证理论公式正确性4.确定二次衬砌的施作时间确定二次衬砌的施作时间岩土工程

3、监测技术岩土工程监测技术 第一章第一章 概概 述述三、监测手段三、监测手段仪器监测与巡视检查相结合的方法仪器监测与巡视检查相结合的方法仪器监测取得定量数据，进行定量分析；仪器监测取得定量数据，进行定量分析；巡视检查更加及时、全方位的监测，进行定性判断分析巡视检查更加及时、全方位的监测，进行定性判断分析巡视检查是预防工程事故非常简便、经济有效方法，给予足巡视检查是预防工程事故非常简便、经济有效方法，给予足够重视，异常情况：结构的裂缝、变形、渗漏、沉陷、土层够重视，异常情况：结构的裂缝、变形、渗漏、沉陷、土层情况、周边环境等情况、周边环境等四、监测点布置原则四、监测点布置原则关键部位、重点监测，布

4、置在反映监测对象实际受力和变形关键部位、重点监测，布置在反映监测对象实际受力和变形状态的关键特征点上状态的关键特征点上五、监测频率五、监测频率 监测有很强的时效性，观测必须是及时的，必须有足够的监测有很强的时效性，观测必须是及时的，必须有足够的频率，应能及时扑捉到重要的变化情况。以便动态控制施工频率，应能及时扑捉到重要的变化情况。以便动态控制施工和设计和设计第二章第二章 土压力监测土压力监测一、概述一、概述 土颗粒压力土颗粒压力量测土的接触压力量测土的接触压力 水的压力水的压力二、土压力量测方法二、土压力量测方法电阻应变计电阻应变计不稳定、受潮湿环境影响不稳定、受潮湿环境影响钢弦式土压力盒钢弦

5、式土压力盒稳定可靠、导线长度不受限制、稳定可靠、导线长度不受限制、10002000m,可遥测。可遥测。第二章第二章 土压力监测土压力监测三、钢弦式土压力盒三、钢弦式土压力盒（一）、构造和基本原理（一）、构造和基本原理压力盒在一定压力作用下，传感膜向上微微鼓起，引起钢弦伸压力盒在一定压力作用下，传感膜向上微微鼓起，引起钢弦伸长，钢弦未受压力时具有一定的初始频率，即自振频率。拉长，钢弦未受压力时具有一定的初始频率，即自振频率。拉紧后频率会提高，频率和土压力建立起联系，通过频率的变紧后频率会提高，频率和土压力建立起联系，通过频率的变化量测土压力的变化。化量测土压力的变化。 激振器激振器 高压脉冲电流

6、高压脉冲电流 磁力线磁力线 激发钢弦激发钢弦 磁阻变化磁阻变化 电动势变化电动势变化 频率信号频率信号 频率仪频率仪频率与压力的关系式：频率与压力的关系式：P=k ( f2 f02) k- 标定系数标定系数 f-受压后钢弦的频率受压后钢弦的频率 f0-未受压钢弦的频率未受压钢弦的频率 基坑土压力监测基坑土压力监测-土压力盒土压力盒第二章第二章 土压力监测土压力监测三、钢弦式土压力盒三、钢弦式土压力盒（二）主要参数选择（二）主要参数选择 直径、量测直径、量测1.直径选择原则直径选择原则（1）压力盒直径与土颗粒粒径相适应）压力盒直径与土颗粒粒径相适应 压力盒变形膜有效受压部分直径要大于土的最大颗粒

7、压力盒变形膜有效受压部分直径要大于土的最大颗粒50倍倍 D膜膜 50 d土土max 消除介质不均匀引起的应力集中而产生的误差消除介质不均匀引起的应力集中而产生的误差第二章第二章 土压力监测土压力监测1.直径选择原则直径选择原则 （2）压力盒直径与结构尺寸相适应）压力盒直径与结构尺寸相适应 模型实验：模型实验： D= 2D= 24cm4cm 工程结构：工程结构：D= 10 D= 10 15cm15cm第二章第二章 土压力监测土压力监测1.直径选择原则直径选择原则 （3）压力盒的厚径比）压力盒的厚径比H/D越大，应力集中越明显越大，应力集中越明显一般建议一般建议: 厚径比厚径比 H/D 0.1 0

8、.2 2. 2.量程的确定量程的确定原则：大于理论计算压力值的原则：大于理论计算压力值的100%100% 2 2 理论计算压力值理论计算压力值第二章第二章 土压力监测土压力监测（三）、土压力盒的标定（三）、土压力盒的标定气压标定、液体标定、土介质标定气压标定、液体标定、土介质标定（四）、土压力盒的埋设（四）、土压力盒的埋设1. 1.布置原则布置原则（1 1）受力较大，有代表性的断面）受力较大，有代表性的断面（2 2）受力分布规律的特征位置）受力分布规律的特征位置（3 3）不同性质的土层中部）不同性质的土层中部（4) 4) 横横支撑处或二道围檩中部，或是水平位移最大处支撑处或二道围檩中部，或是水

9、平位移最大处（5）与）与结构内力与变形同一监测断面布设，便于相互印证、结构内力与变形同一监测断面布设，便于相互印证、 综合分析综合分析 第二章第二章 土压力监测土压力监测（四）、土压力盒的埋设（四）、土压力盒的埋设2. 2.压力盒的现场埋设压力盒的现场埋设基底土压力量测的埋设基底土压力量测的埋设墙体侧面土压力量测的埋设墙体侧面土压力量测的埋设自由场土压力量侧的埋设自由场土压力量侧的埋设第二章第二章 土压力监测土压力监测2. 2.压力盒的现场埋设压力盒的现场埋设（1 1）基底土压力量测的埋设）基底土压力量测的埋设1 1）直接埋设）直接埋设2 2）预留孔埋设）预留孔埋设（2 2）墙体侧面土压力量测

