《岩土加固技术教学课件》9岩土检测与监测

1、9 岩土锚固施工检测与监测第1页，共49页。2022/8/2029.1 概述9.2 材料检测和施工质量检测 9.2.1 材料检测 9.2.2 喷混凝土强度和其它检测 9.2.3 锚杆的锚固力检测 9.2.4 预应力检测9 岩土锚固施工检测与监测9.3 工程监测 9.3.1 概述 9.3.2 工程监测内容 9.3.3 监测内容要求 9.3.3 监测评价第2页，共49页。2022/8/2039.1 概述岩土锚固的特点：能在地层开挖后，及时提供支护抗力有利于保护地层固有强度，阻止地层进一步扰动，控制地层变形的发展，提高施工过程安全性。提高地层软弱结构面、潜在滑移面的抗剪强度改善地层的其他力学性能。改

2、善岩土体的应力状态，使其向有利于稳定的方向转化. 锚杆的作用部位、方向、结构参数、密度和施作时机可以根据需要方便地设定和调整，能以最小的支护抗力，获得最佳的稳定效果. 第3页，共49页。2022/8/2049.1 概述岩土锚固的特点：将结构物和地层紧密地连锁在一起，形成共同工作体系。伴随着结构物体积的减小，能显著节约工程材料，有效提高土地利用率，经济效益十分显著。 对预防和整治滑坡、加固和抢修出现危险的结构物具有独特的功效，有利于保障人民生命财产安全。 但在工程质量、稳定性、合理性等存在许多问题，因此，需要运用检测和监测的方法进行改善。第4页，共49页。2022/8/2059.1 概述施工检测

3、和工程监测是两种目的不同的检查测量工作。施工检测:主要包括材料检测和施工质量检测；工程监测:是指工程实施锚固加固后对其工况进行的工程测量工作。检测和监测尽管都是采用仪器和工具对工程或工程的有关部位和部件进行不同的测量。施工检测内容:主要是对原材料检测或是对工程施工质量的检查；工程监测内容:主要是对工程实施锚固加固措施后工程工况的测量。第5页，共49页。2022/8/2069.1 概述施工检测目的：是保证工程质量，比较单一。工程监测目的：是获得工程施工后的信息，并指导后续的工作。这种信息包括两方面，即：设计合理性的信息环境介质条件在工程实施锚固后的变化规律及其对工程结构的影响。检测不仅是保证施工

4、质量的重要措施，它也是监测分析的依据。同样能给判断设计的合理性以及环境条件变化的影响提供数据。第6页，共49页。2022/8/2079.1 概述工程监测的重要性在于岩土工程特有的特点所决定的。岩土工程和地面工程不一样，它有许多不确定的因素。首先，地下工程的地质条件往往是未知或难于预计，岩土介质物理力学参数是变化的，并且有很大的变化范围（变异系数大）；其次是岩土介质的力学性质具有时间效应，随着时间的变化其力学参数也发生变化，从而改变对工程结构的作用和影响；且环境介质的工程条件（如：力、渗透作用）和施工密切相关。也就是说，施工措施的差别，甚至同样的施工措施而水平不一致，都会导致工程条件的变化。因此

5、，岩土工程特别重视监测和信息反馈。第7页，共49页。2022/8/2089.2 材料检测和施工质量检测9.2.1 材料检测需要检测的材料包括：钢材、水泥、砂子、石子、注浆浆液等主要建筑材料和施工材料。材料的检测和一般建筑施工的检测方法基本一致。注意满足岩土锚固技术对这些材料的特殊要求。如喷混凝土砂子需要容重大，而石子粒径要求小，且砂子要有一定湿度；喷混凝土添加剂配比要严格；注浆水泥浆液水灰比（0.61.0）既要考虑强度要求，也要注意满足泵送要求；双液浆配比和添加剂一样，应严格要求，偏少会影响粘结效果，过多会降低强度等。所有材料试验都应满足量的规定。规范中都有具体规定。第8页，共49页。2022

