第六章 施工期测量与检验监测

第六章施工期测量与检验监测第六章施工期测量与检验监测第一节概述第二节桩基检测第三节洞室岩体变形观测第四节土压力与孔隙水压力量测第五节边坡变形监测一、岩土工程施工测量与检验监测的内容岩土工程施工测量与检验监测（GeotechnicalConstructionMeasurementandInspectionMonitoring）主要包括施工期测量、桩基动测、土压力和孔隙水压力观测、沉降与变形观测、边坡变形监测、地下洞室围岩观测和大坝原位观测等。二、岩土工程施工测量与检验监测的意义岩土工程施工测量与检验监测是岩土工程中的一个重要环节，它与勘察、设计、施工一起，构成了岩土工程的完整体系。其目的在于保证工程的质量和安全，提高工程效益。通过检验与监测所获取的数据，可以预测一些不良地质现象的发展演化趋势及其对工程建筑物的可能危害，以便采取防治对策和措施通过检验与监测所获取的数据进行反分析，求取岩土体的某些工程参数，以此为依据及时修正勘察成果，优化工程设计，必要时应进行补充勘察对岩土工程施工质量进行监控，可以保证工程的质量和安全。验证核查岩土工程勘察成果与评价，补充和修正勘察成果。如果实际情况与勘察成果出入较大时，还应进行施工阶段的补充勘察。第六章施工期测量与检验监测第一节概述第二节桩基检测第三节洞室岩体变形观测第四节土压力与孔隙水压力量测第五节边坡变形监测测桩前对桩头的处理成桩后测试前要有一段时间的间隔锚桩的距离要大于6倍的桩的直径量测沉降量的基准梁基础要远离试桩4倍的桩径加荷等级为设计承载力的1/5到1/8每级加荷后，隔5，10，15，15，15分钟读一次桩的沉降量，以后每30分钟读一次读数终止标准：总沉降量达40mm;或出现沉降量陡增等。一、静测桩-载荷试验昆明某工地静测桩照片昆明某工地静测桩照片高应变法和低应变法高应变主要用来确定桩的极限承载力低应变主要用来测定桩身的完整性二、动测桩（一）高应变法高应变为用重锤冲击桩顶，同时测量桩顶附近截面上承受的力和质点速度桩的承载力是每次锤击过程中桩身所承受的总的土阻力（包括静阻力Rs和动阻力Rd）：1、试验原理2、测试要求（1）对锤重和速度的要求为了保证有足够的冲击能量输入到桩中，使桩-土之间发生较大的相对位移，桩周土进入塑性状态，激发出极限阻力。自由落锤，锤的重量应大于单桩极限承载力的1%或桩身质量的1/8~1/10采用重锤和降低降落高度，以减小冲击速度。可采用每次锤击的桩的贯入度来控制冲击能量，一般贯入度应大于2.5mm（2）对桩头的处理可采用在桩顶放置桩垫，如木板、胶合板等来保护桩头，并应经常更换。为了获得一个理想的平面入射波，确保在试验期间多次冲击下桩头不会出现破裂，在试验前应对桩头进行加固处理。要求桩头顶面应水平、平整，桩头中线与桩身中线重合。对于桩头严重破损的，试验前也应进行修复。强调：桩头质量和形状尺寸是否达到要求是高应变试验能否成功的关键问题之一。

（3）质点速度的测量桩顶附近截面的质点速度时程曲线是首先测量质点加速度，再通过数值积分获得的。一般采用压电加速度传感器测量加速度。加速度计应使用两只，分别对称地安装在桩身两侧。这是用于检查冲击荷载是否偏心。加速度计距桩顶距离应大于桩直径或边长的2倍。这样做的目的是使得当锤击波到达测量截面时波阵面接近平面，且截面上的应力分布比较均匀。一般是用膨胀螺栓将一有机玻璃块固定在桩身上，然后再将加速度计通过底座上的螺孔连接到有机玻璃块上。

（4）截面上作用力的测量测量截面上作用力是通过该截面处桩身的应变测量，然后再乘以桩身的横截面面积和桩身材料的弹模获得的。高应变试验中的应变测量一般采用可重复使用的工具式应变传感器，应变传感器的自振频率应远大于被测信号的频率。为了保证测量精度，加速度计和应变传感器应定期进行标定。在安装时，应变传感器的中心应保持与加速度传感器中心位于同一水平线上，且两者之间的水平距离不宜大于10cm。（5）检测时间当检测桩承载力时，不应在施工完成后立即进行，而应间歇一段时间（称为休止时间）后进行预制桩休止时间不应小于表中规定的时间灌注桩休止时间大于混凝土达到设计强度等级所需时间，且不应小于表中规定的时间。土的类别休止时间砂土7粉土10粘性土非饱和土15饱和土25（6）单桩承载力的确定要求在计算单桩极限承载力之前，应对所测得速度和力的时程曲线进行认真的检查。出现下列情况之一时，其信号不得作为分析计算依据。 ①力的时程曲线最终未归零； ②严重偏心锤击，一侧力信号呈现受拉； ③传感器出现故障； ④传感器安装处混凝土开裂或出现塑性变性。