10、的埋设）墙体侧面土压力量测的埋设1 1）明挖浇筑墙体时土压力盒的埋设）明挖浇筑墙体时土压力盒的埋设2 2）地下连续墙土压力盒的的埋设）地下连续墙土压力盒的的埋设A.A.挂布法挂布法B.B.弹簧法弹簧法（3 3）自由场土压力盒埋设）自由场土压力盒埋设第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测 第一节第一节 概述概述支护结构的内力支护结构的内力: : 应力、应变、弯矩、轴力应力、应变、弯矩、轴力一、支护结构内力一、支护结构内力 桩桩1. 1.围护结构：围护结构： 墙墙 一般采用钢筋应力计一般采用钢筋应力计 衬砌衬砌 钢支撑：钢支撑： 钢弦式应力计、表面应变计钢弦式应力计、表面应变计2. 2.支

11、撑结构支撑结构 钢筋混凝土支撑：钢筋混凝土支撑： 钢筋应力计、埋入式应变计钢筋应力计、埋入式应变计 锚杆支撑锚杆支撑 ： 锚杆应力计锚杆应力计 3. 3.应力计和应变计的量程宜为设计值得应力计和应变计的量程宜为设计值得2 2倍，精度不低于倍，精度不低于0.5%F.S0.5%F.S第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测 第二节第二节 横支撑结构的内力量测横支撑结构的内力量测 一、钢弦式轴力计量测一、钢弦式轴力计量测适用适用: : 钢支撑钢支撑直接量测轴力直接量测轴力 短柱式短柱式 、空心管式空心管式 （一（一) ) 短柱钢弦式轴力计短柱钢弦式轴力计 （二）空心管钢弦轴力计（二）空心管钢弦

12、轴力计 利用高强度厚壁空心钢管筒，周边设利用高强度厚壁空心钢管筒，周边设3 3对钢弦，量测偏心荷对钢弦，量测偏心荷载，各应力计加权平均可得轴力。载，各应力计加权平均可得轴力。（三）轴力计布置（三）轴力计布置1. 1.断面选择：轴力较大的杆件断面选择：轴力较大的杆件2. 2.布置在钢支撑的端部布置在钢支撑的端部3. 3.三角、四点对称布置，取平均值三角、四点对称布置，取平均值 第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测 第二节第二节 横支撑结构的内力量测横支撑结构的内力量测 二、钢弦式应力计量测二、钢弦式应力计量测适用：钢筋混凝土横支撑，适用：钢筋混凝土横支撑，用钢筋计量测应力然后反算轴力用

13、钢筋计量测应力然后反算轴力（一）量测钢筋混凝土横支撑轴力（一）量测钢筋混凝土横支撑轴力应力计布置，四角、四边、对称布置应力计布置，四角、四边、对称布置应力计算：应力计算： i i= k (f = k (f 2 2 - f - f 2 20 0) ) 结构内力监测结构内力监测: 钢筋应力计钢筋应力计混凝土横支撑轴力计算混凝土横支撑轴力计算)(scscsqAAEEN)(scscjsAAEEnjjsjjijjsAffkn1202/ )(1 支撑轴力（支撑轴力（kNkN）；）；钢筋应力（钢筋应力（kN/mm2kN/mm2）；）；钢筋计监测平均应力（钢筋计监测平均应力（kN/mm2kN/mm2）；）；第

14、第i i个钢筋计标定系数（个钢筋计标定系数（kN/HzkN/Hz2 2）；）；第第i i个钢筋计监测频率（个钢筋计监测频率（HzHz）；）； 第第i i个钢筋计安装后的初始频率（个钢筋计安装后的初始频率（HzHz）；）；第第i i个钢筋计截面面积（个钢筋计截面面积（mm2mm2）；）；混凝土弹性模量（混凝土弹性模量（kN/mm2kN/mm2）；）；钢筋弹性模量（钢筋弹性模量（kN/mm2kN/mm2）；）；混凝土截面面积（混凝土截面面积（mm2mm2）；）；支撑截面面积（支撑截面面积（mm2mm2）；）；钢筋总截面面积（钢筋总截面面积（mm2mm2）。）。 qNsjsjkjif0jfjsAcE

15、sEcAAsAscAAA结构内力量测钢筋应力计结构内力量测钢筋应力计结构内力量测结构内力量测钢筋应力计安装施工中钢筋应力计安装施工中第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测三、钢筋应变计量测三、钢筋应变计量测表面应变计、埋入应变计表面应变计、埋入应变计埋入式应变计：两端的端头与混凝土紧密嵌固，中间受力应埋入式应变计：两端的端头与混凝土紧密嵌固，中间受力应变管用布缠绕，与混凝土隔开，当混凝土产生应变时由端头变管用布缠绕，与混凝土隔开，当混凝土产生应变时由端头带动应变管产生变形，使钢弦内力发生变化，然后用频率仪。带动应变管产生变形，使钢弦内力发生变化，然后用频率仪。表面应变计：钢结构或混凝土

16、表面。特点安装快捷，测试开表面应变计：钢结构或混凝土表面。特点安装快捷，测试开始前安装即可。始前安装即可。第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测三、钢筋应变计量测三、钢筋应变计量测表面应变计、埋入应变计表面应变计、埋入应变计应变计的刚度远远小于监测对象的刚度应变计的刚度远远小于监测对象的刚度（一）表面应变计（一）表面应变计适用于钢支撑，两端的安装钢块焊接在观测对象表面上适用于钢支撑，两端的安装钢块焊接在观测对象表面上监测断面宜选择在两支点间监测断面宜选择在两支点间1/31/3部位部位 ，受剪力影响较小受剪力影响较小1.元件组成元件组成两定位钢块，激振线圈，电缆，应变计两定位钢块，激振线

