任务1.5　岩土工程现场检验和监测

1.5.1　现场检验与监测方法

1.现场检验方法

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：

（1）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。

（2）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；深基坑支护系统施工质量的监控等。

2.现场监测方法

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。监测工作对保证工程安全有重要作用，例如，建筑物变形监测、基坑工程的监测、边坡和洞室稳定的监测、滑坡监测、崩塌监测等，当监测数据接近安全临界值时，必须加密监测并迅速向有关方面报告，以便及时采取措施保证工程和人身安全。监测工作主要包含三方面内容：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

监测工作对保证工程安全有重要作用，例如，建筑物变形监测，基坑工程监测，边坡和洞室稳定的监测，滑坡监测，崩塌监测等。当监测数据接近安全临界值时，必须进行加密监测，并迅速向有关部门报告，以便及时采取措施，保证工程人员安全。

1.5.2　地基基础的检验与监测方法

1.5.2.1　天然地基的基槽检验与监测

1.现场检验

天然地基的基坑（基槽）开挖后，应检验开挖揭露的地基条件是否与勘察报告一致。如有异常情况，应提出处理措施或修改设计的建议。当与勘察报告出入较大时，应建议进行施工勘察。天然地基的基槽检验是必须做的常规工作，通常由勘察人员会同建设、设计、施工、监理以及质量监督部门共同进行。

检验应包括下列内容：

（1）岩土分布及其性质。

（2）地下水情况。

（3）对土质地基，可采用轻型圆锥动力触探或其他机具进行检验。

下列情况应着重进行检验：

（1）天然地基持力层的岩性、厚度变化较大时；桩基持力层顶面标高起伏较大时。

（2）基础平面范围内存在两种或两种以上的不同地层时。

（3）基础平面范围内存在异常土质，或有坑穴、古墓、古遗迹、古井、旧基础时。

（4）场地存在破碎带、岩脉以及湮废河、湖、沟、浜时。

（5）在雨季、冬季等不良气候条件下施工，土质可能受到影响时。

检验时，一般首先核对基础或基槽的位置、平面尺寸和坑底标高，是否与图纸相符。对土质地基，可用肉眼、微型贯入仪、轻型动力触探等简易方法，检验土的密实度和均匀性，必要时可在槽底普遍进行轻型动力触探。但坑底下埋有砂层，且承压水头高于坑底时，应特别慎重，以免造成冒水涌砂。当岩土条件与勘察报告出入较大或设计有较大变动时，可有针对性地进行补充勘察。

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。

2.现场监测

目前基坑工程的设计计算，还不能十分准确，无论计算模式还是计算参数，常常和实际情况不一致。为了保证工程安全，监测是非常必要的。通过对监测数据的分析，必要时可调整施工程序，调整支护设计。遇有紧急情况时，应及时发出警报，以便采取应急措施。

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。基坑工程监测方案，应根据场地条件和开挖支护的施工设计确定，并应包括下列内容：

（1）支护结构的变形、基坑支护系统工作状态的监测。

（2）基坑周边的地面变形、基坑底部回弹观测及各土层的分层沉降观测。

（3）邻近工程和地下设施的变形（建筑物基础沉降）。

（4）地下水位、地下水控制措施的效果及影响的监测。

（5）渗漏、冒水、冲刷、管涌等情况。

（6）监测数据应及时整理，及时报送，发现异常或趋于临界状态时，应立即向有关部门报告。

1.5.2.2　桩基工程的检测

桩基工程应通过试钻或试打，检验岩土条件是否与勘察报告一致。如遇异常情况，应提出处理措施。当与勘察报告差异较大时，应建议进行施工勘察。单桩承载力的检验，应采用载荷试验与动测相结合的方法。对大直径挖孔桩，应逐桩检验孔底尺寸和岩土情况。

1.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。

2.桩身质量检测

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。

桩长设计一般采用地层和标高双控制，并以勘察报告为设计依据。但在工程实践中，实际地层情况与勘察报告不一致是常有的事，故应通过试打试钻，检验岩土条件是否与设计时预计的一致。在工程桩施工时，也应密切注意是否有异常情况，以便及时采取必要的措施。

