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2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：地基基础的检验与监测

中华考试网 [ 2017年10月23日 ] 【大中小】

2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：地基基础的检验与监测

第二节地基基础的检验与监测

　　一、天然地基的基槽检验与监测

　　(一)现场检验

　　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，应做到资料齐全，及时归档。

　　(二)现场监测

　　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。本节只讨论基坑底部回弹观测问题。

　　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;否则实际观测的沉降量偏大。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

　　二、桩基工程的检测

　　(一)桩基工程检测的意义

　　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，最主要的材料是钢筋混凝土。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：

　　①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;

　　②桩无法穿透硬夹层而达不到设计标高;

　　③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;

　　④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：

　　①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;

　　②由于夹泥、断桩、缩颈等原因，造成桩身结构缺陷(不完整);

　　③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

　　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，尤以前者为主。

　　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、动测法和静力载荷试验等检测。

　　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。

　　三、地基加固和改良的检验与监测

　　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：

　　①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;

　　②核查换填或加固材料的质量;

　　③核查施工机械特性、输出能量、影响范围和深度;

　　④对施工速度、进度、顺序、工序搭接的控制;

　　⑤按有关规范、规程要求，对施工质量的控制;

　　⑥按计划在不同期间和部位对处理效果的核查;

　　⑦检查停工及气候变化或环境条件变化对施工效果的影响。

　　2、现场监测的内容包括：

　　①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;

　　②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;

　　③对施工造成的振动、噪声和环境污染的监测;

　　④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检验与监测方法

　　(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：灰土及素填土地基：

　　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. 施工含水量控制。

　　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%)的检验。

　　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;贯入法测贯入度。

　　(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方法检验旋喷效果。

　　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. 用原位测试方法检验。

　　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. 夯锤重、锤底面积、落距的选定与核查。

　　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. 用原位测试方法检验强夯效果。

　　D. 监测夯击振动对邻近建筑、设施的影响。

　　(6)砂桩挤密

　　对适用性的检验：软土、人工填土和松散砂土地基。

　　施工质量控制：

　　A. 对砂料规格、质量、含泥量、含水量的检验。

　　B. 对砂桩位置、孔径、垂直度、孔深、成孔质量、成桩工艺的顺序的监控与检查。

　　C. 对灌砂量及加密工艺的核查。

　　效果检验与施工监测：

　　A. 用标准贯入或轻便钎探对桩身及桩周土加密效果的检验。

　　B. 用锤击法检验砂桩的密实度和均匀性。

　　(7)土或灰土桩挤密

　　对适用性的检验：地下水位以上，地下10m之内的湿陷性黄土、素填土或杂填土。

　　施工质量控制：

　　A. 对填料质量、含水量及配合比的监控。

　　B. 对桩孔位置、孔径、垂直度、孔深、成孔质量、成桩工艺和顺序的监控与检查。

　　C. 对填料数量及夯实工艺的核查。

　　效果检验与施工监测：

　　A. 用轻便钎探对桩身及桩周土加密效果的检验。

　　B. 用环刀法测夯击桩身土的干重度。

　　C. 进行现场载荷试验或浸水载荷试验。

　　(8)灌浆法

　　对适用性的检验：砂土、湿陷性黄土、软弱粘土。

　　施工质量控制：

　　A. 根据灌浆目的、地质条件和工程性质，检验灌浆方法的适用性。

　　B. 对浆液的化学成分、流动性、析水性、凝结时间、杂质含量、浓度、比重及注浆方法、灌注速度及压力进行监控。

　　C. 采用电动法时对电压梯度、通电时间和方法进行监控。

　　D. 对灌注机具、管路或电级棒的适用性、置入位置进行监控。

　　效果检验与施工监测：

　　A.监测加固区域的地面变形和沉降。

　　B.用常用原位测试方法对加固效果进行检验。

　　C浆体钻孔取样测定浆体密度、结石性质、浆体填充率以及无限抗压强度等物理力学性质。

　　D.在防渗灌浆中，通过浆体钻孔测定地下水流量和地基的渗流特性。

　　E.对浆液毒性和可能造成的污染进行监测。

　　(9)排水固结法(堆载预压、砂井堆载预压及真空预压)