17、圈，电缆，应变计2.基本原理基本原理3.应变计算：应变计算： = k (f = k (f 2 2 - f - f 2 20 0) )表面应变计换算轴力：表面应变计换算轴力：AEffknNsnjjjij1202)(1钢支撑轴力（钢支撑轴力（kNkN）；）；钢支撑截面面积（钢支撑截面面积（mm2mm2）；）；钢弹性模量（钢弹性模量（kN/mm2kN/mm2）；）；第第i i个表面应变计标定系数（个表面应变计标定系数（10-6/ Hz210-6/ Hz2）第第i i个表面应变计监测频率（个表面应变计监测频率（HzHz）；）；第第i i个表面应变计安装后的初始频率（个表面应变计安装后的初始频率（HzH

18、z）。）。 NAsEjkjif0jf横支撑轴力量测横支撑轴力量测振弦表面应变计振弦表面应变计表面应变仪安装表面应变仪安装第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测三、钢筋应变计量测三、钢筋应变计量测表面应变计、埋入应变计表面应变计、埋入应变计（二）埋入式应变计（二）埋入式应变计 适用于钢筋混凝土支撑适用于钢筋混凝土支撑两端的端头与混凝土紧密嵌固，中间受力应变管用布缠绕，两端的端头与混凝土紧密嵌固，中间受力应变管用布缠绕，与混凝土隔开，当混凝土产生应变时，由端头带动应变管产与混凝土隔开，当混凝土产生应变时，由端头带动应变管产生变形，使钢弦内力发生变化，然后用频率仪量测。生变形，使钢弦内力发生

19、变化，然后用频率仪量测。第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测三、钢筋应变计量测三、钢筋应变计量测表面应变计、埋入应变计表面应变计、埋入应变计（二）埋入式应变计（二）埋入式应变计适用于钢筋混凝土支撑适用于钢筋混凝土支撑1.元件组成元件组成两端不锈钢圆盘，柔性铝合金波形管，钢弦两端不锈钢圆盘，柔性铝合金波形管，钢弦2.基本原理基本原理3.应变计算：应变计算： = k (f = k (f 2 2 - f - f 2 20 0) )4. 4.轴力计算：轴力计算：= = ( ( C C S S) ) - - 应变平均值，应变平均值， = = i i /n /n5. 5.埋设布置：平行主筋内侧，

20、对称布置。要有足够保护层埋设布置：平行主筋内侧，对称布置。要有足够保护层振弦埋入应变计振弦埋入应变计振弦埋入应变计安装振弦埋入应变计安装第三章第三章 支护结构内力监测支护结构内力监测 第四节第四节 围护结构的弯矩监测围护结构的弯矩监测一、应用钢筋计量测弯矩一、应用钢筋计量测弯矩1.断面选择与钢筋计埋设断面选择与钢筋计埋设结构弯矩最大部位结构弯矩最大部位平面上：两横支撑跨中平面上：两横支撑跨中立面上：横支撑处有最大负弯矩、两层支撑的中间有最大正立面上：横支撑处有最大负弯矩、两层支撑的中间有最大正弯矩弯矩埋设：内外主筋对称平行安装埋设埋设：内外主筋对称平行安装埋设2.弯矩计算：弯矩计算：围护桩（墙

21、）弯矩计算围护桩（墙）弯矩计算 )(210ssscdEIEM量测断面处的计算弯矩（量测断面处的计算弯矩（kNmkNm）；）；混凝土弹性模量（混凝土弹性模量（kN/mm2kN/mm2）；）；钢筋弹性模量（钢筋弹性模量（kN/mm2kN/mm2）；）；量测断面处的惯性矩（量测断面处的惯性矩（mm4mm4）；）；对待测钢筋计的应力值（对待测钢筋计的应力值（kN/mm2kN/mm2）；）；对待测钢筋计之间的中心距离（对待测钢筋计之间的中心距离（mmmm）。）。 式中 McEsE0I21ss、d第四章第四章 孔隙水压力与地下水位量测孔隙水压力与地下水位量测第一节第一节 概述概述一、监测意义一、监测意义

22、饱和软粘土受荷后首先产生孔隙饱和软粘土受荷后首先产生孔隙水压力的变化，随后才是颗粒的水压力的变化，随后才是颗粒的固结变形，孔隙水压力的变化是固结变形，孔隙水压力的变化是土体运动的前兆土体运动的前兆二、监测点布设二、监测点布设受工程影响变形较大位置受工程影响变形较大位置竖向上按土层布设竖向上按土层布设，不宜采用泥浆护壁，不宜采用泥浆护壁 振弦式孔隙水压力计第四章第四章 孔隙水压力与地下水位量测孔隙水压力与地下水位量测第二节第二节 振弦式孔隙水压力计振弦式孔隙水压力计一、基本原理一、基本原理二、孔隙水压力计算：二、孔隙水压力计算： = k (f = k (f 2 2 - f - f 2 20 0)

23、 )三、孔隙水压力计的埋设三、孔隙水压力计的埋设钻孔设观测井，根据需要分层埋设。钻孔设观测井，根据需要分层埋设。孔内填纯净砂，上部用孔内填纯净砂，上部用粘土球封孔。粘土球封孔。滤水石不得与大气接触，否则重新排气滤水石不得与大气接触，否则重新排气不宜采用泥浆护壁不宜采用泥浆护壁 ，避免堵透水石，避免堵透水石第四章第四章 孔隙水压力与地下水位量测孔隙水压力与地下水位量测第二节第二节 电测水位计电测水位计一、原件组成：钢尺、测头一、原件组成：钢尺、测头二、量测二、量测当测头触及水位时，启动讯响器，然后测量钢尺读数。当测头触及水位时，启动讯响器，然后测量钢尺读数。水位观测井，带孔塑料管、砂石充填。水位