1.5.2.3　地基加固和改良的检验与监测

地基处理效果的检验，除载荷试验外，还可采用静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、旁压试验、波速测试等方法。

1.现场检验的内容

（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；对施工速度、进度、顺序、工序搭接的控制。

（4）按有关规范、规程要求，对施工质量的控制。

（5）按计划在不同期间和部位对处理效果的核查。

（6）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

（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。

1.5.2.4　深基坑开挖和支护的检验与监测

检验与监测内容有以下几方面：

（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。

1.5.2.5　建筑物的沉降观测

1.沉降观测的对象

地基基础设计等级为甲级的建筑物；不均匀地基或软弱地基上的乙级建筑物；加层、接建、邻近开挖、堆载等，使地基应力发生显著变化的工程；因抽水等原因，地下水位发生急剧变化的工程；其他有关规范规定需要做沉降观测的工程。

2.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表1.26确定。

根据观测结果绘制加载、沉降与时间的关系曲线。由此可以较好地划定地基土的变形性和均一性；与预测的结论对比，以检验计算采用的理论公式、方案和所用参数的可靠性；获得在一定土质条件下选择建筑结构型式的经验。也可由实测结果进行反分析，即反求土层模量或确定沉降计算经验系数。

例如：北京国际信托大厦系一剪力墙内筒外框结构的高层建筑，地面以上28层（高104.1m）。地下两层，采用箱形基础，埋深12.73m。该工程自箱基的隔水架空层浇筑完毕起沿基础的纵横轴线安设了138个观测点进行系统的沉降观测，截至竣工后约4年的观测资料如图1.5所示。

1.5.3　岩土体性质与状态的监测方法

1.5.3.1　岩土体变形监测方法

1.边坡工程和滑坡的监测

地面位移监测：采用经纬仪、水准仪或光电测距仪重复观测各测点的位移方向和水平、铅直距离，以此来判定地面位移矢量及其随时间变化的情况。测点可根据具体条件和要求布置成不同型式的线、网，一般在条件较复杂和位移较大的部位测点应适当加密。对于规模较大的滑坡，还可采用航空摄影测量和全球卫星定位系统来进行监测。也可采用伸缩仪和倾斜计等简易方法监测。

滑坡体位移监测时，应建立平面和高程控制测量网，通过定期观测，确定位移边界、位移方向、位移速率和位移量。滑面位置的监测可采用钻孔测斜仪、单点或多点钻孔挠度计、钻孔伸长仪等进行，钻孔应穿过滑面，量测元件应通过滑带。地下水对滑坡的活动极为重要，应根据滑坡体及其附近的水文地质条件精心布置，并应搜集当地的气象水文资料，以便对比分析。

滑坡监测应包括下列内容：

（1）滑坡体的位移。

（2）滑面位置及错动。

（3）滑坡裂缝的发生和发展。

（4）滑坡体内外地下水位、流向、泉水流量和滑带孔隙水压力。

（5）支挡结构及其他工程设施的位移、变形、裂缝的发生和发展。

对滑坡地点和规模的预报，应在搜集区域地质、地形地貌、气象水文、人类活动等资料的基础上，结合监测成果分析判定。对滑坡时间的预报，应在地点预报的基础上，根据滑坡要素的变化，结合地面位移和高程位移监测、地下水监测，以及测斜仪、地音仪、测震仪、伸长计的监测进行分析判定。

当需判定崩塌剥离体或危岩的稳定性时，应对张裂缝进行监测。对可能造成较大危害的崩塌，应进行系统监测，并根据监测结果，对可能发生崩塌的时间、规模、塌落方向和途径、影响范围等作出预报。

2.岩土体内部变形和滑动面位置监测

目前常用的监测方法有：管式应变计、倾斜计和位移计等。

（1）管式应变计监测是在聚氯乙烯管上隔一定距离贴电阻应变片，随后将其埋置于钻孔中，用于测量由于滑坡滑动引起管子的变形。

（2）倾斜计是一种量测滑坡引起钻孔弯曲的装置，可以有效地了解滑动面的深度。该装置有两种型式：一种是由地面悬挂一个传感器至钻孔中，量测预定各深度的弯曲；另一种是钻孔中按深度装置固定的传感器。

