第九章工程地质勘察

第九章工程地质勘察9.1工程地质勘察的目的和要求一、工程地质勘察的目的：在于以各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和施工提供所需的工程地质资料。地基勘察必须遵守《岩土工程勘察规范》（GB50021—94）的有关规定。地基勘察和评价的任务：认识场地的地质条件，分析它与建筑物之间的相互影响。地质条件包括（岩土的类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质条件、不良地质现象和可资利用的天然建筑材料等。）9.1工程地质勘察的目的和要求二、决定勘察任务的因素：勘察任务工作内容、工作量、工作方法应按下列四个因素确定：1、建筑场地的复杂程度。（场地、地基等级）2、建筑规模及建筑物等级（安全等级）。3、对建筑场地地质条件的研究程度及当地建筑经验。4、地基基础设计、施工的特殊要求。三、工程地质勘察三阶段：对应于工程设计中场址选择、初步设计和施工图三阶段，为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为选址勘察、初步勘察和详细勘察三阶段。对于地质条件复杂或有特殊施工要求的重大建筑物地基，尚应进行施工勘察。9.1工程地质勘察的目的和要求（一）选址勘察（可行性研究勘察）基本要求选址勘察的目的是为了取得几个场址方案的主要工程地质资料，对拟选场地的稳定性和适宜性作出工程地质评价和方案比较。选择场址时，应进行技术经济分析，避开不利地段。可行性研究阶段的勘察工作，主要侧重于收集和分析区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验。9.1工程地质勘察的目的和要求（二）初步勘察基本要求初步勘察的任务是查明地层构造、岩土性质、地下水埋藏条件、冻结深度、不良地质现象的成因、分布及对场地稳定性的影响以及地基土的地震效应等，对场地内建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，为确定建筑总平面布置，选择主要建筑物地基基础设计方案和不良地质现象的防治对策提供工程地质资料。（三）详细勘察详细勘察的任务在于针对具体建筑物地基或具体的地质问题，为进行施工图设计提供可靠的依据或设计计算参数。因此必须查明建筑物范围内的地层结构、岩土的物理力学性质，对地基的稳定性及承载力作出评价，并提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料，此外，还要查明有关地下水的埋藏条件和腐蚀性、地层的透水性和水位变化规律等情况。详勘的手段主要以勘探、原位测试和室内土工试验为主，必要时可补充一些物探和工程地质测绘和调查工作。勘探点的布置应按岩土工程等级确定：对一二级建筑物，宜按主要柱列线或建筑物周边线布置。9.1工程地质勘察的目的和要求详勘勘探孔深度以能控制地基主要受力层为原则。对须进行变形验算的地基，控制性勘探孔深度应超过地基沉降计算深度。一般情况下按《勘察规范》选定。取试样和进行原位测试的井、孔数量，应按地基土层的均匀性、代表性和设计要求确定，一般占勘探孔总数的1/2~2/3，对一级建筑物每栋不得少于3个。试样或进行原位测试部位的竖向间距为1~2米，每一主要土层的试样不少于6个，原位测试数据不少于6组。对于地基主要受力层内厚度大于0.5m的夹层或透镜体，一般均需采取试样或进行原位测试。9.1工程地质勘察的目的和要求9.2地基勘察方法一、岩土工程勘察等级1、岩土工程勘察等级确定依据：工程重要性等级，场地复杂程度等级，地基复杂程度等级。2、岩土工程勘察等级：甲级，乙级，丙级。二、勘察点的布置三、地基勘察方法在实际工程地质勘察中，可采取测绘与调查、勘探、原位测试与室内试验等勘察方法。一、测绘与调查测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水与地表水、不良地质现象进行调查研究与必要的测绘工作，为评价场地工程条件及合理确定勘探工作提供依据。对建筑场地的稳定性进行研究是工程地质调查和测绘的重点问题。9.2地基勘察方法二、勘探勘探是地基勘察过程中查明地质情况的一种必要手段在测绘和调查的基础上，进一步对场地的工程地质条件进行定量的评价。