24、观测井，带孔塑料管、砂石充填。第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测 第一节第一节 概述概述 量测内容：量测内容：围护结构位移围护结构位移邻近建筑物及管线沉降邻近建筑物及管线沉降周边地表沉降、基底隆起变形周边地表沉降、基底隆起变形深层土体沉降深层土体沉降 一、基坑位移影响因素一、基坑位移影响因素1.地质条件：坚固位移小，软弱含水位移大地质条件：坚固位移小，软弱含水位移大 2.基坑尺寸：基坑尺寸：越长中间部位变形越大越长中间部位变形越大 越深水平位移变形越大越深水平位移变形越大 3.坑边堆载坑边堆载 第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测二、监测目的二、监测目的1.预报险情，采取应急措施，预报险

25、情，采取应急措施，保证人员和邻近建筑物安全；保证人员和邻近建筑物安全；2.了解基坑动态变形规律；了解基坑动态变形规律；第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测 第二节第二节 基坑邻近建（构）筑物沉降观测基坑邻近建（构）筑物沉降观测一、监测范围原则一、监测范围原则 13倍基坑设计开挖最终深度倍基坑设计开挖最终深度二、邻近建筑物沉降观测二、邻近建筑物沉降观测基坑开挖前，建筑物外墙表面设观测点，量测初始值，监测基坑开挖前，建筑物外墙表面设观测点，量测初始值，监测不均匀沉降。不均匀沉降。观测点：圆钢、铆钉、螺栓观测点：圆钢、铆钉、螺栓观测点布置观测点布置建筑四角建筑四角变形缝两侧变形缝两侧建筑物主要传力

26、构件上建筑物主要传力构件上每测不少于每测不少于3 3个个基坑邻近建筑物沉降观测点基坑邻近建筑物沉降观测点第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测 第二节第二节 基坑邻近建（构）筑物沉降观测基坑邻近建（构）筑物沉降观测三、邻近地下管线沉降观测三、邻近地下管线沉降观测受剪作用、挠曲变形、接头泄漏受剪作用、挠曲变形、接头泄漏管箍、直插钢筋管箍、直插钢筋观测点最好设在接头处观测点最好设在接头处第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测 第三节第三节 桩（墙）顶水平位移监测桩（墙）顶水平位移监测量测仪器：经纬仪，水准仪、全站仪量测仪器：经纬仪，水准仪、全站仪量测方法：视准法、三角量测法、前方交会法量测方法：视

27、准法、三角量测法、前方交会法一一视准法视准法沿基坑边线两端沿基坑边线两端35倍基坑长度设固定观测点，基坑桩顶按一倍基坑长度设固定观测点，基坑桩顶按一定间距设移动观测点，用铆钉或螺栓，一般定间距设移动观测点，用铆钉或螺栓，一般6 12m12m一个，一个，定期观测偏移距离。定期观测偏移距离。二、地表竖向位移的观测二、地表竖向位移的观测第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测 第三节第三节 桩（墙）顶水平位移监测桩（墙）顶水平位移监测量测仪器：经纬仪，水准仪、全站仪量测仪器：经纬仪，水准仪、全站仪量测方法：视准法、三角量测法、前方交会法量测方法：视准法、三角量测法、前方交会法一一视准法视准法沿基坑边线

28、两端沿基坑边线两端35倍基坑长度设固定观测点，基坑桩顶按一倍基坑长度设固定观测点，基坑桩顶按一定间距设移动观测点，用铆钉或螺栓，一般定间距设移动观测点，用铆钉或螺栓，一般6 12m12m一个，一个，定期观测偏移距离。定期观测偏移距离。二、地表竖向位移的观测二、地表竖向位移的观测第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测 第四节第四节 基坑深层水平位移的量测基坑深层水平位移的量测一、测斜仪组成一、测斜仪组成测头、测读仪、标尺电缆、测斜管测头、测读仪、标尺电缆、测斜管测斜管：铝合金、塑料，每节长度测斜管：铝合金、塑料，每节长度23m,互成正交导槽互成正交导槽测头：滑轮间距，一般测头：滑轮间距，一般L=

29、0.5m。二、测斜原理二、测斜原理测头滑轮间距测头滑轮间距0.5m，测头测得夹角，测头测得夹角 i i，则水平位移，则水平位移 =L i *Sin i i基准点一般设孔底：某深度水平位移基准点一般设孔底：某深度水平位移 L = L = L i *Sin i i每个测点正反两次量测，取平均值。每个测点正反两次量测，取平均值。基坑深部侧向位移基坑深部侧向位移-测斜仪测斜仪基坑深部侧向位移基坑深部侧向位移-测斜仪测斜仪基坑深部侧向位移基坑深部侧向位移-测斜管测斜管现场测斜量测现场测斜量测第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测三、测斜管埋设三、测斜管埋设预埋法、钻孔埋设预埋法、钻孔埋设 1. 1.预埋

30、法预埋法沿基坑每边设沿基坑每边设1 1 3个测斜观测点，深度与结构入土深度一个测斜观测点，深度与结构入土深度一致，绑扎在钢筋笼上。致，绑扎在钢筋笼上。2.钻孔埋设钻孔埋设结构外侧，协调变形，不影响结构强度结构外侧，协调变形，不影响结构强度 第五章第五章 基坑位移量测基坑位移量测 第六节第六节 土体深层沉降量测土体深层沉降量测分层沉降仪量测分层沉降仪量测一、组成一、组成分层沉降管、磁环、电感探头、标尺电缆、测读仪、蜂鸣器分层沉降管、磁环、电感探头、标尺电缆、测读仪、蜂鸣器二、量测原理二、量测原理 波形柔性沉降管，每隔一定距离安装磁环。电感探头通过磁环波形柔性沉降管，每隔一定距离安装磁环。电感探头

