工程地质ch8

8工程地质勘察•8.1概述8.1.1工程地质勘察的目的和任务建筑工程地质勘察决定于设计要求和场区工程地质条件。运用工程地质理论和各种勘察测试手段与方法对场地地质问题进行调查研究。◇优化选址◇查明场区内崩塌、滑坡、岩溶、岸边冲刷等，分析判明它们潜在的危害，为改善和防治此类不良地质条件提供地质依据。•◇查明地基岩土的地层时代、岩性、地质构造、土的成因类型及埋藏分布规律，测定其物理力学性质。•◇查明地下水类型、水质、埋深及分布变化。◇根据工程地质条件，分析可能发生的工程地质问题，提出拟建建筑物的结构形式、基础类型及施工方法。◇对不利于建筑的岩土层，提出可行的处理方法和防治措施。8.1.1工程地质勘察的一般要求与工程项目可行性研究、初步设计和施工图设计相对应的是选址勘察、初步勘察和详细勘察。1.选址勘察阶段◆收集区域地质、地形地貌、地震及工程地质和建筑经验等相关资料。◆收集和分析已有资料后，通过踏勘，了解场地地层、构造、岩石和土的性质、不良地质现象及地下水等工程地质条件。◆对工程地质条件复杂且资料不全的必选场地，可进行工程地质测绘和必要的勘探。•※选址时，宜避开工程地质条件恶劣的地区或地段。•1.不良地质现象发育，对场地稳定性有直接•或潜在威胁的地段；•2.地基土性质严重不良的地段；•3.对建筑抗震不利的地段；•4.洪水或地下水对建筑场地有威胁或有严重不良影响的地段；•5.地下有未开采的有价值矿藏或不稳定的地下采空区上的地段。2.初步勘察阶段◆收集可行性研究报告（附场区1：2千～1：5千地形图）、有关工程性质及规模的文件。◆初步查明地层、构造、岩石和土的性质，地下水埋藏条件、冻结条件、不良地质现象的成因和分布范围及其对场地稳定性的影响程度和发展趋势。◆对抗震设防烈度为7度及以上的建筑场地，应判定场地和地基的地震效应。3.详细勘察阶段（1）目的提出设计所需的工程地质条件的各项技术参数，对建筑地基作出岩土工程评价，为基础设计、地基处理和加固、不良地质现象的防治工程等具体方案作出论证和结论。（2）要求◆取得附坐标及地形的建筑物总平面布置图，各建筑物地面整平标高、建筑物性质和规模，可能采取的基础形式与尺寸和预计埋置深度，建筑物单位载荷和总载荷、结构特点和对地基基础的特殊要求。◆查明不良地质现象的成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度，提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案建议◆查明场地范围各层岩土类别、结构、厚度、坡度、工程特性、计算和评价地基的稳定性和承载力。◆对需进行沉降计算的建筑物，提出地基变形计算参数，预测建筑物的沉降、差异沉降或整体倾斜。◆对抗震设防烈度≧6的场地，应划分场地和土的类别。对设防烈度≧7的场地，还应分析预测地震效应，判定饱和砂土和粉土的地震液化可能性，并对液化等级作出评价。◆查明地下水的埋藏条件，判定地下水对建筑材料的腐蚀性。当需基坑降水设计时，还应查明水位变化幅度与规律，提供地层渗透性系数。◆提供为深基坑开挖的边坡稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数，论证和评价基坑开挖、降水等对邻近工程和环境的影响。◆为选择桩的类型、长度，确定单桩承载力，计算群桩的沉降以及选择施工方法提供岩土技术参数。※以勘探、原位测试、室内土工实验为主要手段，必要时可补充物探、工程地质测绘和调查。工作量的多少按场地类别、建筑物特点及安全等级和重要性来确定，必要时布置适当的探井。8.1.2工程勘察分级•工程地质勘察分级：在确定了勘察阶段的基础上，根据工程的安全等级、场地的复杂程度、地基的复杂程度分为三个勘察等级。•1.工程安全等级：分为三级•1）安全等级一级：重要的工业与民用建筑，20层以上的高层建筑；体型复杂的14层（含14层）以上的高层建筑；对地基变形有特殊要求的建筑；单桩承受的荷载在4000kN以上的建筑物。•2）安全等级二级：一般的工业与民用建筑。