低应变试验方法是指对桩头的冲击能量较低，在桩身中引起的应变较小的桩基动力检测方法。它主要用于桩基完整性的检测。这里仅介绍声脉冲反射波法，简称反射波法。1、测试原理桩身混凝土的内阻尼和桩周士的外阻尼大大地削弱了桩尖或缺陷处的反射波幅值，其衰减程度通常为每毫秒2～8（分贝）。致使桩尖的反射波振幅可以降低为锤击波振幅的1/1000，甚至1/10000。（二）低应变法2、测试方法

（1）声脉冲的激发在低应变试验中，一般使用质量较小的手锤来激发声脉冲。撞击的持续时间受冲击速度影响很小，主要取决于撞击体的质量。因此，使用轻锤可以激发出较窄的高频脉冲。（2）测量锤子施加于桩的力（3）桩顶质点速度测量在低应变试验中，一般仅测量桩顶的速度响应。3、测试要求

为了避免锤击引起的桩顶平面的破损，应在桩顶放置垫层。垫层的波阻抗对激发的声脉冲宽度有显著影响。因此垫层既不能太软，也不能太硬，以产生所要求的脉冲宽度为宜。在试验前桩头必须处理好。被测桩应凿平浮浆，平整桩头，切除桩头外露过长的主钢筋。桩头的浮浆或是不平整都会引起“杂波”，严重干扰人射波和反射波信号。3）试验时应敲击桩顶中心，加速度计牢固地固定在桩顶边部，与敲击点不能太靠近．同时又不能放置在钢筋头上。对于直径较大的桩可安置两个或多个传感器。4）用手锤激发的脉冲宽度窄，频带宽，反射波微弱，因此测量所用的加速度计自振频率应高一些。灵敏度要求高。为了识别微弱的反射波信号，可以采取各种信号增强技术；用滤波可以消除一些不必要的高频噪声，以提高信-噪比。5）为了保证获得可靠的试验数据，对每一根被检测的单桩应以测得两次以上重复性好的信号记录为准。利用检测仪的实时处理功能，可以对被测信号及时地进行初步的分析判断，计算波的传播速度，利用各种信号增强功能观察桩尖或缺陷处反射波。如发现波形异常，应及时分析原因，排除故障，再进行重复试验，直到获得满意波形为止。4、桩基完整性分析

由于测量数据不足，一般得不到唯一确定的解答。为此必须补充其他的信息。应该结合工程地质资料、施工原始记录、施工方法、现场条件、桩的类型等因素进行综合分析。断裂处形成一个自由面，波传不到下部，造成全反射，桩尖反射消失。在桩身大的突然断裂处引起的波阻抗变化比较剧烈，在速度曲线上表现为反射脉冲峰值高，且前沿比较陡峭。第六章施工期测量与检验监测第一节概述第二节桩基检测第三节洞室岩体变形观测第四节土压力与孔隙水压力量测第五节边坡变形监测洞室开挖后破坏了岩体的应力状态，洞室表面将产生收敛位移，围岩内部将产生松弛变形。洞室表面收敛位移和围岩岩体松弛变形的量测，对评价洞室稳定性和设计衬砌都有指导作用。一、收敛位移的量测收敛位移的量测是洞室现场检测中应用最广的方法。洞室内壁面两点连线方向的位移之和称为“收敛”，此项量测称为“收敛量测”，“收敛值”为两次量测的距离之差。测试原理：洞室的开挖改变了岩体的初始应力状态，由于围岩应力重分布的洞室应力释放的结果，使围岩产生了变形，洞壁有不同程度的向内净空位移，我们在开挖后的洞壁（含顶、底）上，及时安设测点，采用不同的观测手段，观测其两点间的相对位移值。测试目的：了解围岩和衬砌的变形形态、判断围岩压力类型、推算最大位移特别适用于软岩常用仪器套管式收敛计、卷尺式伸长计、铟钢丝收敛计等量测断面一般包括三条基线：边墙-拱顶、边墙-拱腰、拱腰-拱顶，测点埋设膨胀式螺栓测量在下一开挖前进行，具上次爆破时间不超过24小时收敛曲线1）分析岩体的应力状态1-3的收敛值为11.99mm，2-3的收敛值为2.42mm，说明所受应力状态不对称2）分析岩体的流变性开挖一周后，1-2的变形速率为3mm/d，其后减慢，但仍大于0.1mm/d，说明岩体流变性能明显3）分析收敛的对称性由于洞室几何尺寸、岩体结构面、岩体性质的影响，水平收敛大于垂直收敛，因此在设计时，应以考虑水平收敛为主。收敛量测数据的应用1）评价围岩稳定性从监测施工中围岩稳定的角度看，应注意围岩位移加速度的出现，此时应采取紧急的加固措施。2）评价围岩达到稳定的标准，确定最终支护时间及仰拱灌注时间我国锚喷支护规范规定，隧道最终支护时间应在围岩达到稳定时稳定的标准：