6、/8/2099.2 材料检测和施工质量检测9.2.2 喷混凝土强度和其它检测喷混凝土强度是施工质量检测的重要内容，其试验方法有：无底模盒喷射成型：按一般混凝土的强度试验方法进行；钻或切取样试验：从喷射成型的混凝土壁上取样。间接法：如回弹仪测定喷混凝土强度。由回弹值计算其强度。拉拔法：预先埋设好拉拔用的销钉，拉出销钉后通过拉拔破坏面大小计算抗剪强度，然后通过经验关系算出抗压强度。第9页，共49页。2022/8/20109.2 材料检测和施工质量检测9.2.2 喷混凝土强度和其它检测锚固技术的质量检测除混凝土强度和锚固力测定外，其他还包括一些几何参数的检查，如：锚杆的布置尺寸、角度方位、喷混凝土厚

7、度等。锚喷质量检测系列仪器：气动混凝土钻芯取样机，电动岩芯钻取仪MT-II型锚杆探测仪JSS30A型巷道断面收敛仪，QT80型巷道断面收敛仪混凝土强度检测仪，PQJ-1型喷层强度检测仪第10页，共49页。2022/8/20119.2 材料检测和施工质量检测9.2.3 锚杆锚固力检测检测锚杆锚固力：实际是锚杆的极限拉拔力，或者说是锚杆能提供给岩土介质的极限稳定作用。锚杆锚固力检测是锚杆加固检测的一个重要内容。锚固力检测可以达到两种目的：即掌握锚杆的承载能力和锚杆的施工质量。第11页，共49页。2022/8/20129.2 材料检测和施工质量检测9.2.3 锚杆的锚固力检测锚杆的锚固力很难简单确定

8、，同时，锚杆又是一种隐蔽性工程，施工质量好坏的评定，必须通过直接拉拔的检测手段来确定。极限锚固力检测的拉拔试验是一种破坏性试验，影响施工质量。因此，要尽量减少。目前还没有一种可靠的非破坏性检测方法可以替代。第12页，共49页。2022/8/20139.2 材料检测和施工质量检测9.2.3 锚杆的锚固力检测锚杆拉拔试验采用ML穿心拉力机进行。试验时将锚杆穿过千斤顶，用螺母、垫板将千斤顶夹在中间张拉。锚杆最大承载能力，或者锚杆拉出40 mm时的载荷值，就是其锚固力。锚杆施工质量检测有一定的数量要求，如每100根锚杆应不少于3根。锚杆拉拔时要避免千斤顶和锚杆的弯曲。锚固力检测的千斤顶要定期给予标定，

9、标定时要注意油管长短以及其它工况应与实际一致。第13页，共49页。2022/8/2014第14页，共49页。2022/8/20159.2 材料检测和施工质量检测9.2.4 预应力检测预应力检测有两个目的：（1）确定新设计锚杆的锚固能力或对某种地层的适应能力，以及为锚杆设计提供可靠的参数；（2）检验施工质量符合验收标准。预应力检测和预应力张拉原理是相同的，采用同样张拉设备。锚杆预应力检测最大载荷不应超过锚杆标准强度的0.8倍。试验时一般采用逐级循环加载的方法进行。第15页，共49页。2022/8/20169.2 材料检测和施工质量检测砂质土和硬粘土的加载试验要求：在每段延续时间里观测锚杆头部位移

10、（三次以上）；当最终位移量不超过0.1mm时，开始第二循环加载；否则应延长观测时间到2 h不超过2mm为合格。淤泥或淤泥质土的每段加载循环观测时间相对要求延长分别达15、30、120 min；并且应注意缓慢加载当载荷量低于标准强度50%时，加载速率不超过20 kN/min；当超过50%时，加载速率应低于10 kN/min。第16页，共49页。2022/8/20179.2 材料检测和施工质量检测对于软弱地层塑性指数大于17的淤泥或淤泥质土，预应力锚杆还应进行蠕变试验：蠕变试验原理和一般试验一致，考虑蠕变性质特点，在某恒定荷载下，每间隔一定时间测定变形量（最长观测时间到6 h），然后作曲线。再确定

