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1、第第6章章 工程地质勘察工程地质勘察 16.1 工程地质勘察的任务和方法6.1.1 工程地质勘察目的和方法简述根据建设场地明确性与否，工程地质勘察的任务可分两大类。一类是具有明确指定建设场地的工程地质勘察任务。另一类是需要方案比选建设场地的工程地质勘察任务。工程地质勘察常用的主要方法有：工程地质测绘；工程地质勘探；工程地质试验；工程地质现场观测。各种方法在各个工程勘察阶段中使用的数量、深度与广度也各不相同。26.1.2 工程地质勘察阶段1)可行性研究勘察阶段可行性研究勘察阶段，主要满足选址或者确定场地的要求，该阶段应对拟建场地的稳定性和适宜性做出客观评价。2)初步勘察阶段 初步勘察阶段应对场地
2、内建设地段的稳定性作出岩土工程定量分析。33)详细勘察阶段详细勘察应密切结合工程技术设计或施工图设计，针对不同工程结构提供详细工程地质资料和设计所需的岩土技术参数，对拟建物的地基做出岩土工程分析评价，为路基路面或基础设计、地基处理、不良地质现象的预防和整治等具体方案进行具体论证并得出结论和提出建议。详细勘察的具体内容应视拟建物的具体情况和工程要求来定。44)施工勘察阶段施工勘察主要是与设计、施工单位相结合进行的地基验槽，深基础工程与地基处理的质量和效果的检测，施工中的岩土工程监测和必要的补充勘察，解决与施工有关的岩土工程问题，并为施工阶段路基路面或地基基础设计变更提供相应的地基资料，具体内容视
3、工程要求而定。56.1.3 工程地质测绘1.工程地质测绘的范围工程地质测绘范围应根据工程建设类型、规模，并考虑工程地质条件的复杂程度等综合确定。一般工程跨越地段越多、规模越大、工程地质条件越复杂、测绘范围就相对越广。例如：京珠高速公路的线路测绘，横亘南北、穿山越岭、跨江过水，测绘范围就比三峡大坝选地址工程测绘范围要广阔。62.工程地质测绘的内容(1)地层岩性。(2)地质构造。(3)地貌条件。(4)水文地质。(5)不良地质。(6)可用材料。73.工程地质测绘的精度工程地质测绘的精度是指对野外观察得到工程地质现象和获取的地质要素信息标记、描述和表示在有关图纸上的详细程度。所谓地质要素，即场地的地层
4、、岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、物理地质现象、可利用天然建筑材料的质量及其分布等。测绘的精度主要取决于单位面积上观察点的多少，在地质复杂地区，观察点的分布多一些，简单地区则少一些，观察点应布置在反映工程地质条件各因素的关键位置上。一般应反映在图上大于2 mm的一切地质现象，对工程有重要影响的地质现象，在图上不足2 mm时，应扩大比例尺表示，并注明真实数据，如溶洞等。84.工程地质测绘的方法和技术(1)像片成图法。像片成图法是利用地面摄影或航空(卫星)摄影的像片，先在室内根据判释标志，结合所掌握的区域地质资料，确定地层岩性、地质构造、地貌、水系和不良地质现象等，描绘在单张像片上，然后在像片
5、上选择需要调查的若干布点和路线，以便进一步实地调查、校核并及时修正和补充，最后将结果转绘成工程地质图。(2)实地测绘法。实地测绘法就是在野外对工程地质现象进行实地测绘的方法。实地测绘法通常有路线穿越法、布线测点法和界线追索法三种。9(3)遥感技术应用。遥感技术就是根据电磁波辐射理论，在不同高度观测平台上，使用光学/电子学或电子光学等探测仪器，对位于地球表面的各类远距离目标反射、散射或发射的电磁波信息进行接收并以图像胶片或数字磁带形式记录，然后将这些信息传送到地面接受站，接受站再把这些信息进一步加工处理成遥感资料，最后结合已知物的波谱特征，从中提取有用信息，识别目标和确定目标物之间相互关系的综合
