工程地质-现场检验与监测

第六章现场检验与监测第一节现场检验与监测的意义和内容现场检验与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。但对有特殊要求的工程，则应在使用、运营期间内继续进行。所谓“特殊要求”指的是：有特殊意义的重大建筑物；一旦损坏造成生命、财产巨大损失或重大社会影响的工程；对建筑物和地基变形有特殊限制的工程；使用了新的设计、岩土工程勘察重视和强调定量化评价，为解决岩土工程问题而提出对策，制订措施。它在现场检验与监测这一环节中体现得更为明显。通过现场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；也可以通过“足尺试验”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；它对岩土工程施工质量进行监控，以保证工程的质量和安全。显然，现场检验与监测在提高工程的经济效益、社会效益和环境效益中，起着十分重要的作用。现场检验的含义和内容：现场检验指的是在施工阶段对勘察成果的验证核查和施工质量的监控。因此检验工作应包含两方面内容：第一，验证核查岩土工程勘察成果与评价建议，即施工时通过基坑开挖等手段揭露岩土体，所获得的第一性工程地质和水文地质资料较之勘察阶段更为确切，可以用来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。第二，对岩土工程施工质量的控制与检验，即施工监理与质量控制。例如，天然地基基槽的尺寸、槽底标高的检验，局部异常的处理措施；桩基础施工中的一系列质量监控；地基处理施工质量的控制与检验；深基坑现场监测的含义和内容：现场监测指的是在工程勘察、施工以至运营期间，对工程有影响的不良地质现象、岩土体性状和地下水等进行监测，其目的是为了工程的正常施工和运营，确保安全。监测工作主要包含三方面内容：第一，施工和各类荷载作用下岩土反应性状的监测。例如，土压力观测、岩土体中的应力量测、岩土体变形和位移监测、孔隙水压力观测等。第二，对施工或运营中结构物的监测。对于像核电站等特别重大的结构物，则在整个运营期间都要进行监测。第三，对环境条件的监测。包括对工程地质和水文地质条件中某些要素的监测，尤其是对工程构成威胁的不良地质现象，在勘察期间就应布置监测(如滑坡、崩塌、泥石流、土洞等)；除此之外，还有对相邻结构物及工程设施在施工过程中可能发生的变化、施工振动、噪声和污染等的监测。第二节地基基础的检验与监测(一)现场检验适用于天然土层为地基持力层的浅基础。主要作基坑开挖后的验槽工作。为了做好此项工作，要求熟悉勘察报告，掌握地基持力层的空间分布和工程性质，并了解拟建建筑物的类型和工作方式，研究基础设计图纸及环境监测资料等。做好验槽的必要准备工作。当遇到下列情况之一时，应重点进行验槽：(1)持力层的顶板标高有较大起伏变化。(2)基础范围内存在两种以上不同成因类型的地层。(3)基础范围内存在局部异常土质或有坑穴、古井、老地基或古迹遗址。(4)基础范围内遇有断层破碎带、软弱岩脉以及废(古)河道、湖泊、沟谷等不良地质、地貌条件。(5)在雨季或冬季等不良气候条件下施工，基底土质可能受到影响。验槽的要求是：(1)核对基槽的施工位置、平面尺寸、基础埋深和槽底标高。平面尺寸由设计中心线向两边量测，长、宽尺寸不应偏小；槽底标高的偏差，一般情况下应控制在0-50mm范围内。(2)槽底基础范围内若遇到异常情况时，应结合具体地质、地貌条件提出处理措施。必要时可在槽底进行轻便钎探。当施工揭露的地基土条件与勘察报告有较大出入或者验槽人员认为有必要时，可有针对性地进行补充勘察。(3)验槽后应写出检验报告，内容包括：岩土描述、槽底土质平面分布图、基槽处理竣工图、现场测试记录的检验报告。验槽报告是岩土工程的重要技术档案，应(二)当重要建筑物基坑开挖较深或地基土层较软弱时，可根据需要布置监测工作。