11、曲线斜率： 要求最后一级荷载作用下的蠕变曲线斜率不应大于2.0 mm。第17页，共49页。2022/8/20189.2 材料检测和施工质量检测预应力锚杆施工结束后，应根据设计锚固力（对永久或临时锚杆分别为1.5倍或1.2倍）进行验收试验。验收试验的标准是锚头的位移量大小。发生下列情况时，可认为锚杆不合格： 后一级荷载下锚头产生的位移达到前一级荷载位移的两倍； 锚头总位移超过设计允许值。第18页，共49页。2022/8/20199.3 工程监测9.3.1 概述9.3.2 工程监测内容9.3.3 监测内容要求9.3.4 监测评价第19页，共49页。2022/8/20209.3.1 概述工程监测的意

12、义和目的地下工程必须进行工程监测的原因：地下工程不同于地面工程的重要特点是：地下工程把结构周围岩土介质视为一体。因此，在确定结构荷载时必须充分考虑周围岩土介质的反应。地下工程岩土介质特性在施工前是无法预先准确确定，已知内容（通过钻探、探巷等）往往都是局部的，难以满足设计要求；岩土本身是十分复杂的介质，即使在同样岩土层中，其变异性要比一般材料高23倍，达到1520%，且还可能遇到不同岩土层和各种复杂结构；第20页，共49页。2022/8/20219.3.1 概述岩土介质的一个特点是其变形破坏的渐进性，就是前面的过程将影响后续的反应，因此，过程的变化是延续的；地下工程力学是和施工实践密切相关的科学

13、。所谓密切相关，就是施工过程本身将影响岩土介质的反应，也就是说，最后将影响结构上的荷载。因此，由于施工过程的差别，产生的影响就不一致。一方面因施工方法、技术的不同而出现结构响应的不同；另一方面因施工是一个过程，因而在施工过程中（并延续整个过程）就会出现不同的反应。第21页，共49页。2022/8/20229.3.1 概述归纳而言，地下工程具有系统性、反馈性特点，存在有大量的未知性、不确定性的状态（条件）。因此，要较好实现地下工程的功能，过程的监测是必须的。新奥法隧道施工技术之所以能取得广泛的认可并取得成果，监测与反馈技术是其重要的保证。第22页，共49页。2022/8/20239.3.1 概述

14、监测工作应达到如下目标：提供设计资料和依据（围岩或锚固结构的状态、反应）；校核设计的合理性与理论的正确性；指导施工，通过信息的评价，进行工程预测、预报，提出安全、合理的措施或补充设计内容；掌握运行期的工程状况，实现正常工作状态和保证安全。第23页，共49页。2022/8/20249.3.1 概述工程监测设计原则和内容工程监测作为工程施工过程的一部分内容，也应列入施工组织设计之中。工程监测设计一般包括如下内容：监测目的。各项工程监测目的或侧重面各不相同，因而主要的检测内容和相配套的检测内容也不尽相同。包括：工程内容：基础工程、水利工程、地下工程等不同类型；工程性质：永久性或临时性工程；监测用途：

15、获得施工或设计资料、指导施工、控制工程运行过程等。第24页，共49页。2022/8/20259.3.1 概述监测内容。交代具体的监测项目。监测仪器。不同监测内容所用仪器各不相同。监测工作的操作。地点设计（测点布置）、时间安排（间隔或延续性，间隔时间长短，延续时间）、监测操作要求和测量精度要求等。第25页，共49页。2022/8/20269.3.1 概述监测设计与工作应遵循如下原则：1）监测内容和项目要和监测目的配合，注意内容精简，但不能遗漏；2）保证数据的科学性和完整性。考虑到数据处理时资料充足、分析时根据充分。3）选用仪器或设计测量精度要科学。要根据可能的最大变化值，选择仪器量程；根据变化大