31、通过磁环发出声响，量测深度。发出声响，量测深度。注意施工前量测初始值注意施工前量测初始值来去两次取平均值来去两次取平均值埋设分层沉降磁环与土层粘结牢固，回填材料逐渐密实与周埋设分层沉降磁环与土层粘结牢固，回填材料逐渐密实与周围土体紧密接触，变形协调一致。围土体紧密接触，变形协调一致。每次量测重复进行两次取平均值，每次量测重复进行两次取平均值，2 2次读数差不大于次读数差不大于1.5mm1.5mm。每次量测均应测定管口高程的变化，并换算出管内各监测点每次量测均应测定管口高程的变化，并换算出管内各监测点位置进行量测。位置进行量测。深层地层沉降深层地层沉降- -分层沉降仪分层沉降仪锚杆抗拔力监测锚杆

32、抗拔力监测-锚杆应力计锚杆应力计锚索应力计锚杆检测施工第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第一节第一节 结构面对波传播产生的影响结构面对波传播产生的影响一、消耗能量，改变波的传播途径，影响波得传播过程一、消耗能量，改变波的传播途径，影响波得传播过程二、弹性波传播特性反映岩体结构的致密性二、弹性波传播特性反映岩体结构的致密性 第二节第二节 弹性波种类弹性波种类弹性波：假定介质是弹性的，可应用弹性理论描述。弹性波：假定介质是弹性的，可应用弹性理论描述。一、弹性波种类一、弹性波种类1.纵波：压缩波，振动方向与传播方向一致纵波：压缩波，振动方向与传播方向一致2.横波：剪切波，振动方向与传播方向垂直

33、横波：剪切波，振动方向与传播方向垂直纵波波速纵波波速 横波波速，利用纵波进行监测横波波速，利用纵波进行监测二、弹性波在岩体中传播的特点二、弹性波在岩体中传播的特点第七章第七章 声波探测技术声波探测技术第三节第三节 弹性波在岩体中传播的特征弹性波在岩体中传播的特征1.岩体弹性模量低，传播慢岩体弹性模量低，传播慢2.岩体弹性模量高，传播快岩体弹性模量高，传播快变质岩：变质岩： 55006000m/s火成岩火成岩: 50005500m/s沉积岩沉积岩: 15003000m/s3.岩体存在结构面，传播慢岩体存在结构面，传播慢4.岩体风化程度大，传播慢岩体风化程度大，传播慢5.压应力方向传播快压应力方向

34、传播快6.孔隙率大，传播慢孔隙率大，传播慢现场测斜量测现场测斜量测第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第四节第四节 声波探测仪声波探测仪一一系统组成系统组成发射探头、接收探头、声波显示仪发射探头、接收探头、声波显示仪1.发射探头：输出一定频率的声脉冲发射探头：输出一定频率的声脉冲2.接收探头：接收声波并转化为电信号，输入到声波仪，在示接收探头：接收声波并转化为电信号，输入到声波仪，在示 波器声波波形和数字显示波器声波波形和数字显示声波监测声波仪声波监测声波仪第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第五节第五节 声波探测技术声波探测技术 穿透法、反射法穿透法、反射法一、穿透法一、穿透法1.实

35、质：将发射探头和接收探头放置在介质相对的两个表面上，实质：将发射探头和接收探头放置在介质相对的两个表面上，根据声波穿透结构介质后的波速和能量的变化，判断介质的根据声波穿透结构介质后的波速和能量的变化，判断介质的质量质量2.适用：厚度较大，具备在相对表面安装探头适用：厚度较大，具备在相对表面安装探头 对于地下岩体通常用两个平行钻孔安装探头，称双孔法对于地下岩体通常用两个平行钻孔安装探头，称双孔法第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第五节第五节 声波探测技术声波探测技术 穿透法、反射法穿透法、反射法二、反射法二、反射法1.发射探头向介质发射声波，波沿发射方向传播到介质底面后，发射探头向介质发射

36、声波，波沿发射方向传播到介质底面后，折射回来后由接收探头接收，根据反射波传播的时间和现折射回来后由接收探头接收，根据反射波传播的时间和现实波性判断介质内部的缺陷实波性判断介质内部的缺陷2. 适用：只能提供一个测试表面适用：只能提供一个测试表面第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第六节第六节 声波探测技术在岩体中的应用声波探测技术在岩体中的应用一、利用声波测试围岩松弛带厚度一、利用声波测试围岩松弛带厚度（一）原理：根据传播时间确定松弛带厚度。（一）原理：根据传播时间确定松弛带厚度。（二）波速与孔深关系曲线（二）波速与孔深关系曲线1.一字形曲线一字形曲线2.厂字形曲线厂字形曲线3.衰减型曲线衰

37、减型曲线4.峰值型曲线峰值型曲线 第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第六节第六节 声波探测技术在岩体中的应用声波探测技术在岩体中的应用二、利用声波测试评价岩体强度和完整性系数二、利用声波测试评价岩体强度和完整性系数测试方法：测试方法：1. 1.采集岩块：测试弹性波在岩块传播速度采集岩块：测试弹性波在岩块传播速度V V2. 2. 岩体钻孔：测试弹性波在岩体传播速度岩体钻孔：测试弹性波在岩体传播速度V Vm m3. 3.计算完整性系数（龟裂系数）计算完整性系数（龟裂系数） m m （V Vm m / V/ V) )2 2m m0.75 0.75 完整性好，裂隙少完整性好，裂隙少m m = 0