a、周边收敛速度明显下降；

b、收敛量已达到总收敛量的80%~90%；

c、收敛速率小于0.1mm/d~0.2mm/d，或拱顶位移速率小于0.07mm/d~0.15mm/d3）调整施工方法与支护时机、调整锚杆支护参数、调整喷层厚度、修改开挖断面尺寸等二、松弛变形的量测测试原理：由于洞室开挖引起围岩的应力变化与相应的变形，距洞壁不同深度处位移各不相同，松弛变形就是观测围岩表面、内部各测点的相对位移值。测试目的：量测松弛变形可以测定岩体内不同部位的变形情况，判断松弛带宽度，指导设计与施工量测方法：多点伸长计、声波测试多点伸长计（多点杆式伸长计）锚固部分：把测试元件与围岩锚固为一整体，测试元件的变位即为锚固该点围岩的变位。传递部分：直杆式、钢带式、钢丝式等，连接方式有并联和串联两种。孔口装置：孔口设置的基准面及其固定、孔口保护、导线隐蔽及集线箱。直径20毫米的硬塑料保护管直径10毫米的钢管10月7日-10月24位移很小10月25日-10月27位移明显增大10月28日-11月9位移又变小11月10日-位移趋于稳定第四章施工期测量与检验监测第一节概述第二节桩基检测第三节洞室岩体变形观测第四节土压力与孔隙水压力量测第五节边坡变形监测一、土压力量测土压力的量测是借助于压力传感器装置来实现的，一般将压力传感器埋设在要量测压力的位置（如结构物与土体的接触面上）目前采用的压力传感器多为压力盒，有液压式、气压式、钢弦式和电阻应变式等压力盒要有足够的强度和耐久性，加压减压线性良好，能适应温度和环境变化而保持稳定压力盒与土体刚度要协调，埋设时应避免对土体的扰动，回填土的性状应与周围土体一致振弦式土压力盒电阻应变片式土压力盒二、孔隙水压力量测孔隙水压力对岩土体变形和稳定性有很大影响，地质体内的地下水孔隙水压力是一个非常重要的参数孔隙水压力监测目的如下表项目监测目的加载预压地基估计固结度以控制加载速率强夯加固地基控制强夯间歇时间和确定强夯深度预制桩施工控制打桩速率工程降水监测减压井压力和控制地面沉降研究滑坡稳定性监控和治理方法类型测量方法适用条件测压计式立管式测压计将带有过滤器的测压管打入土层，直接在管内量测渗透系数大于10-4cm·s-1的均匀孔隙含水层水压式测压计安装在孔壁的小型测压计探头，地下水压力通过导管传导至压力计测定渗透性低的地层，可测量由朝汐涨落，挖方引起的压力变化电测式测压计（电阻应变片、钢环应变计）地下水压力通过透水石传导至变化膜片引起挠度变化诱发电阻片变化，用不同的接受仪器测量孔隙水压力各种地层气动式测压计利用两亘排气管使压力为常数，传来的压力在透水元件中水压阀产生压差测量各种地层孔隙压力静力触探在触探探头上安装可量测孔隙水压力的传感器，在贯入过程中量测超孔隙水压力各种土层监测孔隙水压力变化反分析将钻孔分隔器密封，观测钻孔孔隙压力变化，利用渗流控制方程反分析低透水性岩体孔隙水压力测量方法及适用条件钢弦式孔隙水压力探头振弦式孔隙水压力探头微型孔隙水压力计群桩间孔隙水压力量测大铲湾现场孔隙水压力监测工程实例：万洲某滑坡防治工程中的滑体及滑带中的地下水位及孔隙水压力监测目前比较统一的观点是滑带粘土颗粒间的孔隙非常小，而且土体中孔隙所占的容积比在砂中的要大得多，在这种粘土层中的上面或下面若存在很大水压的含水层时，这种压力是否能提高孔隙水压力尚有不少疑问（因为实际上水并不是完全的流体，而具有某种程度的粘性）。但是用含水层的水位来代替滑带土中的水位，在某种程度上与实际情况还是较吻合的。为了探讨上述观点的准确性，在进行和平广场滑坡勘察过程中，专门布置了三个地下水位长观孔，对滑坡堆积体中的地下水进行分层观测。具体步骤：首先堵塞滑面以下的孔移段，对滑坡堆积体中的地下水安装双层观测孔，观测滑带及其以上3m的地下水位与潜水面地水位的差值及随时间的变化。滑坡堆积体的渗透系数为i×10-6—i×10-5cm/sec。通过一个多月的观测表明，潜水面比滑带附近的水位高出0.5—3m，二水位随时间变化具有同步性，土层渗透系数越低水位差越大。上述监测数据表明，即使是粘性土中地下水仍然存在渗透压力，埋深越大水头越低，对于处于蠕变阶段的滑坡，其滑动面附近土体在蠕是一个“扩容”过程，因此其与含水层的水力联系会加强，因而可以看作与滑体内地下水层为同一含水层，其孔隙水压力等同于对应点处的渗透水压力值，但低于对应点的静水