现场监测的内容有：基坑底部回弹观测、建筑物基础沉降及各土层的分层沉降观测、地下水控制措施的效果及影响的监测、基坑支护系统工作状态的监测等。高层建筑在采用箱形基础时，由于基坑开挖面积大而深，卸除了土层较大的自重应力后，普遍存在基坑底面的回弹。基坑的回弹再压缩量一般约占建筑物完工时沉降量的1/3～2/3，最大者达1倍以上；地基土质愈硬则回弹所占比值愈大。说明基坑回弹不可忽视，应予监测，并将实测沉降量减去回弹量，才是真正的地基土沉降量；否则实除卸荷回弹外，在基坑暴露期间，土中粘土矿物吸水膨胀、基坑开挖接近临界深度导致土体产生剪切位移以及基坑底部存在承压水时，皆可引起基坑底部隆起，观测时应予以注意。基底回弹监测应在开挖完工后立即进行，在基坑的不同部位设置固定测点用水准仪观测，且继续进行建筑物施工过程中以至竣工之后的地基沉降监测，最终可绘制基底的回弹、沉降与卸载、加载关系曲线。(一)桩基是高、重建筑物和构筑物的主要基础形式，属深基础类型。它的主要功能是将荷载传递至地下较深处的密实土层或岩层上，以满足承载力和变形的要求。与其他类型的深基础相比较，桩基的几何尺寸较小，施工简便，适用范围广，所以是高、重建筑物和构筑物大量采用的基础形式，近20年来国内的桩基工程新技术获得迅猛发展。为了提高桩基的设计、施工水平，岩土工程师们都很关注桩基质量的检测。桩基工程按施工方法，可分为预制桩和灌注桩两种，最一般钢筋混凝土预制桩都是采用锤击打入土层中的，其常见的质量问题是：预制桩的常见问题：桩身混凝土标号低或桩身有缺陷，锤击过程中桩头或桩身破裂；桩无法穿透硬夹层而达不到设计标高；由于沉桩挤土引起土层中出现高孔隙水压力，大范围土体隆起和侧移，以至对周围建筑物、管线、道路等产生危害；在桩基施工中，由于相邻工序处理不当，造成基桩过大侧移而引起基桩倾斜、位移。灌注桩由于成桩过程是“地下作业”，因此控制质量的难度也大，存在的质量问题更多。常见的质量问题是：A.由于混凝土配合比不准确、稀释和离析等原因，使桩身混凝土强度不够；B.由于夹泥、断桩、缩颈等原因，造成桩身结构缺陷(不完整)；C.桩底虚土、沉碴过厚和桩周泥皮过厚，使桩长和桩径不够。预制桩和灌注桩的质量问题，都会导致满足不了承载力和变形的要求，所以需加强桩基质量的检测工作。(二)桩基工程检测的内容，除了核对桩的位置、尺寸、距离、数量、类型，核查选用的施工机械、置桩能量与场地条件和工程要求，核查桩基持力层的岩土性质、埋深和起伏变化，以及桩尖进入持力层的深度等以外，通常应包括桩基强度、变形和几何受力条件等三个方面，1、桩基强度桩基强度检验包括桩身结构完整性和桩承载力的检验。桩身结构完整性是指桩是否存在断桩、缩颈、离析、夹泥、孔洞、沉碴过厚等施工缺陷。常采用声波法、动2、桩基变形桩基变形需通过长期的沉降观测才能获得可靠结果，而且应以群桩在长期荷载作用下的沉降为准。一般工程只要桩身结构完整性和桩承载力满足要求，桩尖已达设计标高，且土层未发生过大隆起，就可以认为已符合设计要求。但重要工程必须进行沉降观测。3、几何受力条件桩的几何受力条件是指桩位、桩身倾斜度、接头情况、桩顶及桩尖标高等的控制。在软土地区因打桩或基坑开挖造成桩的位移或上浮是经常发生的，通常应以严格的桩基施工工艺操作来控制。必要时应对置桩过程中造成的土体变形、超孔隙水压力以及对相邻工程的影响进行观测。(三)桩身质量检测的方法桩身质量的检测包括桩的承载力、桩身混凝土灌注质量和结构完整性等内容。桩的承载力检测，最传统而有效的方法是静力载荷试验法。此法为我国法定确定单桩承载力的方法，其试验要点在国家标准《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)等有关规范、手册中均有明确规定。尽管此法费时费钱，在工程实践中仍普遍采用。桩身混凝土灌注质量和结构完整性检测主要用于大直径灌注桩。检测方法有钻孔取芯法、声波法和动测法。钻孔取芯法可以检查桩身混凝土质量和孔底沉碴。由于芯样小，灌注桩的局部缺陷往往难以被发现。声波法检测灌注桩的混凝土质量轻便、可靠而直观，已得到广泛应用。