38、.75-0.45 = 0.75-0.45 完整性较好。裂隙间距完整性较好。裂隙间距2030cm2030cmm m0.45 0.45 完整性差、裂隙间距小于完整性差、裂隙间距小于2030cm2030cm 钻孔声波监测声波仪第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第七节第七节 声波探测混凝土结构的应用声波探测混凝土结构的应用一、混凝土结构厚度探测一、混凝土结构厚度探测 利用波传到两种不同介质的分界面时，弹性波将产生折射利用波传到两种不同介质的分界面时，弹性波将产生折射和反射来测定构件的厚度和反射来测定构件的厚度监测计算公式：监测计算公式： h = K V h = K V p p t t V V p

39、-p- - - 纵波波速，纵波波速，km/s;km/s; t - t -反射波在介质中传播时间，反射波在介质中传播时间， k -k -经验修正系数经验修正系数 第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第七节第七节 声波探测混凝土结构的应用声波探测混凝土结构的应用二、混凝土结构中孔洞检测二、混凝土结构中孔洞检测混凝土内部存在大于混凝土内部存在大于10cm10cm孔洞，通过量测声波传播时间的变化，孔洞，通过量测声波传播时间的变化，计算孔洞尺寸。计算孔洞尺寸。L-L-构件厚度，构件厚度，m m。t t d ,d ,t t-有孔洞与无空洞处声波传播时间，有孔洞与无空洞处声波传播时间， 。三、混凝土裂隙

40、监测三、混凝土裂隙监测利用在裂隙出反射或绕射传播路线增长时间增加现象。利用在裂隙出反射或绕射传播路线增长时间增加现象。1 1直接检测直接检测2. 2.沿面检测沿面检测应用反射法应用反射法 第七章第七章 声波探测技术声波探测技术四、深孔法检测混凝土结构质四、深孔法检测混凝土结构质量量 适用于大型地下构件，如适用于大型地下构件，如钻孔灌注桩钻孔灌注桩 第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第八节第八节 声波探测在桩完整性检测中的应用声波探测在桩完整性检测中的应用钻孔灌注桩质量缺陷：离析、缩颈、断桩、空洞钻孔灌注桩质量缺陷：离析、缩颈、断桩、空洞 静力测桩法：反力粱、千斤顶、抗拔桩静力测桩法：反力

41、粱、千斤顶、抗拔桩目前检测方法目前检测方法 低应变法低应变法 ：小锤、传感器、声波仪：小锤、传感器、声波仪 动力测桩法动力测桩法 高应变法：重锤、贯入度高应变法：重锤、贯入度钻孔灌注桩千斤顶静力检测钻孔灌注桩千斤顶静力检测钻孔灌注桩高应变监测钻孔灌注桩高应变监测灌注桩施工质量评价灌注桩施工质量评价-低应变监测低应变监测灌注桩施工质量评价灌注桩施工质量评价-低应变监测低应变监测灌注桩施工质量评价灌注桩施工质量评价-低应变监测低应变监测第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第八节第八节 声波探测在桩完整性检测中的应用声波探测在桩完整性检测中的应用一、桩基完整性检测一、桩基完整性检测1.原理原理

42、桩顶施加激振能量，引起桩身及周围土体的微幅振动，仪器桩顶施加激振能量，引起桩身及周围土体的微幅振动，仪器记录桩顶振动情况，对记录的波形特征进行分析，判断桩基记录桩顶振动情况，对记录的波形特征进行分析，判断桩基的完整性，评价桩基的质量。的完整性，评价桩基的质量。 优点：费用低，效率高优点：费用低，效率高2.测试系统组成测试系统组成 小锤、加速度传感器、声波测读仪小锤、加速度传感器、声波测读仪3.测试准备工作测试准备工作清除桩顶松散混凝土，表面平整，涂抹耦合剂安装传感器清除桩顶松散混凝土，表面平整，涂抹耦合剂安装传感器小锤锤击数次，选用重复率较高小锤锤击数次，选用重复率较高对反射曲线进行分析对反射

43、曲线进行分析第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第八节第八节 声波探测在桩完整性检测中的应用声波探测在桩完整性检测中的应用一、桩基完整性检测一、桩基完整性检测二、波形分析二、波形分析1.完整性好的桩波形特征完整性好的桩波形特征波形规则、清晰、衰减快，桩底反射波有明显的波峰波谷波形规则、清晰、衰减快，桩底反射波有明显的波峰波谷2.桩内离析波形特征桩内离析波形特征传播时间长，桩底反射振幅较小，能量消耗大。传播时间长，桩底反射振幅较小，能量消耗大。3.断裂桩波形特征断裂桩波形特征反射波到达时间早于桩底到达时间。波幅大、出现多次反射，反射波到达时间早于桩底到达时间。波幅大、出现多次反射，难以观察到

44、反射波幅难以观察到反射波幅第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第八节第八节 声波探测在桩完整性检测中的应用声波探测在桩完整性检测中的应用三、检测结果的应用三、检测结果的应用1.确定桩基混凝土纵波波速确定桩基混凝土纵波波速Vp V2L / t （m/s）L-桩长，桩长，m;t - 桩底反射波到达时间，桩底反射波到达时间，s。2.确定桩身缺陷位置和范围确定桩身缺陷位置和范围L： L=t Vp /2L- 缺陷距桩顶距离，缺陷距桩顶距离，m m；t - 缺陷位置反射波至时间，缺陷位置反射波至时间，s; s;Vp - 桩身纵波波速平均值，桩身纵波波速平均值，m/sm/s. .第七章第七章 声波探测技

45、术声波探测技术 第八节第八节 声波探测在桩完整性检测中的应用声波探测在桩完整性检测中的应用三、检测结果的应用三、检测结果的应用3.桩身缺陷范围确定桩身缺陷范围确定L缺缺 L缺缺 =1/2 t V缺缺t- 桩身缺陷上下面反射波到达的时间差，桩身缺陷上下面反射波到达的时间差，s s； V缺缺- 桩身缺陷段纵波波速，桩身缺陷段纵波波速，m/s。离散：离散：15002700 m/s断层：断层：800 -1000 m/s裂隙空洞：裂隙空洞： 600 m/s缩颈：缩颈： 正常波速正常波速第七章第七章 声波探测技术声波探测技术 第八节第八节 声波探测在桩完整性检测中的应用声波探测在桩完整性检测中的应用三、检

