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岩土工程检测与监测

岩土工程检验与监测主要有两个方面的任务:一是实现对岩土工程施工质量的控制;二是了解岩土施工的效果,为进一步的岩土体利用提供…

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岩土工程检验与监测主要有两个方面的任务:一是实现对岩土工程施工质量的控制;二是了解岩土施工的效果,为进一步的岩土体利用提供依据。岩土工程检测与岩土工程勘察阶段的试验测试相比较有相同之处,也有明显的差别。相同之处,在于两者都是要通过试验测试来定量了解工程岩土体的工程特性;不同之处在于,前者的测试对象是处理加固之前的岩土体,目的是为岩土工程设计提供依据,而后者的测试对象是处理加固之后的岩土体,目的是控制岩土工程施工的质量和检验施工处理的效果。从两者的相同之处可知,岩土工程检测中的许多测试方法与岩土工程勘察中的测试方法相同,例如,岩土体原位静载荷试验既是岩土工程勘察中测试地基土层承载能力的重要测试手段之一,也是岩土工程检测中测试处理加固后的复合地基和桩基础的重要手段。但是,经过处理加固之后的工程岩土体与处理加固之前的岩土体相比会有很大变化,处理加固后的岩土体常常是在原来天然岩土体的基体上增加了一些人工材料和功能构件。例如,在洞室围岩支护时可能会使用锚索加固围岩,并构筑混凝土衬砌进行支护。这时,岩土工程检测就要对锚索对围岩的锚固力是否能够达到设计要求进行测试,同时还要检测混凝土衬砌质量是否能够满足设计要求。又如,因地基土体不能满足上部结构对地基变形或承载力的要求而使用桩基础时,岩土工程检测就必须对桩基础的承载力和完整性进行检验测试,以确保桩基础能够达到设计所预定的功能。可见,岩土工程检测中的试验测试常常需要延拓到工程岩土体之外。
除岩土工程勘察中的常规试验测试外,岩土工程检测中经常开展的监测和测试工作主要有桩基检测、地基变形观测、边坡变形监测、地下洞室围岩观测等。
一、桩基检测
随着城市建设规模的日益扩大,采用桩基改善地基土体的承载能力已经成为较为普遍的工程方案。桩基检测的主要内容包括桩基承载力和桩身完整性两个方面。对护坡桩、抗滑桩需要进行水平抗力测试,有时也需要进行桩的抗拔力测试。然而,大量进行的主要是作为承受上部建筑荷载的桩基竖向承载力检测。
桩基检测的主要方法有钻孔取芯、静载荷试验、高应变动测、低应变动测和声波透射测试等。静载荷试验是工程地质测试中的常规手段之一,也是.直接、.可靠的桩基承载力测试方法。然而,载荷试验方法费用高、时间长,只能进行少量的抽测。尽管近年来出现了Osterberg试桩新方法,但仍然受成本限制,难以达到理想的检测率。因此,便捷的桩基动测技术在工程检测中得到了推广应用。近代桩基动测技术是以波动理论为基础发展起来的。20世纪30年代,D.V.Isaacs首先提出用一维波动方程描述桩顶受到桩锤冲击后沿桩体的波传播。1960年E.N.Smith发表了..论文“打桩分析的波动方程法”,使波动方程分析方法开始进入实用阶段。1972年,湖南大学周光龙教授提出了桩基动测的动参数法,推动了我国桩基动测方法的研究。动测方法既可以检测桩基承载力又可以检测桩身完整性,克服了载荷试验只能测试桩基承载力的局限。高应变动测采用自由落锤(锤重应大于单桩极限承载力的1%)冲击桩顶,在桩体内部产生沿桩长方向传播的应力波,利用加速度传感器和力传感器测定桩顶附近某一桩截面上的质点振动加速度和桩身受力,然后利用波动方程分析拟合求出桩身各个截面的轴力和桩侧摩阻力。低应变动测采用较轻便的手锤在桩头激发波动,根据在桩顶设置的传感器所测定的桩基振动和波动信号推算桩基承载力和判断桩身完整性。大直径桩基的桩身质量检测多采用声波透射法。声波测试前,根据桩截面的大小对称埋设2~6根钢管,并保证钢管相互平行。测试时,发射探头在管内某一深度上发射超声波,接受探头在对称的钢管中同一深度上接受穿透过来的波动信号,由此测定桩身材料的声速。根据声速的大小和变化即可对桩身质量做出判断。

二、地基变形及边坡变形观测
变形观测的主要任务是定期对设置在被测目标上的观测点进行重复观测,以求得观测点的点位或高程随时间的变化量,为评价岩土工程施工质量、了解地基与边坡的稳定性和设计参数的合理性提供技术依据。
地基变形观测工作主要包括基坑回弹观测、基坑侧向变形和基坑开挖对邻近建筑物的影响观测、建筑物沉降和位移观测、场地沉降观测等。地基变形观测主要有以下几方面的意义:一是估计地基可能产生的再压缩变形,以改进基础设计;二是估计基坑开挖卸荷对邻近建筑物的影响,以便及时采取保护措施;三是检测支护结构的稳定性,保证工程施工的安全;四是通过地基变形观测积累工程经验,为地基长期变形的反演分析提供依据。
边坡变形观测包括地表变形监测、钻孔变形监测以及边坡岩土体声发射监测等内容。其中钻孔变形监测项目主要有:沉降、倾斜、挠曲以及地下水位或渗透压力等。边坡变形观测的主要目的是及时掌握边坡的稳定状态,为边坡稳定性的发展趋势的预测和边坡岩土体治理方案的制定提供依据。

三、地下洞室围岩观测
地下洞室开挖前,岩体处于应力平衡状态。洞室开挖破坏了原始应力平衡状态,随着围岩变形的发展,应力发生重分布。实践表明,利用地下洞室围岩观测所提供的信息,及时调整施工方案和加固措施,预测预报险情,是地下工程施工行之有效的方法和途径,这也正是所谓新奥法施工的特征。近年来,在信息及计算机技术发展的基础上有人又提出了智能岩土工程的新思路,应该说是对新奥法的进一步发展。地下洞室围岩观测主要有地下洞室围岩收敛观测、钻孔岩体轴向位移和横向位移观测、锚杆应力观测以及岩体锚固荷载观测及地下水渗透压力观测等内容。

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