为全面了解爆破破坏及影响情况,除进行爆破过程的各项动态测试外,还需进行各类其他测试,相对爆破而言均属静态测试。比较爆破前后的变化,主要手段为对建筑物基地表的宏观调查与巡视检查,钻孔探测内部地基基础等的测试检查,包括岩芯获得率和岩芯描述、压水(或注水)试验、钻孔电视、弹性波(声测)测试、孔内变形模量测试等。
(1)宏观调查与巡视检查。爆破对保护对象如建筑物、地基基础等可能产生危险时,应进行宏观调查与巡视检查。应选取重要部位或有代表性的部位,作爆破前、后的对比检测。
宏观调查与巡视检查的主要检查内容包括:保护对象的外观有无变化;邻近爆区的岩土裂隙层面及需保护建筑物上原有裂缝等的变化;爆破区周围设置的观测标志有无变化;爆破振动、飞石、有害气体、粉尘、空气冲击波、噪声、水击波、涌浪等对人员、生物及相关设施等有无不良影响。
在保护对象相应部位,爆前应设置明显测量标志,对保护对象的整体情况,包括有无裂缝、裂缝位置、裂缝宽度及长度等,进行详细描述记录,必要时还应测图描绘、摄影或录像,爆破调查这些部位的变化情况。这些测量标志点应尽量与爆破动态仪器监测点一致,爆破前后的监测人员及测量工具和方法应保持不变。
测定爆破对基岩影响时,爆破前可在爆区后冲方向或侧向保留岩体上,选择有代表性的地段,将宽1m的长条区域内的浮渣清除并冲洗干净作为调查区。调查区长度视爆破规模而定,在节理裂隙上做出测点标记,测量后绘制于一定比例的地质图上,统计其性质产状、宽度、长度。对爆破后相应部位的松动、张开、蠕动及新生裂隙等进行检查描述,裂缝可采用精度0.01mm的度数放大镜观测。
根据宏观调查与巡视检查的结果,并对照其他监测成果,评估保护对象受爆破影响的程度,可分为无影响、轻微破坏(爆破影响)、中度破坏、严重破坏等以下四类。
1)无影响。建筑物、基岩完好;原有裂缝无变化,爆破前后读数差值不超过所使用设备的测量不确定度。
2)轻微破坏。建筑物、基岩轻微损坏,如房屋的墙面有少量抹灰脱落;爆破前后原有裂缝的读数差值超过所使用设备的测量不确定度,但不超过0.5mm,经维修后不影响其使用功能。
3)中度破坏。建筑物、基岩出现破坏,如房屋的墙体错位、掉块;原有裂缝张开延伸,并出现新的细微裂缝等。
4)严重破坏。建筑物严重破坏,原有裂缝张开延伸和错位,出现新的裂缝,甚至房屋倒塌。
宏观调查和地质描述方法判断爆破影响的标准。有下述情况之一时,判断为有爆破影响:①发现爆破裂隙或裂隙率增大;②节理裂隙面、层面等弱面张开(或压缩)、错动;③地质锤锤击发出空声或哑声。
(2)弹性波测量。弹性波(声波)测量主要指声波法和地震法测量。水电工程中主要使用声波仪进行声波测量,弹性波传播速度及波形等参数与岩体弹性参数和密度有关,主要取决于岩性、岩体构造、风化破碎程度、岩体内应力状态等因素。当岩体坚硬致密、构造不发育、裂隙较少、新鲜完整时,传播速度大,且波形清晰;受到爆破破坏的岩体,上述指标相应降低,波速变小,且波形变化,有时模糊不清。因此,根据爆破前后岩体中的声波差异,可判断爆破破坏影响范围。声波测试时,可测得纵波波速、横波波速和波形变化等参数。因纵波为初至波,速度最快,不受别的波干扰,易分辨,测试精度高,故现场测试中多采用纵波波速,必要时也可测取横波波速并记录波形变化情况。另也可用弹性波在岩体中传播能量测试,但因其测量技术要求很高,工程中很少采用。
弹性波传播时有纵波、横波及面波,其传播次序见图10-7,纵波首先到达。
工程中的弹性波测试常采用钻孔法,孔中注水测试换能器可做良好的水耦合,可采用单孔平透析射法。使用一发双收换能器,主要反映空内环向裂隙的破坏影响情况,另外使用两孔间的穿透直达波法,分别使用发射和结构换能器。测值反映孔间岩体性能的变化,采用增压式柱状换能器,也可作一孔发射单孔或多孔接收测量。沿孔深的测点距离可为10~50cm,视测试精度要求决定,多采用20cm。重要部位可加密,每个测点应至少重复测量2次。应创造条件尽量采用爆破前后的比较测量,其测点位置、仪器、测试人员均应保持不变。在爆区内布置钻孔时,测试后应回填砂子保护以便爆破后冲出砂子继续测试。水平孔应倾斜3°~5°,以便注水耦合。向上的钻孔应采取密封措施,确保水耦合状态下作声波测量。
图10-7 纵波、横波及面波的传播次序图
P—纵波;S—横波;R—面波
工程中测量的纵波和横波波速与所测岩体的动弹性模量和动泊松比有如下关系,如式(10-5)、式(10-6):即可根据纵波、横波波速测量计算出动弹性模量(Ed),按式(10-7)、式(10-8)进行计算,而动泊桑比μ按式(10-9)进行计算:
以上各式中 Ed——动弹性模量,MPa;
μ——动泊桑比;(www.xing528.com)
ρ——岩体密度,g/cm3;
vp——纵波波速,m/s;
vs——横波波速,m/s。
弹性波测试判断爆破破坏对基岩的影响时,常采用比较法,即以该测点爆破前后纵波波速的变化率来衡量,可按式(10-10)进行计算:
式中 η——变化率,%;
vp1——爆破前的纵波速,m/s;
vp2——爆破后的纵波速,m/s。
钻孔声波观测方法判断该测点部位爆破影响程度或基础岩体开挖质量的标准,可按同部位的爆后波速小于爆破前波速的变化率η进行判别,其判断标准见表10-2。
表10-2爆破影响程度声波检测法判断标准表
若只在爆后观测,进行绝对值法测量,可用观测部位附近原始状态的波速作为爆前波速,也可以从观测资料的变化趋势和特点进行判断。
绝对值法是由于各种条件限制只作了爆后测量,可根据测值的分布规律来判别岩体的爆破破坏影响范围。该法测量时要尽量提高测试精度,作穿透测量时孔斜的影响必须修正,特殊地质构造如断层等的影响也要摸清。
绝对值法测量在地下洞室爆破开挖中用得最多,如隧道开挖后,围岩应力状态发生变化,产生位移、变形、松弛等现象。爆破后,隧道围岩声波测量曲线有几种类型(见图10-8),根据其变化规律,可以确定破坏影响范围、原因和性质。
图10-8 隧道围岩声波测量曲线几种类型图
图10-9 单孔爆破底部岩体影响深度声波测量曲线图
1—堵塞段;2—药包;3—爆破漏斗;4—声波孔;5—爆后声波曲线;6—爆前声波曲线;7—爆堆形状
单孔爆破底部岩体破坏影响深度声波测量曲线见图10-9。根据测值变化趋势,可直观定出爆破影响界限。
此外,用在现场测量未扰动原状岩体中大量声速的统计平均值,作为判断有无爆破破坏影响的界限也是可取的。爆破后对建基面岩体质量验收中常用这个方法。当测得建基面岩体中声速值与统计平均值接近,认为未受破坏影响;如果远小于平均值,则表面岩石还需清除掉。
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