常用的勘探方法有坑探、钻探、触探和地球物理勘探等。（一）坑探坑探是在建筑场地挖深井（槽）以取得直观资料和原状土样，这是一种不必使用专门机具的一种常用的勘探方法。当场地的地址条件比较复杂时，利用坑探能直接观察地层的结构变化，但坑探可达的深度较浅。探井的平面形状为矩形或圆形，深度为2~3米。较深时应支护坑壁以策安全。9.2地基勘察方法坑探示意图9.2地基勘察方法（二）钻探钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地层，并可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物理力学性质，此外，土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试。钻机一般分回转式与冲击式两种。回转式转机是利用钻机的回钻器带动钻具旋转，磨削孔底地层而钻进，通常使用管状钻具，能取柱状岩芯标本。冲击式钻机则是利用卷扬机借纲丝绳带动有一定重量的钻具上下反复冲击，使钻头击碎孔底地层形成钻孔后以抽筒提取岩石碎块或扰动土样。9.2地基勘察方法9.2地基勘察方法（三）触探触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土中，并量测能表征土对触探头贯入的阻抗能力的指标，从而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。作为勘探手段，触探可用于划分土层，了解地层的均匀性；作为测试技术，则可估计地基承载力和土的变形指标。触探可分为静力触探和动力触探。9.2地基勘察方法1.静力触探静力触探试验借静压力将触探头压入土中，利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质。静力触探仪可分为机械式和油压式（如下图）两类。9.2地基勘察方法静力触探设备中核心部分是触探头。触探杆将探头匀速贯如土层时，触探头可以测得土层作用于探头的锥尖阻力和侧壁阻力。探头按结构分为单桥和双桥两类。单桥探头所测到的是包括锥尖阻力和侧壁阻力在内的总贯入阻力P（kN）。通常用比贯入阻力PS（kPa）表示，即Ps=P/A9.2地基勘察方法双桥探头可测出锥尖总阻力Qc（kN）和侧壁总摩阻力Pt（kN）。通常以锥尖阻力qc（kPa）和侧壁阻力fs（kPa）表示：qc=Qc/Afs=Ps/Fs还可计算同一深度处的摩阻比Rs=fs/qc·100%在现场实测以后进行触探资料整理，绘制有关的曲线(如下图）。从而划分土层，间接地估算土的承载力、压缩性指标和单桩承载力等。9.2地基勘察方法9.2地基勘察方法2.动力触探动力触探是将一定质量的穿心锤，以一定高度自由下落，将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度的锤击次数，以此判别土的性质。下面介绍标准贯入试验和轻便触探两种动力触探方法。（1）标准贯入试验标准贯入试验应与钻探工作相配合。其设备是在钻机的钻杆下端联结标准贯入器，将质量为63.5kg的穿心锤套在钻杆上端。试验时，穿心锤以76cm的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中15cm（此时不计锤击数），随后打入土层30cm的锤击数，即为实测的锤击数。N9.2地基勘察方法当钻杆长度大于3m时，锤击数应按下式校正：NN按N的大小,确定土的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密实度以及估计砂土液化的可能性。穿心锤贯入器9.2地基勘察方法（2）轻便触探轻便触探设备组成（如右图）。试验时，先用轻便钻具开孔至被试土层，然后以手提高质量为10kg的穿心锥，使其以50cm的落距自由下落，将触探杆垂直打入土中，记录每打入30cm的锤击数称为N10。应用轻便触探指标N10，可确定粘性土和素填土的承载力，判别土层的均匀性。穿心锤触探杆尖锥头锤垫9.2地基勘察方法(四)旁压试验旁压试验适用于原位测定粘性土、粉土、砂土、软质岩石和风化岩石的承载力、旁压模量和土的应力应变关系。它是由旁压器、量测与输送系统、加压系统三部分组成。9.2地基勘察方法量测所加的压力大小以及引起的中腔压力室体积变化，得到压力与体积变化的关系曲线。