16、小确定测量的间隔时间；根据量测值的大小选择精度。4）布置测点、测量时间要充分考虑环境影响。岩土工程周围环境复杂，要避免施工影响；测点布置要注意地形、场地、可能的灾害影响；地下工程中应注意不动点的位置；5）注意定量分析与定性分析结合、测量结果的闭合性和相互印证性。第26页，共49页。2022/8/20279.3.2 工程监测内容（1）岩土物理状态监测这是对结构物周围的岩土介质的物理状态的监测。主要包括：岩石的裂隙情况（发育状况、分布范围、裂隙开裂）、岩层离层情况、土层破坏状况、渗流情况等。监测方法：主要采用裂隙探测仪（声波、电磁辐射、电阻、X射线和其它射线、位移分布曲线）、裂隙规尺、度尺、注（抽

17、）水渗透试验、示踪试验等。第27页，共49页。2022/8/20289.3.2 工程监测内容（2）位移监测位移监测内容广泛，对象不同，所用方法也不同。位移监测包括：建筑物或构筑物变形位移测量。岩土体表面位移测量等。不同岩土工程表面位移监测内容如下：基坑周边水平位移、坑底隆起、地面沉降；地下工程底板或地表下沉、两帮收敛、顶底收敛；边坡地表位移、滑动面间相对位移；水工工程各种坝体水平位移、下沉等。第28页，共49页。2022/8/20299.3.2 工程监测内容岩土体内部位移。岩土内部位移通过钻孔内布置测点，测点可以随岩土位移而移动的办法确定测点位置处岩土体的位移。岩土体内部位移包括：基坑轴线变形

18、；地下工程围岩内部位移；边坡岩土体内部位移等。第29页，共49页。2022/8/20309.3.2 工程监测内容位移测量有一个重要工序是要确定不动点（测量基准）位置。地下工程要获得不动基准点有时很困难，这与一般的地面测量有所区别。因此，地下工程根据其测量基准是否为不动点，可以将位移测量内容分为绝对位移与相对位移（收敛）两类。绝对位移是以不动点为基准的位移量。相对位移是指两点间距离的变化（一般是缩小，故称为收敛），或者是假设一点不动所得另一点的位移量。第30页，共49页。2022/8/20319.3.2 工程监测内容根据监测类型、变形大小、要求精度不同，位移监测可选择不同仪器。相对位移：收敛计、

19、测斜仪（精细）；测尺（杆）（大量程、小精度）；绝对位移：水准仪、经纬仪、全站仪、GPS、测尺等。第31页，共49页。2022/8/20329.3.2 工程监测内容应力监测应力监测（检测）包括：地应力、地下工程支护（支架、锚杆、衬砌）结构自身应力（包括预应力）等的测量。应力测量都要用到各种应力计和应变计等。第32页，共49页。2022/8/2033第33页，共49页。2022/8/20349.3.2 工程监测内容荷载监测荷载测量主要指作用在结构上的压力。支架压力、锚杆压力、衬砌压力；土压力、水压力测量等。第34页，共49页。2022/8/20359.3.3 监测内容要求 基坑监测项目（表92）水

20、工建筑监测项目（表93）地下工程监测项目（表94）边坡工程监测项目（表95）第35页，共49页。2022/8/2036表9-2 基坑监测项目 测试项目安全等级一二三基坑周边变形应应应周围管线、建筑物变形应选可地下水位应选可锚杆拉力、支撑轴力选选可主轴变形、主动侧压力选选可第36页，共49页。2022/8/2037表9-3 水工建筑项目监测项目 工程类型观测项目水平移动下沉固结裂缝拉伸大型水库土坝、土石混合坝应应选选中型水库土坝、土石混合坝应应选混凝土坝应应选选圬工坝应应选选水闸、溢洪道应应选隧洞、泄水底孔选船闸应应选第37页，共49页。2022/8/2038表9-4 地下工程监测项目 项目名称