6、技术。简言之，遥感技术是通过特殊方法对地球表层地物及其特性进行远距离探测和识别的综合技术方法。遥感技术包括传感器技术、信息传输技术、信息处理、提取和应用技术、目标信息特征的分析和测量技术等。106.1.4 工程地质勘探1.开挖勘探开挖勘探就是对地表及其以下浅部局部土层直接开挖，以便直接观察岩土层的天然状态以及各地层之间的接触关系，并能取出接近实际的原状结构岩土样进行详细观察并描述其工程地质特性的勘探方法。根据开挖体空间形状的不同，开挖勘探可分为坑探、槽探、井探和洞探等。112.钻孔勘探钻孔勘探简称钻探。钻探就是利用钻进设备打孔，通过采集岩芯或观察孔壁来探明深部地层的工程地质资料，补充和验证地面
7、测绘资料的勘探方法。钻探是工程地质勘探的主要手段，但是钻探费用较高，因此，一般是在开挖勘探不能达到预期目的和效果时才采用这种勘探方法。123.地球物理勘探地球物理勘探简称物探，是利用专门仪器来探测地壳表层各种地质体的物理场，包括电场、磁场、重力场、辐射场、弹性波的应力场等，通过测得的物理场特性和差异来判明地下各种地质现象，获得某些物理性质参数的一种勘探方法。136.1.5 岩土测试1.桩基础自平衡测试法1)测试原理和特点自平衡测试法的主要装置一种经特别设计可用于加载的专利产品荷载箱，它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。在顶、底盖上布置位移杆，将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩身适当位置。2
8、)测试时间及加载方式在桩身强度达到设计要求的前提下，成桩到开始试桩的时间：对于砂土不少于10天，对于黏性土和粉土不少于15天，对于淤泥或淤泥质土不少于25天。加载方式可采用慢速维持荷载法也可采用快速维持荷载法。143)极限承载力的确定根据位移随荷载的变化特性确定极限承载力。4)转换方法自平衡法测出的上段桩的摩阻力方向是向下的，与常规摩阻力方向相反。传统加载时，侧阻力将使土层压密，而该法加载时，上段桩侧阻力将使土层减压松散，故该法测出的摩阻力小于常规摩阻力，因此必须进行等效转换。自平衡法测试结果向传统静载试验的桩顶荷载位移曲线转换方法有两种：一种是简化转化法；另一种是精确转化法。152.十字板剪
9、切试验十字板剪切试验是采用十字板剪切仪专门原位测定饱和软黏土抗剪强度的一种试验方法。十字板剪切仪主要由十字板头、加荷传力装置(轴杆、转盘、导轮等)和测力装置(钢环、百分表)三部分组成。3.离心模型试验简介土工离心模型试验(Geotechnical Centrifuge Model Test)的基本原理是，将土工模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度的作用，来补偿因模型尺寸缩小而导致的土工构筑物自重的损失。故对模拟以自重为主要荷载的岩土工程结构物性状的研究特别有效。166.1.6 现场监测现场监测是指在施工过程中及完成后由于施工和运营的影响而引起岩土性状及周围环境条件发
10、生变化所进行的各种动态观测工作。现场监测的目的是，进一步检验工程地质勘察和评价的可靠性；检验设计理论和计算的正确性；掌握施工对工程引起的影响以及监视其变化和规律，以便及时在设计、施工上采取相应的防治应对措施。176.2 工程地质勘察报告书和图件6.2.1 工程地质勘察报告书工程地质勘察报告书是在工程勘察工作结束时，将直接和间接获得的各种工程资料，经过分析整理、检查校对和归纳总结后文字记录及相关图表汇总的正式书面材料。工程地质是工程地质勘察的最终成果，也是向规划、设计、施工等部门直接提交和使用的文件性资料。186.2.2 工程地质图件1.综合工程地质平面图在选定比例尺地形图上以图形的形式标出勘察
