地下工程测试与检测教案.docx

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地下工程测试与检测教案

课程名称：

地下工程测试与检测

任课教师：

所属院部：

建工学院

教学班级：

地下2101

教学时间：

2020—2021学年第2学期

湖南工学院教务处制

课程基本信息

课程

名称

地下工程测试与检测

课程编码

D0147234

总计：

40学时

讲课：

40学时

实验：

学时上机：

学时

课程设计：

周

线上：

学时

线下：

学时

学分

2.5

课程性质

必修课√选修课□/理论课□实验课□

课程类别

线上课程□混合式课程□线下课程√虚拟仿真课程□

社会实践课程□

任课

教师

职称

教授

授课

对象

专业班级：

地下2101共4个班

先修课程

土力学

后续课程

主要教材

书名

书号

作者

出版社

出版时间

地下工程

测试技术

ISBN978-7-5170-4869-5

张蕾

中国水利水电出版社

2016

课程

内容简介

地下工程测试与检测课程是一门重要的专业课程。

本课程的教学内容将有效培养本专业学生从事地下工程测试工作的专业知识及动手能力，以及从事相关领域科学试验研究的理论基础。

课程教学目标

通过本课程的学习，可使城市地下空间专业的学生，初步掌握地下岩土工程各种测试技术的基本原理和方法，为毕业后从事地下工程测试工作打好基础。

依托在线开放课程资源

校内□校外□

课程名称

地下工程

所在平台

中国大学MOOC

课程学校

长安大学

课程负责人

刘妮娜

课程网址

https:

//www.icourse163.org/course/CHD-1449257162?

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国家级一流

省级一流

其它

是□否□

是□否□

是□否□

课程是否已获授权使用是□否□

课程主要内容简介（500字内）：

地下工程课程内容系统全面，其内容包含地下工程的荷载计算、地下浅埋结构、地下人防工程、盾构隧道、沉井结构、地下工程的施工方法等内容。

课程系统讲解地下工程各种形式的特点、设计理论、计算方法和工程施工方法，课程内容翔实、可靠。

授课形式采用文字、讲解、练习与测试相结合的方法，能够促进学生在学习过程中的有效理解和掌握课程内容和知识点。

课程主讲教师简介（500字内）：

刘妮娜，长安大学地质工程与测绘学院教师，长期从事地质工程与岩土工程的教学和科研工作。

致力于地质工程研究和地下工程设计研究。

主编《地下建筑结构》教材，坚持科学研究为工程建设服务，研究与教学相结合的求真务实精神。

所使用教学平台与教学工具

中国大学MOOC网，课程网址https:

//www.icourse163.org/course/CHD-1449257162?

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课程考核

本课程为考查课程。

采用期末考查（60%）与平时作业成绩（30%）、课堂表现（10%）相结合的方式进行。

第一讲

第1章绪论

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解地下工程测试的主要特点。

能力目标：

熟悉地下工程测试在工程中的应用价值。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

地下工程测试技术的内容

教学难点：

地下工程测试技术的发展趋势。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已学习工程力学、土力学、地下工程概论课程

教学过程设计

教学内容

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

1.1地下工程监测和检测的必要性

地下工程是建筑工程中的重要组成部分。

它以岩土地基、边坡、围岩三种主要形式与结构物组成各种形式的建筑物整体；被称为“隐蔽工程”和“灰色工程”。

（1）地下工程赋存环境的复杂性决定了其工程建设的风险性；

（2）风险的解决过程是设计、施工和监测检测相互配合协调的过程；

（3）在施工、运行过程中，监测岩土工程的实际状况及稳定性，将为保证工程安全提供科学依据，监测信息将为修改设计、指导施工提供可靠资料；

1.2地下工程监测和检测中存在的主要问题

部分工程未把监测、检测与信息反馈作为重要工序编入施工组织设计，有的虽然作为工序编入，但实施不规范、不彻底、应用效果差；

工程技术人员没能真正领会和掌握信息化设计与施工技术，施工中缺少专业人员，特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测检测信息进行合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用；