46、测结果的应用三、检测结果的应用4.混凝土纵波波速与桩身强度关系混凝土纵波波速与桩身强度关系 纵波波速纵波波速 m/s桩身强度桩身强度4100c353700-41003700-4100 c303500-37003500-3700 c252700-35002700-3500 c2024002400c20混凝土强度无损监测混凝土强度无损监测-回弹仪回弹仪混凝土强度无损监测混凝土强度无损监测-回弹仪回弹仪第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测第一节第一节 回弹检测法回弹检测法实质实质: :在构件混凝土上测得回弹值和碳化深度，来评价结构或构在构件混凝土上测得回弹值和碳化深度，来评价结构或构件混凝土强

47、度的方法件混凝土强度的方法一、回弹仪原理一、回弹仪原理将弹击杆顶住混凝土表面，轻压仪器弹击锤松钩，冲击锤击杆将弹击杆顶住混凝土表面，轻压仪器弹击锤松钩，冲击锤击杆后，弹击锤带动指针向上移动到一定位置，指针在刻度尺上后，弹击锤带动指针向上移动到一定位置，指针在刻度尺上指示回弹值。指示回弹值。二、回弹仪量测二、回弹仪量测（一）试样、测区、测面和测点（一）试样、测区、测面和测点1. 1.试样：测试部位具有代表性试样：测试部位具有代表性数量：不少于结构总数的数量：不少于结构总数的30%30%第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测二、回弹仪量测二、回弹仪量测（一）试样、测区、测面和测点（一）试样、测

48、区、测面和测点2. 2.测点布置：测点布置：1 1）测区：）测区：每个试样均布置测区，测区不少于每个试样均布置测区，测区不少于1010个个测区间距测区间距2m2m，测区编号，测区编号每个测区每个测区2 2个测面（相对平行），若不允许可以一个。个测面（相对平行），若不允许可以一个。测区尺寸：一般测区尺寸：一般400cm400cm2 2, ,容纳容纳1616个弹击点个弹击点2 2）测面处理：平整、干燥，不应有粉刷层、浮层）测面处理：平整、干燥，不应有粉刷层、浮层第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测二、回弹仪量测二、回弹仪量测（一）试样、测区、测面和测点（一）试样、测区、测面和测点3. 3.回

49、弹值测读回弹值测读 每测区每测区1616点，若两个测面，每测面弹击点，若两个测面，每测面弹击8 8点，测点间距不小点，测点间距不小于于3cm3cm4. 4.数据整理数据整理剔除剔除1616测点的最大值测点的最大值3 3个，最小值个，最小值3 3个，计算平均回弹值个，计算平均回弹值 N =N =Ni/10Ni/10 Ni- Ni- 第第i i个测点回弹值个测点回弹值第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测三、碳化深度值量测三、碳化深度值量测 测点内凿出直径为测点内凿出直径为15cm,15cm,深深6mm6mm孔洞，用浓度孔洞，用浓度1%1%酚酞酒精滴酚酞酒精滴在孔洞内壁边缘，再用钢尺量测呈紫色

50、部位的垂直深度在孔洞内壁边缘，再用钢尺量测呈紫色部位的垂直深度Li ,Li ,计算碳化深度平均值计算碳化深度平均值 L= Li /nL= Li /n 碳化深度碳化深度6mm,6mm,取取Li =6mmLi =6mm 碳化深度碳化深度0.4mm,0.4mm,取取Li =0Li =0第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测四、混凝土强度的评定四、混凝土强度的评定1. 1.测区混凝土强度评定测区混凝土强度评定1 1）公式）公式: R: Ri i =0.025N =0.025Ni i -2.0108-2.0108 10 10 - 0.035L- 0.035L i i (MP (MPa a ） N N

51、i i测区平均回弹值测区平均回弹值,mm,mm； L Li i - - 平均碳化深度，平均碳化深度，mm. mm. 。 2) 2)换算表法换算表法 换算混凝土强度换算混凝土强度 （MPaMPa) )N00.51.01.52.02.5.2020.220.420.610.310.510.710.99.910.110.310.59.9L第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测四、混凝土强度的评定四、混凝土强度的评定2. 2.单个构件混凝土强度平均值单个构件混凝土强度平均值R Rn n R Rn n = R= Ri i /n /n R Ri i - - 第第i i测区混凝土强度值，测区混凝土强度值，

52、MPaMPa； nn单个构件单个构件 测区数，个。测区数，个。3. 3.构件总和混凝土强度平均值构件总和混凝土强度平均值R RN N R RN N = R= Ri i /n /nR Ri i - - 第第i i测区混凝土强度值，测区混凝土强度值，MPaMPa； nn测试构件总和测试构件总和 测区数，个。测区数，个。第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测四、混凝土强度的评定四、混凝土强度的评定4. 4.构件混凝土强度的评定构件混凝土强度的评定1) 1)单个构件混凝土强度评定单个构件混凝土强度评定原则：取第一条件值和第二条件值较低为评定值原则：取第一条件值和第二条件值较低为评定值第一条件值的计

53、算：第一条件值的计算： R R1 1 = 1.18 = 1.18（RnRnK K* *S Sn n ) )第二条件值的计算：第二条件值的计算： R R2 2= 1.18= 1.18（Rni)Rni)minmin Rn Rn-单个构件混凝土强度平均值单个构件混凝土强度平均值, MPa, MPa; ; K- K- 合格判定系数合格判定系数 S Sn n- - 混凝土强度标准差混凝土强度标准差 （Rni)Rni)minmin- - 各测区混凝土强度最小值，各测区混凝土强度最小值，MPaMPa ； 样本数n1014152425 K1.701.651.60第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测四、混