　　对适用性的检验：软土和冲填土地基。

　　施工质量控制：

　　A. 对砂井位置、砂料规格质量、砂量或砂袋及其他排水装置规格质量、施工工艺的监控。

　　B. 对水平排水垫层的材料及施工监控。

　　C. 对预压荷载大小、加荷速率的监控。

　　D. 真空预压中对真空度的监控。

　　E. 对卸载进度的监控。

　　效果检验与施工监测：

　　A. 对地表日沉降量及最终沉降量的控制。

　　B. 用测斜仪进行土体水平位移的监测。

　　C. 对孔隙水压力变化的监测。

　　D. 对卸载后的沉降和回弹情况的监测。

　　(10)加筋法

　　对适用性的检验：垫层、桥台、堤坝的挡土结构和岸边防护。

　　施工质量控制：

　　A. 检测土工织物或加筋体的力学性质、耐久性及渗水性。

　　B. 检测填土的规格、质量及压实性能。

　　C. 对施工铺设要求，特别是整体性和端头锚固的监控。

　　D. 对回填土施工含水量、填筑施工顺序及施工要求的监控。

　　效果检验与施工监测：

　　A. 对加筋体整体稳定性的监测。

　　B. 对加筋体垂直、水平位移量的监测。

　　C. 对用于反滤排水的，进行现场效果监制。

　　四、深基坑开挖和支护的检验与监测

　　在建筑密集的城市中兴建高层建筑时，往往需要在狭窄的场地上进行深基坑开挖。由于场地的局限性，在基槽平面以外没有足够的空间安全放坡，就不得不设计规模较大的开挖支护系统，以保证施工的顺利进行。由于深基坑开挖与支护在大多数情况下属施工阶段的临时性工程，以往工程部门往往不愿投入足够的资金，也未引起岩土工程师的足够重视。但是许多工程的失效事故表明：该工程具有很大的风险性，是“最具挑战性的工程”。因而是当今岩土工程界研究的热门课题。

　　随着高层建筑基坑开挖深度不断加大，复杂的环境条件也对支护结构的工作状态和位移提出了愈来愈严格的限制，就要求岩土工程师在不断发展、创立新的支护理论和结构系统的同时，实行严格的检验与监测，以保证安全、顺利地施工。

　　深基坑开挖支护系统的施工质量，对整个系统的工作状态是否正常有重大影响。施工质量的好坏主要表现在：支护系统的类型、材料、构造尺寸、装设的位置和方法是否符合设计要求，装设施工是否及时，施工顺序是否与设计要求一致，地下水控制施工是否满足设计要求等方面。

　　一个设计合理的支护系统，可能由于施工质量差而导致重大事故。为避免事故的出现，就要求检验与监测工作应在整个施工场地的各个部分同时进行，在系统的整个工作期间内不得间断。

　　检验与监测工作内容有以下几方面：

　　(1)对支护结构施工安设工作的现场监理。检查结构尺寸、规格、质量、施工方法及支撑程序是否与设计一致。在装设过程中，当由于客观情况致使支护系统构造、尺寸或装设位置不能与设计相符时，施工人员与设计人员应协商，及时采取调整措施，以保证施工正常进行。

　　(2)监测土体变形与支护结构的位移。观测的时间间隔视气象条件和施工进度而定，可为每日、每三日或每周进行一次。

　　(3)对地下水控制设施的装设及运营情况进行监测。观测地下水及土体中孔隙水压力的变化情况，注意施工影响及渗漏、冒水、管涌、流土等不良地质现象的发生。在支护系统运营过程中，观测时间间隔亦视气象条件和施工进度，可定为每日、每三日或每周进行一次。

　　(4)对邻近的建筑物和重要设施进行监测。注意有无沉降、倾斜、裂缝等现象发生。观测的时间间隔，亦应根据施工进度、气象条件、施工影响的范围和程度来确定。

　　很多工程实例表明：对施工场地及周围环境的肉眼巡检是很有意义的，应专派有经验的工程师逐日进行。施工条件的改变、现场堆载的变化、管道渗漏和施工用水不适当的排放、温度骤变或降雨等，都应在工程师的监视之下并应有完整的记录。地面裂缝、支护结构工作失常、渗漏、管涌、流土等，更是可以通过肉眼巡检在早期发现的。此外，预先确定各方面临界状态报警值，及时反馈监测结果，使出现的问题得到及时处理，将能大大减少可能出现的事故。

　　五、建筑物的沉降观测

　　(一)沉降观测的对象

　　(1)一级建筑物。

　　(2)不均匀或软弱地基上的重要二级及以上建筑物。

　　(3)加层、接建或因地基变形、局部失稳而使结构产生裂缝的建筑物。

　　(4)受邻近深基坑开挖施工影响或受场地地下水等环境因素变化影响的建筑物。

　　(5)需要积累建筑经验或进行反分析计算参数的工程。

　　(二)观测点的布置及观测方法

　　一般是在建筑物周边的墙、柱或基础的同一高程处设置多个固定的观测点，且在墙角、纵横墙交叉处和沉陷缝两侧都应有测点控制。距离建筑物一定范围设基准点，从建筑物修建开始直至竣工以后的相当长时间内定期观测各测点高程的变化。观测次数和间隔时间应根据观测目的、加载情况和沉降速率确定。当沉降速率小于1mm/100d时可停止经常性的观测。建筑物竣工后的观测间隔按下表确定。

　　竣工后观测间隔时间(d)