缺乏环境的评估标准，有必要就地下工程施工对周围环境影响的评估程序、评估方法以及控制标准进行研究；

在我国部分城市地下工程施工中，引入了第三方监测，对促进监测技术健康发展具有一定的积极意义，但还要进一步规范。

1.3地下工程监测和检测技术的发展与现状

新的监测手段和设备出现，自动化、智能化的监测系统、数据处理系统、资料分析系统、预报预警系统的出现，可靠性设计理论与方法的广泛应用，使得监测技术向着标准化、自动化和智能化的方向发展。

利用高性能智能传感组件、无线传输网络和信号采集系统，采用多参量、多传感组件，数据智能处理与数据动态管理方法，进行实时监测、安全预警和可靠性预测。

•光纤监测技术

•三维激光扫描技术

•非量测相机的近景摄影测量技术

•无线传感网络技术

为什么要进行地下工程的监测？

在施工过程中进行动态监测和检测，实施信息化施工，提供反馈信息，从而指导施工、修改设计，以确保工程安全。

监测与检测已经成为继勘察、设计、施工、监理之后的又一个产业。

采用雨课堂教学。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第二讲

第2章测试技术基础知识及传感器的原理

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

熟悉传感器基础知识。

能力目标：

掌握测试技术基础知识

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

传感器基础知识。

教学难点：

测试技术基础知识。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已初识地下工程的测试与检测.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

简要回顾地下工程监测和检测的必要性，地下工程监测和检测中存在的主要问题，地下工程监测和检测技术的发展与现状。

2.1测试技术基础知识

测试是以确定量值为目的的一系列操作；由测试所获得的被测的量值叫测试结果。

1.测试系统的组成

（1）荷载系统

（2）测量系统

（3）信号处理系统

（4）显示和记录系统

2.测试系统的主要性能指标

3.测试系统的静动态传递特性

4.测试系统的选定原则

2.2传感器基础知识

传感器是指能够感受规定的物理量，并按照一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。

一.传感器的一般原理

1.差动电阻式传感器基本原理

2.振弦式传感器基本原理

3.电感式传感器基本原理

4.电容式、压阻式传感器基本原理

二.常用传感器

1.应力计和应变计

2.电阻式传感器

3.电感式传感器

4.钢弦式传感器

5.电容式、压电式和压磁式传感器

6.光纤光栅传感器

7.其他常用传感器

三.电阻应变片量测原理和技术

1.电阻应变片

2.应力应变测量

四.传感器的选择和标定

1.传感器选择的原则

2.传感器选择的标定

测试系统的基本组成是什么？

测试系统选择的原则有哪些？

随着地下空间的不断地开发与利用，大量的地下建筑物、构筑物、交通线已经与人们的生活息息相关。

如今，人们对工程施工的安全意识和环保意识不断增强，在工程投标和施工中，工程施工监测已成为一项必不可少的内容，当代科学技术水平的不断发展促进测试技术向着高精度、小型化、智能化发展，因此，测试技术水平已成为反映国家科技现代化水平的重要标志之一。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第三讲