•3）安全等级三级：次要的建筑物。（见P117表8.18.1.2工程勘察分级•2.场地复杂程度等级：分为三级•详见P117表8.2•3.地基复杂程度等级：也分为三级•详见P118表8.4•综合工程安全等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级将工程地质勘察分为三个等级•详见P118表8.58.2工程地质测绘8.2.1工程地质测绘的主要内容&必须进行工程地质测绘的情况：地质、地貌条件较复杂的场地，在选址勘察或初步勘察阶段须进行工程地质测绘。※通过工程地质测绘将场区工程地质条件反映在一定比例尺的地形底图上，最终成果是工程地质图。※包括工程地质条件的全部要素和所有工程地质现象。•◆岩土体的研究•主要研究地层岩性、岩土分布特征及成因类型、岩性变化特点等。特别注意性质特殊及软弱的软土、软岩、软弱夹层、破碎岩体、膨胀土、可溶岩等。小比例尺测绘采用地层学单位，大比例尺应考虑岩土工程地质性质的差异划分出更小填图单位。◆地质构造研究◇断裂、褶皱、节理及第四系土层厚度◆地形地貌研究◇中小比例尺着重地貌单元的成因类型及宏观结构特征；大比例尺侧重与工程建筑布局和设计有直接关系的微地貌及其细部特征。◆水文地质条件研究◇用于基础设计、水库渗漏、渗透性和稳定性、地面沉降、道路冻融、基坑涌水、深基坑支护等。◇查明含水层和隔水层、岩层透水性、地下水类型及埋藏和分布、地下水位、水质、水量、地下水动态等。◇必要时取样分析、进行动态长期观测、渗流试验等。◆调查研究各种物理地质现象◆天然建筑材料研究对场地或建筑地段的稳定性和适宜性作出评价，为勘察方案的布置提供依据。8.2.2工程地质测绘的范围和比例尺在确定测绘范围时应考虑下列因素：◆依据建筑物类型工业与民用建筑、渠道和线路、洞室工程◆建筑物工艺要求•◆工程地质条件的复杂程度•※工程地质测绘所用比例尺：•◇小比例尺：1：5000～1：50000，可行性研究、规划•◇中比例尺：1：2000～1：5000，初步勘察•◇大比例尺：1：200～1：1000，详细勘察、地质条件复杂、重要建筑物•※对于建筑地段的地质界线，测绘精度在图上的误差≦3mm，其它地段≦5mm。8.2.3工程地质测绘方法要点相片成图法和实地测绘法相片成图法：用地面摄影或航空（卫星）摄影的照片，根据判释标志，结合所掌握的区域地质资料，把判明的地层岩性、地质构造、地貌、水系和不良地质现象等调绘在照片上——再结合实地调查，进一步核对、修正和补充，最终转绘在地形图上——形成工程地质图。实地测绘法•◇路线法：沿预先选定的路线，穿越测绘场地，将沿线所测绘或调查的地层、构造、地质现象、水文地质、地质界线和地貌界线等填绘在地形图上。选择的路线可为直线，也可为折线，应考虑地形和交通情况，同时还须选择在露头或覆盖层较薄的地点；观测路线的方向应选择大致与岩层走向、区域构造线方向和地貌单元垂直，以便事半功倍。•◇布点法（用于大、中比例尺）：根据地质条件复杂程度和测绘比例尺的要求，预先在地形图上布置一定数量的观测路线和观测点。观测点可布置在观测线上，但须考虑观测的目的（如需观察不良地质现象、地质界线、地质构造、水文地质等要素）；◇追索法：沿地层走向或地质构造线、或不良地质现象界线进行布点（观测点）追索，主要为查明局部的工程地质问题；它往往是线路法或布点法的一种辅助和补充方法。8.3工程地质勘探8.3.1工程地质勘探的任务在工程地质测绘的基础上进行。包括钻探、坑探和物探。◇探明岩性和地质构造◇探明水文地质条件◇探明地貌及物理地质现象（土层结构等）◇提取岩土样及水样，提供野外现场实验条件。8.3.2工程物探以专用仪器通过探测地球物理场进行地层划分、判明地质构造、水文地质及各种地质现象。地质体的成层性、裂隙性、含水性、空隙性、物质成分、固结胶结程度等常以其导电性、磁性、弹性、密度、放射性等地球物理性质或地球物理场表现出来。常用的物探方法有：电法、地震法、磁法、重力法及放射性勘探等。最常用的工程物探方法为电法勘探和地震勘探。电法勘探•1.