（3）位移计是一种靠测量金属线伸长来确定滑动面位置的装置，一般采用多层位移计量测，将金属线固定于孔壁的各层位上，末端固定于滑床上。它可以用来判断滑动面的深度和滑坡体随时间的位移变形。

1.5.3.2　岩土体内部应力量测

岩土体内部应力量测与变形量测的意义一样，可用来监测建筑物的安全使用，亦可检验计算模型和计算参数的适用性和准确性。

岩土体内部的应力可分为初始应力和二次应力。

岩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于结构物与岩土体的接触面上。目前国内外采用的压力传感器多数为压力盒，有液压式、气压式、钢弦式和电阻应变式等不同型式和规格的产品，以后两种较常用。

通过定时观测，便可获得岩土压力随时间变化的资料。

1.5.4　地下水的监测方法

1.地下水监测的条件

为工程建设进行的地下水监测，与区域性的地下水长期观测不同，监测要求随工程而异，不宜对监测工作的布置作具体而统一规定。

下列情况应进行地下水监测：

（1）地下水位升降影响岩土稳定时。

（2）地下水位上升产生浮托力对地下室或地下构筑物的防潮、防水或稳定性产生较大影响时。

（3）施工降水对拟建工程或相邻工程有较大影响时。

（4）施工或环境条件改变，造成的孔隙水压力、地下水压力变化，对工程设计或施工有较大影响时。

（5）地下水位的下降造成区域性地面沉降时。

（6）地下水位升降可能使岩土产生软化、湿陷、胀缩时。

（7）需要进行污染物运移对环境影响的评价时。

监测工作的布置，应根据监测目的、场地条件、工程要求和水文地质条件确定。

地下水监测方法应符合下列规定：

（1）地下水位的监测，可设置专门的地下水位观测孔，或利用水井、地下水天然露头进行。

（2）孔隙水压力、地下水压力的监测，可采用孔隙水压力计、测压计进行。

（3）用化学分析法监测水质时，采样次数每年不应少于4次，进行相关项目的分析。

2.孔隙水压力监测

孔隙水压力对岩土体变形和稳定性有很大的影响，因此在饱和土层中进行地基处理和基础施工过程中以及研究滑坡稳定性等问题时，孔隙水压力的监测很有必要。其具体监测目的见表1.27。

监测孔隙水压力所用的孔隙水压力计型号和规格较多，应根据监测目的、岩土的渗透性和监测期长短等条件选择，其精度、灵敏度和量程必须满足要求。

3.地下水压力（水位）和水质监测

地下水压力（水位）和水质监测工作的布置，应根据岩土体的性状和工程类型确定。一般顺地下水流向布置观测线。为了监测地表水与地下水之间关系，则应垂直地表水体的岸边线布置观测线。在水位变化大的地段、上层滞水或裂隙水聚集地带，皆应布置观测孔。基坑开挖工程降水的监测孔应垂直基坑长边布置观测线，其深度应达到基础施工的最大降水深度以下1m处。动态监测除布置监测孔外，还可利用地下水天然露头或水井。

地下水动态监测应不少于1个水文年。观测内容除了地下水位外，还应包括水温、泉的流量，在某些监测孔中有时尚应进行定期取水样作化学分析和抽水。观测时间间隔视目的和动态变化急缓时期而定。一般雨汛期加密，干旱季节放疏，可以3～5d或10d观测一次，而且各监测孔皆同时进行观测。作化学分析的水样，可放宽取样时间间隔，但每年不宜少于4次。观测上述各项内容的同时，还应观测大气降水、气温和地表水体（河、湖）的水位等，藉以相互对照。

监测成果应及时整理，并根据所提出的地下水和大气降水量的动态变化曲线图、地下水压（水位）动态变化曲线图、不同时期的水位深度图、等水位线图、不同时期有害化学成分的等值线图等资料，分析对工程设施的影响，提出防治对策和措施。