第3章基坑工程监测

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

熟悉基坑工程监测的目的。

能力目标：

掌握基坑工程监测的内容及测试方法

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

基坑工程监测的相关规定。

教学难点：

工程实例。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已掌握测试技术基础知识及传感器的原理。

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

回顾传感器基础知识以及测试技术基础知识。

测试系统的基本组成是什么？

3.1基坑工程监测的目的

一.基坑工程的特点

（1）与自然地质条件密切相关

（2）与环境密切相关

（3）与基坑工程的施工密切相关

（4）技术综合性强

二.基坑工程监测的必要性

三.基坑监测的目的

为施工开展提供及时的反馈信息

确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全

作为设计与施工的重要补充手段

作为施工开挖方案修改的依据

积累经验以提高基坑工程的设计和施工水平

监测数据也是解决法律纠纷的有力证据

监测工作还是发展设计理论的重要手段

3.2基坑工程监测的内容及测试方法

一.监测内容

基坑监测项目根据基坑侧壁安全等级确定，可参照《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）执行。

监测的基本要求

有计划的监测工作，编制监测方案；

监测数据的真实性和可靠性；

监测数据的及时性，动态控制，全程控制；

警戒值的确定及相应的预警方案；

监测资料的完整性。

二.监测方法

1.监测方法选择的基本要求

所采用的监测方法必须是可靠的和已被工程实践证明是准确的；

（2）监测方法须简便易行，适合施工现场条件和快速变化的施工速度；

（3）采用的监测方法和埋设的测量元件或探头不影响和妨碍结构的正常受力，或有损结构的变形和强度特性

（4）监测方法不应是单一的，需采用多种手段、施行多项内容、设置多道防线的测试方案监测数据的及时性，动态控制，全程控制；

基坑工程监测的目的和意义是什么？

基坑工程监测方案的内容有哪些？

介绍了基坑工程监测重要性，使学生掌握基坑工程监测的主要目的和意义，基坑工程监测的原则和方案。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第四讲

第3章基坑工程监测技术

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解基坑监测的方案。

能力目标：

熟悉基坑监测的方法及仪器。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

变形监测。

教学难点：

支护结构内力监测。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已初识基坑工程监测.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

回顾基坑工程监测重要性，基坑工程监测的主要目的和意义，基坑工程监测的原则和方案。

3.2基坑工程监测的内容及测试方法

2.变形监测

地表水平位移监测

深层水平位移监测

（1）监测设备

（2）测斜原理

（3）测斜管的埋设原则和方法

（4）测试方法

（5）资料分析

沉降监测

（1）监测范围

（2）监测仪器：

精密水准仪器，铟钢水准尺

（3）基准点的设置

沉降监测之土体分层沉降监测

（1）监测断面布置

（2）断面间距

沉降监测之临近建筑物沉降监测

（1）监测点数量和位置选择的影响因素

（2）监测点的布置

沉降监测之地下管线沉降监测

沉降监测之基坑回弹监测

（1）回弹标及其埋设

（2）沉降标及其埋设

（3）监测点的设置

（4）基坑回弹监测方法

基坑及其围护结构监测点的布置原则有哪些？

基坑周边环境监测点的布置原则有哪些？

介绍了基坑工程监测中的变形监测，使学生掌握常见的基坑工程变形监测。

如地表水平位移监测，深层水平位移监测，沉降监测等。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第五讲

第3章基坑工程监测技术

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解基坑监测的方案。

能力目标：

熟悉基坑监测的方法及仪器。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

基坑工程监测的相关规定。

教学难点：

支护结构内力监测、地下水监测。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已初识基坑工程监测.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

回顾基坑工程监测中的变形监测，常见的基坑工程变形监测。

如地表水平位移监测，深层水平位移监测，沉降监测等。

3.2基坑工程监测的内容及测试方法

3.支护结构内力监测

（1）用途

（2）仪器

（3）应力计、应变计的安装

（4）墙体内力的监测

（5）支撑轴力监测

（6）土层锚杆监测

4.土压力和孔隙水压力量测

（1）土压力量测

监测设备

土压力盒的选用

土压力盒的布置

土压力盒的埋设方法

（2）孔隙水压力量测

监测设备

孔隙水压力计的埋设方法

5.地下水位监测

（1）监测仪器

（2）钻孔埋设注意事项

（3）坑外地下水位观测布置要求

土压力盒的原理？

地下水位监测方法？

讲述如何支护结构内力监测，土压力和孔隙水压力量测以及地下水位监测。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第六讲

第3章基坑工程监测技术

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解基坑工程监测的相关规定。

能力目标：

熟悉基坑监测的方法及仪器。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

基坑工程监测的相关规定。

教学难点：

基坑工程监测实例。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已初识基坑工程监测.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