电法勘探：主要研究地下地质体的电阻率差异，通过电法仪测定人工或天然电场中岩土地质体的导电性大小及其变化，从而区分地层、地质构造、覆盖层和风化层厚度、含水层分布和埋深、古河道、充水裂隙等。•◆岩土电阻率：火成岩最高、变质岩次之，沉积岩最低。（见P120表8.6）•影响岩土电阻率的因素主要有岩石成分、结构、构造、孔隙裂隙、含水性等。正是由于不同岩土层之间存在电阻率差异，才能采用电阻率法来确定其各个岩土层的分布。◆电阻率法的基本原理和方法•设地层为均质各向同性的，当向地下供电时，（如图8.1），A、B为供电电极，M、N为测量电极。当A、B供电时，则有地层的视电阻率为：MNUKI式中：p——地层的视电阻率；△UMN-——M、N两极的电位差；I——测得的电流值；K——装置系数，与供电电极和测量电极的间距有关；◇◇实际地层为不同性、非均质体，所测得的电阻率为非均质体的综合反映，即为视电阻率。◇A、B两点间距愈大，反映的深度愈深根据电极极距的装置不同，可将电阻率法分为：☆电测深法（四极、三极、偶极、环形）☆电剖面法:探测某一深度岩土层视电阻率值的水平变化规律☆中间梯度法（探测陡倾角高阻带状构造，测线垂直带状构造）地震勘探方法•◇爆炸或敲击产生弹性地震波•地震波在岩土体内传播•◇根据不同介质地震波传播速度的差异来探测地下构造•◇按照地震波的传播方式，可将地震勘探分为：直达波法、反射波法、折射波法；•地震勘探可了解地下岩土层的分布、地质构造（如基岩面、覆盖层厚度、风化层、断层等）地震勘探8.3.3工程地质钻探钻探可准确获取地下地质资料，通过钻孔采取原状岩土样并做现场试验。◇直径≧800mm称大直径钻孔，为了鉴别和划分地层，终孔直径≧33mm；为了采取原状土样，取样段直径≧108mm；为了采取岩样，取样孔径对软质岩≧108mm，对硬质岩直径≧89mm。◇一般工民建地质勘探，钻孔深度在数十米以内；钻孔一般为垂直的，也可为倾斜的，也可水平的◇回旋式和冲击式钻机◇技术性孔和鉴别孔原状土样：在采取试样过程中应保持试样的天然结构，天然成分和结构未被破坏的样品；扰动土样：反之为扰动样或重塑样•※取原状土：在敏感和疏松砂土层应采用回旋钻进，并以泥浆护孔减少扰动；取土孔孔径适当，避免取土器切削孔壁带来废土；取土前一次钻进不宜过深，避免目标土层被扰动。8.3.4工程地质坑探通过探井、探坑或探槽取得直观资料和原状土样准确获取地质资料。◇探槽一般在覆盖土层3m时使用，可用于了解地质构造线、断层破碎带、地层分界线和采取原状土样。◇探坑深度一般为1～2m，与探槽的目的相同◇探井深度一般3m，圆形探井较为安全8.4现场原位测试主要包括静力载荷试验、触探试验、剪切试验和地基土动力特性试验等，根据建筑物类型、岩土条件、设计要求、地区经验和测试方法的适用性等因素选用合适的测试方法。8.4.1静力载荷试验用于确定地基土的承载力、变形模量、不排水抗剪强度、基床反力系数及固结系数等，包括平板载荷试验（PLT）和螺旋板载荷试验（SPLT）两种。静力载荷试验8.4.1静力载荷试验•静力载荷试验资料的应用：•1.确定地基的承载力；•2.确定地基土的变形模量；•3.估算地基土的不排水抗剪强度；•4.估算地基土基床反力系数。8.4.2静力触探试验静力触探试验：通过机械装置，将某种规格的金属探头用静力压入土层中，同时用传感器测试土层对触探头的贯入阻力（锥尖阻力和锥侧阻力），以此判断、分析和确定地基土的物理力学性质。其仅适于粘性土、粉土和砂土，主要用于划分地层、估算地基土的物理力学指标参数、评定地基土的承载力、估算单桩承载力及判定砂土地基的液化等级。静力触探根据其使用的探头分为单桥和双桥。静力触探曲线8.4.2静力触探试验•静力触探试验成果的应用：•1.根据贯入阻力曲线的形态特征或数值变化幅度划分地层；•2.评定地基土的强度参数；•3.评定土的变形指标；•4.评定地基土的承载力；•5.估算单桩承载力；8.4.3标准贯入试验•标准贯入试验是动力触探之一。它利用规定重量的穿心锤，从恒定高度上自由落下，将一定规格的探头打入土中，根据打入的难易程度判别土的性质。•标准贯入试