54、凝土强度的评定四、混凝土强度的评定4. 4.构件混凝土强度的评定构件混凝土强度的评定2) 2)构件总和混凝土强度评定构件总和混凝土强度评定原则：取第一条件值和第二条件值较低为评定值原则：取第一条件值和第二条件值较低为评定值第一条件值的计算：第一条件值的计算： R R1 1 = 1.18 = 1.18（R RN NK K* *S Sn n ) )第二条件值的计算：第二条件值的计算： R R2 2= 1.18= 1.18（Rni)Rni)minmin R RN N - -构件总和混凝土强度平均值构件总和混凝土强度平均值, MPa, MPa; ; K- K- 合格判定系数合格判定系数 S Sn n-

55、 - 混凝土强度标准差混凝土强度标准差 （Rni)Rni)minmin- - 各测区混凝土强度最小值，各测区混凝土强度最小值，MPaMPa ； 样本数n1014152425 K1.701.651.60第九章第九章 回弹法无损监测回弹法无损监测工程实例工程实例 某工程框架结构，混凝土设计标号某工程框架结构，混凝土设计标号C40,2009C40,2009年九月完成地下年九月完成地下室浇筑，三个月后地上二层完工发现地下室墙体出现裂缝，室浇筑，三个月后地上二层完工发现地下室墙体出现裂缝，随工程发展地上随工程发展地上4 4层完工时裂隙增多。根据层完工时裂隙增多。根据1313组混凝土试块组混凝土试块强度测

56、试，除一组达设计强度外，其他强度测试，除一组达设计强度外，其他1212组未达到设计强度，组未达到设计强度，最低者仅达到设计强度的最低者仅达到设计强度的68%68%。1 1月月2 2日进行回弹测试日进行回弹测试6262个测个测区，构件总和混凝土强度评定值为区，构件总和混凝土强度评定值为42.6MPa,42.6MPa,回弹未考虑碳化回弹未考虑碳化深度影响。委托具有监测资质法律效力部门再次监测，设置深度影响。委托具有监测资质法律效力部门再次监测，设置2222测区，测区集中在裂隙区布设，弹击后进行各测点的碳化测区，测区集中在裂隙区布设，弹击后进行各测点的碳化深度量测，整个地下室的混凝土强度平均值深度量

57、测，整个地下室的混凝土强度平均值R RN N =38MPa.=38MPa. 按第一条件值：按第一条件值： R R1 1=29.8MPa ;=29.8MPa ; 按第二条件值：按第二条件值： R R2 2=28.2MPa =28.2MPa 评定结论：地下室混凝土强度为评定结论：地下室混凝土强度为28.2MPa 28.2MPa ，未达到设计强度，未达到设计强度，与混凝土试块强度一致，达设计强度的与混凝土试块强度一致，达设计强度的68%68%。地下隧道压力监测地下隧道压力监测压力盒压力盒地下隧道压力监测地下隧道压力监测混凝土压力计混凝土压力计地下隧道压力监测地下隧道压力监测围岩压力枕围岩压力枕地下隧

58、道压力监测地下隧道压力监测围岩压力枕围岩压力枕锚杆液压应力计锚杆液压应力计地下隧道位移监测地下隧道位移监测多点位移计多点位移计地下隧道位移监测地下隧道位移监测多点位移计多点位移计地下隧道位移监测地下隧道位移监测多点位移计多点位移计第八章第八章 地下隧道工程施工监测地下隧道工程施工监测 第一节第一节 隧道工程信息化施工隧道工程信息化施工一、监测任务一、监测任务1. 1.监测围岩变形、压力监测围岩变形、压力2. 2.监测结构的应力和应变监测结构的应力和应变二、监测目的二、监测目的1. 1.根据监测信息，调整支护参数控制变形，保证施工安全。根据监测信息，调整支护参数控制变形，保证施工安全。2. 2.

59、最大限度发挥围岩的自支撑能力（新奥法施工核心）最大限度发挥围岩的自支撑能力（新奥法施工核心）最容易监测到围岩变形，通过位移监测获取围岩稳定信息，合最容易监测到围岩变形，通过位移监测获取围岩稳定信息，合理确定二次衬砌支护时间理确定二次衬砌支护时间预报险情，指导施工预报险情，指导施工 根据位移监测信息，做出正确判断，为修正施工方案和参数提供根据位移监测信息，做出正确判断，为修正施工方案和参数提供依据依据验证理论公式正确性验证理论公式正确性三、信息化施工程序三、信息化施工程序初步选定设计参数初步选定设计参数 监测围岩位移监测围岩位移 调整设计支护参数调整设计支护参数地下隧道位移监测地下隧道位移监测位

60、移收敛仪位移收敛仪地下隧道位移监测地下隧道位移监测位移收敛仪位移收敛仪收敛仪监测点收敛仪监测点第八章第八章 地下隧道工程施工监测地下隧道工程施工监测 第二节第二节 位移监测位移监测收敛位移、单点位移、多点位移、拱顶位移、地表位移收敛位移、单点位移、多点位移、拱顶位移、地表位移一、收敛位移量测（净空相对位移）一、收敛位移量测（净空相对位移）1. 1.概念：隧道周边水平净空尺寸变化。概念：隧道周边水平净空尺寸变化。收敛值收敛值: : 两次量测值之差两次量测值之差 =R=R1 1-R-R2 2 式中：式中：RiRi时刻净空尺寸时刻净空尺寸2. 2.量测设备量测设备钢卷尺收敛计钢卷尺收敛计3. 3.组