回顾讲述如何支护结构内力监测，土压力和孔隙水压力量测以及地下水位监测。

3.3基坑工程监测的相关规定

1.监测点布置原则

2.监测期限与频率

3.监测警戒值与警报

4.监测报表与监测报告

3.4工程实例

实例一：

森林公园南门地铁车站北部深基坑围护结构变形特性监测

工程概况

基坑围护方案

监测方案

（1）测点布置

（2）监测仪器

（3）观测时间与频率

（4）监测频率

监测数据分析

结论

监测点布置的原则？

基坑监测总报告应包含哪些内容？

介绍基坑工程监测的相关规定，森林公园南门地铁车站北部深基坑围护结构变形特性监测。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第七讲

第7章桩基测试技术

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解桩基测试技术。

能力目标：

掌握桩的静载试验方法。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

桩的静载试验方法。

教学难点：

单桩水平静载试验方法。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已熟悉常见监测一些方法.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

基坑监测总报告应包含哪些内容？

回顾基坑工程监测的相关规定。

7.1桩基施工质量检测

1.桩孔质量检测

孔位、孔径、孔形、孔深、孔低沉渣、孔垂直度

监测目的保证灌注桩的质量。

成桩前监测项目内容：

桩位、孔径、孔斜、孔深、孔形、沉渣厚度、钢筋焊接强度、混凝土试块、灌注过程混凝土面的位置

成桩后监测项目内容：

灌注质量、混凝土强度、桩的承载力

成孔深度控制

摩擦型桩：

桩长控制孔深；端承摩擦型既要控制桩长又要控制进入持力层深度；锤击法施工控制桩长为主，贯入度为辅。

端承型桩：

控制进入持力层深度为主；锤击法施工贯入度为主，桩长为辅。

《建筑桩基技术规范》JGJ104中成孔质量要求

（1）孔径与孔形检测

钢筋笼式孔径测量

活动井径检测器

伞形孔径检测

基桩测试的目的与项目包括哪些？

伞形孔径检测可以检测哪些项目？

了解桩基的分类，桩孔质量检测的目的与内容，孔位、孔径、孔形、孔深、孔低沉渣、孔垂直度。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第八讲

第7章桩基测试技术

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解桩孔质量检测。

能力目标：

掌握桩的桩位检测、混凝土取样与强度测试方法。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

孔深和孔底沉渣检测方法。

教学难点：

桩孔垂直度测试方法。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已熟悉常见监测一些方法.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

基桩测试的目的与项目包括哪些？

回顾桩基的分类，桩孔质量检测的目的与内容，孔位、孔径、孔形、孔深、孔低沉渣、孔垂直度。

7.1桩基施工质量检测

1.桩孔质量检测

（2）孔深和孔底沉渣检测

1、测锤法：

下坠一5kg锥形锤通过手感判断孔深H和沉渣顶部深度h

2、电阻率法：

利用水、泥浆和沉渣之间具有不同电阻率进行测试

3、声波法：

利用声波在不同介质中波速不一致，在不同介质界面上产生反射来测试

（3）桩孔垂直度测试

1、圆球检测法

简单

精度低

2、钻杆测斜法

精度高

影响进度

测试与施工需要协调

3、钻孔测斜仪

钻孔是空间一条线方位角和顶角

磁定向（电子罗盘）

铅垂原理

2.桩位检测

实际桩位会受施工中各种因素的影响而偏离设计桩位，施工结束后要对全部桩位进行复测，将桩的中心点复测并绘制在平面图上

3.混凝土取样与强度测试

新拌混凝土和易性测试

现场留样制作标准试件

单轴抗压强度

孔底沉渣检测有哪些方法？

桩孔垂直度测试哪个精度更高？

了解桩孔质量检测孔深和孔底沉渣检测方法，桩孔垂直度测试方法，桩的桩位检测、混凝土取样与强度测试方法。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第九讲

第7章桩基测试技术

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解桩身完整性的检测。

能力目标：

掌握钻孔取芯检验测试方法。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

桩身完整性的检测方法。

教学难点：

钻孔取芯检验测试方法。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已熟悉常见桩基监测一些方法.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