当地基土的强度和变形不能满足设计要求时，往往需要采用加固与改良的措施。地基加固与改良的方案、措施较多，各有其适用条件。为了保证地基处理方案的适宜性、使用材料和施工的质量以及确切的处理效果，按《规范》规定，应作现场检验与监测。1、现场检验的内容包括：A.核查选用方案的适用性，必要时应预先进行一定规模的试验性施工；B.核查换填或加固材料的质量；C.核查施工机械特性、输出能量、影响范围和深度；D.对施工速度、进度、顺序、工序搭接的控制；E.按有关规范、规程要求，对施工质量的控制；F.按计划在不同期间和部位对处理效果的核查；G.检查停工及气候变化或环境条件变化对施工效果2、现场监测的内容包括：A.对施工中土体性状的改变，如地面沉降、土体变形、超孔隙水压力等的监测；B.用取样试验、原位测试等方法，进行场地处理前后性状比较和处理效果的监测；C.对施工造成的振动、噪声和环境污染的监测；D.必要时作处理后地基长期效果的监测。3、各种地基加固与改良方案常用的现场监测方法：（1）开挖置换法和垫层法对适用性的检验：暗埋的塘、浜、沟、穴等局部软弱地基，湿陷性土、膨胀性土和杂填土的浅层处理；垫层材料主要有：灰土、素粘性土、砂和砂石，也可用矿渣及其他性能稳定、无侵蚀性的材料。施工质量控制：A.对灰、土材料的检验。土料中不得含有机杂质，粒径不得大于15mm；灰料中不得夹有未熟化的生石灰块或过多水分。粒径不大于5mm,活性CaO+MgO不低于50%。B.对灰土配合比检验及均匀性控制。C.D.压、夯或振动压实机械的自重、振动力的选择及与之相应的换土铺设厚度、夯压遍数及有效加密深度的控制与检验。砂和砂石地基：A.对材料级配(不均匀系数不宜小于10)、粒径(一般宜小于50mm)及是否含有机杂质和含泥量(不宜超过3%-5%)的B.对夯、压或振动压实机械自重、振动力的选择及与之相应的砂石料铺设厚度、施工含水量、夯压遍数及有效加密深度的控制与检验。效果检验与施工监测：环刀法测干重度，推算压实系数；贯入仪测贯入度或用其他常用原位测试方法检验。环刀取样或灌砂法测干重度；（2）振冲地基对适用性的检验：松散砂土、粘粒含量小于25%-30%的粘性土。施工质量控制：A.对振冲机具及其适用性、振冲施工技术参数，如水压、水量、贯入速度、密实电流控制值及加固时间的监控与调整。B.对填料规格、质量、含泥量、杂质含量及填料量的监控。C.对孔位及造孔顺序施工质量的监控。效果检验与施工监测：标准贯入、动力触探、静力触探或载荷试验检验振冲效果。（3）旋喷地基对适用性的检验：砂土、粘性土、湿陷性黄土、淤泥及人工填土。施工质量控制：A.对旋喷机具的性能、技术参数，如喷嘴直径、提升速度、旋转速度、喷射压力及流量等的监控与调整。B.对水泥质量、用量、水泥浆的水灰比及外加剂用量的监控。C.对旋喷管倾斜度位置偏差和置入深度的监控。D.对固结体的整体性、均匀性、有效直径、垂直度、强度特性及溶蚀、耐久性的检验。效果检验与施工监测：A.用取样的标准贯入、静力触探、载荷试验等原位测试B.必要时可用开挖检查方法对旋喷体的几何尺寸和力学性质进行检验。（4）重锤夯实对适用性的检验：地下水位以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和素填土。施工质量控制：A.夯锤重量、底面直径、落距的选定与检查。B.基坑夯实宽度、预量夯实土层厚度、夯击遍数及夯击路线的确定与核查。C.夯实地基土含水量的控制。D.夯实标准的确定与检验。效果检验与施工监测：A.对最后夯沉量的检验(包括与试夯下沉量的比较)。B.取土样测孔隙比和密实度。C.D.监测夯击振动对邻近建筑、设施的影响。（5）强夯对适用性的检验：碎石土、砂土、湿陷性黄土及人工地基的施工。施工质量控制：A.B.夯击点、各点夯击次数、夯击遍数及各遍之间间歇时间的确定、核查及必要的修正。效果检验与施工监测：A.埋设孔隙压力计监测孔隙压力的变化。B.夯后平均沉降量的监测。C.D.监测夯击振动对邻近建筑、设施的影响。（6）砂桩挤密对适用