该曲线可划分为三个阶段。第一阶段是橡皮膜膨胀与孔壁接触的阶段，最后与孔壁完全帖紧，帖紧时的压力P0相当于原位总的水平应力。第二阶段相当于弹性变形阶段，压力Pf为开始屈服的压力。第三阶段发生局部缩性流动，最后达到极限压力Pl。利用旁压结果，可以区分土类及土的物理状态，确定土的强度参数及变形参数以及土的承载力。9.2地基勘察方法（五）地球物理勘探地球物理勘探（简称物探）也是一种兼有勘探和测试双重功能的技术。物探之所以能够用来研究和解决各种地质问题，主要是因为不同的岩石、土层和地质构造往往具有不同的物理性质，利用其导电性、磁性、弹性、湿度、密度、天然放射性等差异，通过专门的物探仪器的量测，就可区别和推断有关地址问题。常用的物探方法主要有：电阻率法、电位法、地震、声波、电视测井等。9.2地基勘察方法三、测试工作及指标整理（一）测试工作的内容测试是地基勘察工作的重要内容。在土工实验室或现场原位进行测试工作，可以取得土和岩石的物理力学性质和地下水的水质等定量指标。室内试验项目应根据岩土类别、工程类型、工程分析计算要求确定。如对一般粘性土、粉土应进行天然密度、天然含水量、土粒比重、液限、塑限、压缩系数及抗剪强度（三轴或直剪）试验。原位测验包括静载荷试验、旁压试验、土的现场剪切试验、地基土的动参数测定、触探试验等。9.2地基勘察方法（二）土性指标的统计整理由于岩（土）自身的不均匀性，取样和运输过程的扰动，试验仪器及操作方法差异等原因，同类土层测得的土性指标值是离散的。在取得足够多数据后，应选择合理的数理统计方法。地基勘察中所测得指标，一些是直接用以计算土体强度和变形的，如抗剪强度指标值c、等，另一些多用于从规范表格（表6-5~6-9）确定地基承载力值。当用室内物理、力学指标查取地基承载力时，常用数理统计方法、求取有关部门指标平均值，从有关部门表格查取地基承载力基本值。而地基承载力标准值则由基本值乘以回归修正系数求得。9.2地基勘察方法根据试验样品数量、指标的离散程度、要求的置信度等，可用下式计算回归修正系数：2918.7884.21nnf—变异系数。变异系数按下式计算：nnii11212nnnii—为标准差。9.2地基勘察方法21当表中并列两个指标时，变异系数应按下式计算：—第一指标变异系数；—第二指标变异系数；—第二指标的折算系数，见承载力表（6-5、6-6、6-8）的注。12例题5-1已测得该粘土层力学指标，确定其承载力标准值。0.7070.7080.7090.7100.7110.7120.7130.210.220.220.230.240.240.25LIe9.2地基勘察方法9.3地基勘察报告书一、勘察报告书的编制地基勘察的最终成果是以报告书的形式提出的。勘察工作结束后，把取得的野外工作和室内试验记录和数据以及收集到的各种直接间接资料分析整理、检查校对、归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。最后以简要明确的文字和图表编成报告书。报告书应包括如下内容：（1）任务要求及勘察工作概况；（2）场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震设计烈度；（3）场地的地层分布、岩石和土的均匀性、物理力学性质、地基承载力和其它设计计算指标；（4）地下水的埋藏条件和腐蚀性以及土层的冻结深度；（5）对建筑场地及地基进行综合的工程地质评价，对场地的稳定性和适宜性作出结论，指出存在的问题和提出有关地基基础方案的建议。所附的图表有下列几种：勘探点平面布置图；工程地质剖面图；地质柱状图或综合地质柱状图；土工试验成果表；其它测试成果表（如静载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验等）9.3地基勘察报告书9.3地基勘察报告书钻孔柱状图9.3地基勘察报告书9.3地基勘察报告书二、勘察报告的阅读和使用阅读勘察报告时，首先应注意场地的稳定性，注意地质构造、地层成层条件，是否有不良地质现象以及危害程度和发展趋势。其次，了解土层在深度方向的分层情况，水平方向的均匀程度，以及各土层的物理力学性质指标，选择适合于上部结构特点和要求的土层作为持力层。此外，还需仔细复核勘察资料提供的土的物理力学指标是否与土性相符。9.3地基勘察报告书