孔底沉渣检测有哪些方法？

回顾桩孔质量检测孔深和孔底沉渣检测方法，桩孔垂直度测试方法，桩的桩位检测、混凝土取样与强度测试方法。

7.1桩基施工质量检测

4.桩身结构完整性检测

检测内容：

断桩、夹泥、沉渣厚度、混凝土密实度

检测方法：

钻孔取芯

超声波检测

水平地震检验法

（1）钻孔取芯检验

通过钻探，沿桩长钻取混凝土及桩端岩土，利用现场观察与室内测试，评价成桩质量

验证桩身完整性：

混凝土胶结情况、松散、断桩、气孔、夹层等

检测混凝土强度是否满足要求

桩底沉渣是否满足要求

桩底持力层岩土体及厚度是否满足要求

桩长是否准确

该法在将要检验的桩的中心布孔，用岩心钻机钻进并采取混凝土芯（作抗压强度实验）

主要针对直径大于800mm

完整性检测的数目控制10%

记录钻进过程

描述岩芯

评定基桩质量等级

桩身完整性的检测内容？

钻孔取芯检验的检测内容？

介绍桩身结构完整性检测的检测内容及检测方法，详细介绍了钻孔取芯检验。

作业与习题布置

内容

无

教学后记与反思

内容

第十讲

第7章桩基测试技术

教学目的

思政目标：

培养爱国情怀

知识目标：

了解桩身完整性的检测。

能力目标：

掌握超声波检测测试方法。

素质目标：

培养良好的工程素养

教学重、难点

教学重点：

超声波检测的检测方法。

教学难点：

超声波检测的原理。

教学方法与手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

学情分析

学生已熟悉常见桩基监测一些方法.

教学过程设计

教学内容

前情回顾

新课讲授

知识测试

课堂讨论

归纳总结

钻孔取芯检验的检测内容？

回顾桩身结构完整性检测的检测内容及检测方法，钻孔取芯检验。

7.1桩基施工质量检测

4.桩身结构完整性检测

（2）超声波检测

原理

事先建立混凝土强度与声速之间的经验关系或经验关系曲线，则可推断被测混凝土的强度。

如果混凝土构件不同部位混凝土均匀一致，则声速（反映身混凝土强度）、波幅、波形应该是一致的。

如果在某一部位发生了超声波参数的异常，则可根据不同缺陷在波速、波幅、波形等方面的不同表现来判别其质量。

（埋管）超声波检测特点

测试速度快，费用比钻孔取芯低

能检查的桩面积大，结果准确可靠

声测管还可作为压浆通道

必须预埋管子，不能随机抽样

不能确定土对桩的支承力

测试方式

双孔测量

发射探头和接收探头分别置于两管道中，超声波穿过两管之间的混凝土，实际范围为超声波束从以射探头到接收探头所扫过

的范围。

（声测管内必须注水，超声波很难通过空气）

单孔测量

某些特殊情况下只能有一个检测孔道，如钻孔取芯后需进一步了解芯样之外混凝土的情况，可采用单孔测量，通过对超声波

绕射后信号的测试，可分析孔道周围混凝土的质量情况

桩外孔测量

当上部结构已施工或桩内没有预埋管子时，可在桩外土层中钻一孔，埋入套管作为检测孔道。

桩顶上置一较强功率的发射击

探头，超声波经桩身并穿过桩与测孔之间的土进入接收探头，测读各物理量可分析桩身质量

声测管的布置方案

采用钢管，可代替部分钢筋截面，还可作为压浆通道。

直径一般为50~60㎜，下管应封闭，上端应加盖，钢管可焊接或绑扎在钢筋笼内侧。

直径1m以下的桩可采用A方案（两管对测）

1m以上的桩应采用B方案（三管三次对测盲区在中心位置，但桩中心位置产生缺陷的可能性最小）

对直径大于2.5m的大直径桩，则采用C方案（四管六次对测）

单孔与桩外孔测量在分析上较为困难，可作为特殊情况下的补救措施

超声波检测的检测内容？

超声波检测的测量方式有哪些？

介绍超声波检测的原理，超声波检测的几种测量方式以及声测管的布置方案。

作业与习题布置

内容