11、区的各种工程地质勘察的工作成果，例如工程地质条件和评价，预测工程地质问题等，即成为工程地质图。2.勘察点平面位置图当地形起伏时，该图应绘在地形图上。在图上除标明各勘察点(包括浅井、探槽、钻孔等)的平面位置、各现场原位测试点的平面位置和勘探剖面线的位置外，还应绘出工程建筑物的轮廓位置，并附场地位置示意图、各类勘探点、原位测试点的坐标及高程数据表 193.工程地质剖面图工程地质剖面图以地质剖面图为基础，是勘察区在一定方向垂直面上工程地质条件的断面图，其纵横比例一般是不一样的。地质剖面图反映某一勘探线地层沿竖直方向和水平方向的分布变化情况，如地质构造、岩性、分层、地下水埋藏条件、各分层岩土的物理力学
12、性质指标等。其绘制依据是各勘探点的成果和土工试验成果。由于勘探线的布置是与主要地貌单元的走向垂直，或与主要地质构造轴线垂直，或建筑物的轴线相一致，故工程地质剖面图能最有效地揭示场地的工程地质条件，是工程勘察报告中的最基本的图件。204.工程地质柱状图工程地质柱状图是表示场地或测区工程地质条件随深度变化的图件。图中内容主要包括地层的分布，对地层自上而下进行编号和地层特征进行简要描述。此外，图中还应注明钻进工具、方法和具体事项，并指出取土深度、标准贯入试验位置及地下水水位等资料。215.岩土试验成果总表岩土的物理力学指标和状态指标以及地基承载力是工程设计和施工的重要依据，应将室外原位测试和室内试验
13、(包括模型试验)的成果汇总列表。主要是载荷试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、静力触探试验、土的抗剪强度、土的压缩曲线等成果图件。6.其他专门图件对于特殊土、特殊地质条件及专门性工程，根据各自的特殊需要，绘制相应的专门图件，如各种分析图等。226.3 工业与民用建筑的工程地质勘察工业建筑是指供工业生产使用的建筑物，包括专供生产使用的各种车间、厂房、电站、水塔、烟囱和栈桥等。民用建筑是居民住宅建筑和公共事业建筑的总称。居民住宅建筑是指供居民生活起居使用的建筑物，如住宅、宿舍等；公共事业建筑是指供人们进行社会公共活动的非生产性建筑物，例如办公楼、图书馆、学校、医院、影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、
14、车站等。236.3.1 工业与民用建筑的主要工程地质问题1.地基稳定性问题地基稳定性问题即地基对上部荷载安全承担的可靠性问题。地基稳定性问题一般包括地基的强度和变形两方面的内容，对于斜坡地区而言，还应考虑抗滑稳定性问题。2.地下水的侵蚀性问题钢筋混凝土是工业与民用建筑常用的工程材料，当钢筋混凝土基础埋置在地下水位以下时，必须考虑地下水对其侵蚀性问题。243.建筑物的配置问题大型的现代工业建筑通常是一个建筑群体，由工业主厂房、车间、办公大楼、职工宿舍及其附属设施建筑物组成。由于各种建筑物功能用途和工艺要求不同，其结构、规模和对地基的要求就不一样。4.地基的施工条件问题在修建工业与民用建筑物基础时
15、，一般都需要进行基坑开挖工作，尤其是高层建筑基础。当基坑在地下水毛细作用影响深度范围以上开挖时，首先遇到是坑壁应采用多大的开挖坡角才能保持稳定，是否需要支撑和如何支撑等问题；其次是开挖坑底地下水问题。256.3.2 工业与民用建筑的勘察要点1.可行性研究勘察阶段可行性研究勘察阶段应对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价。2.初步勘察阶段初步勘察阶段主要任务是对场地内建筑地段的稳定性作出评价，为建筑物的基础类型以及不利地质条件的防治措施等提供可靠的工程地质资料。263.详细勘察阶段详细勘察阶段的主要任务是针对不同建筑物或建筑群要求提供详细的岩土工程资料和设计所需的可靠岩土技术参数；应对建筑地基土作出