21、手段布置测试时间备注115d1630天13月3月后应测项目周边收敛收敛计、测杆2050m一测面、每断面13对测点12次 / 天1次 / 2天12次/周13次/月测点布置数量与工程地质和工程性质有关。地质条件差、工程重要应从密布置拱顶下沉水平仪、测杆3050m一测面、13测点选测项目围岩位移位移计选择有代表性地段测试参照上述情况间隔进行围岩松弛区多点位移计、裂隙松动仪等锚杆（索）应力或预应力锚杆测力计接触应力压力传感器喷层表面应力应力（变）计地表下沉水平仪第38页，共49页。2022/8/2039表9-5 边坡工程监测项目 测量项目测试仪器目的地表位移光电测距仪，经纬仪、水准仪（1）利用坡面或坡

22、顶测点测定位移区范围，（垂直和其它）移动速度、方向；（2）确定破坏模式；（3）进行安全监测标桩和钢带（1）在坡顶或平台上测量裂隙大小、活动与否及位移；（2）确定移动方向和安全监测地表位移伸长仪（1）在坡顶或平台上测量裂隙大小、活动与否及位移；（2）确定移动方向和安全监测地下位移倾斜仪探测岩体相对于稳定地层的位移；及其构造特征伸长仪监测人工加固边坡的位移；从地下巷道检测边坡倒置摆安设坡顶，探测位移与安全监测水压力水压计确定地下水状态、对破坏面的作用及疏干系统效果锚杆荷载测力计测量锚固系统作用第39页，共49页。2022/8/20409.3.4 监测评价监测的结果要对施工或者设计有反馈才能发挥作用

23、，目前这方面的工作还比较薄弱。监测反馈可从以下几个方面考虑：（1）变形的有限性 （2）变形曲线和二次支护时间 （3）估计总变形量 （4）局部变形和变形变化突发性不正常 （5）围岩的状态和锚杆的控制范围 （6）锚杆等支护受力 （7）预应力情况 （8）监测结果的直接反馈与综合分析 （9）判断稳定的条件 第40页，共49页。2022/8/20419.3.4 监测评价变形的有限性 各种稳定的岩土工程变形应该是有限的；同时，由于开挖和应力重新分布的缘故，出现变形也是必然的。因此，稳定的岩土工程应该在进行到一定时间以后变形趋于零（变形速率越来越小）。这段时间的长短取决于工程岩土性质好坏、规模大小（基坑深浅

24、）等。如地下工程的稳定时间大约在2周到1个月。第41页，共49页。2022/8/20429.3.4 监测评价变形曲线和二次支护时间通过变形测量可得到回归变形曲线，回归曲线至少可以获得两个结果：总位移量和变形速率的变化（变形规律）。常常通过变形的变化速率来确定二次支护时间。过早施作二次支护，没有充分发挥前期支护的作用，且要求二次支护有较高的强度；过迟就失去二次支护的作用。一般要求：二次支护变形量能满足后期的位移大小，变形速率开始变缓（曲线两部分切线交点）时进行。第42页，共49页。2022/8/20439.3.4 监测评价估计总变形量工程一般都有最大位移值的限制（表9-6）。因此，可以根据累计变

25、形量的测量结果进行回归，通过回归曲线对最终变形量进行估计，并且估计总变形量不应超过最大允许变形量。第43页，共49页。2022/8/20449.3.4 监测评价局部变形和变形变化突发性不正常 当整体监测结果均良好，有局部变形检测结果与整体情况相差比较大时，或者当变形已经开始趋于稳定后又出现速率的突然增加，应给予特别的注意，具体分析原因并及时采取加强措施。第44页，共49页。2022/8/20459.3.4 监测评价围岩的状态和锚杆的控制范围 一般锚杆均要对开挖后影响范围的周围岩土进行控制。锚杆要伸到开挖形成的影响范围以外。即使无法伸到影响范围以外，也要按照一定的观点通过影响范围来确定锚杆的合理长度。第45页，共49页。2022/8/20469.3.4 监测评价锚杆等支护受力 锚杆等支护受力大小反映支护作用，因此，支护必须承受相当的载荷，否则说明其不起作用。不起作用可能有如下因素：支护布置不合适、支护安放不合适（质量问题、不牢固、无承载