16、岩土工程分析评价，并对其基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案作出论证和建议。276.3.3 高层与超高层建筑的主要工程地质问题1.地基承载力问题高层与超高层建筑地基变形的范围和影响深度大，对地基承载力的要求很高，因此需要选择地基承载力的要求较高的岩土层作为基础的持力层。2.变形和倾斜问题高层与超高层建筑的重心高，荷载大，很容易产生整体横向倾斜，因此除了需要提供一般地基变形指标外，还应查明地基土在纵横两个方向的应力分布和变形特性，以满足地基变形验算的要求。283.基础选型问题箱形基础、桩基础和桩箱基础是目前高层与超高层建筑基础的主要型式。4.深基坑开挖和环境问题当高层与超高层建筑基础
17、采用箱形基础时，必须进行深基坑开挖。深基坑开挖将引起一系列岩土工程问题。5.抗震设计问题高层与超高层建筑对抗震设防要求高：在地震烈度大于或等于6度的地区，应对场地土类型、建筑场地类型作出判断；在地震烈度大于或等于7度的强震地区，应对地层断裂错动、地基土液化、震陷、震动强度、地震影响系数等进行详细分析、论证和判定，并对整个场地的稳定性作出明确的结论。296.3.4 高层与超高层建筑的工程地质勘察要点1.初步勘察阶段初步勘察阶段的任务就是对高层与超高层建筑场地的适宜性和地基稳定性作出明确结论，为确定高层与超高层建筑物的规模、平面造型、地下室层数以及基础类型等提供可靠的地质资料。2.详细勘察阶段详细
18、勘察阶段的目的就是为高层与超高层建筑基础设计和施工方案提供准确的定量指标和计算参数。306.4 道路工程的工程地质勘察1.道路工程地质勘察的目的任务(1)查明各条路线方案的主要工程地质条件，合理确定路线布设，重点调查对路线方案与路线布设起控制作用的地质问题。(2)沿线土质地质调查。根据选定的路线方案和确定的路线位置，对中线两侧一定范围的地带，进行详细地工程地质勘察，为路基路面的设计和施工提供可靠资料。(3)查明填方地段所用路基填筑材料的变形和强度性质。充分发掘、改造和利用沿线的一切就近材料。312.线路的基本类型及其特点(1)河谷线：一般坡度缓，线路顺直，工程简易，施工方便。但在平原河谷选线常
19、遇有洪水冲毁的危害；而丘陵河谷的坡度大，阶地常不连续，河流、泥石流冲刷或淹埋线路，遇支流时需修较大桥梁；山区河谷，弯曲陡峭，不良地质现象发育，桥隧工程量大。(2)山脊线：地形平坦，挖方量少，无洪水，桥隧工程量少。但山脊宽度小，不便于工程布置和施工。有时地形不平，地质条件复杂。若山脊全为土体组成，则需外运道渣。(3)山坡线 可以选任意线路坡度，路基多采用半填半挖。但线路曲折，土石方量大，桥隧工程多。(4)越岭线：能通过巨大山脉，降低路坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线复杂，不良地质现象发育，要选择适宜的垭口通过。(5)跨谷线：需造桥跨过河谷或山谷，其优点是缩短线路和降低坡度，但工程量大，费用高，需
20、选择河面窄，河道顺直，两岸岩体稳定的地方通过。326.4.1 道路工程地质问题1.路基边坡稳定性问题边坡都具有一定坡度和高度，边坡岩土体均处于一定的应力状态，在重力作用、河流的冲刷或工程的影响下，边坡发生不同形式的变形与破坏。2.路基基底稳定性问题路基基底稳定性多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为滑移、挤出和塌陷。333.路基土冻害问题路基土冻害包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用使路基翻浆。冻胀和冻融都会使路基土强度发生极大改变而产生破坏，危害道路的安全和正常使用。4.构筑材料问题路基工程需要天然构筑材料的种类较多，包括道渣、土料、片石、砂和碎石等。它不仅在数量上需求量
21、较大，而且要求各种构筑材料产地最好沿线两侧零散分布。346.4.2 道路工程地质勘察要点1.选线勘察阶段选线勘察阶段工作任务主要是按照规划指定道路起讫点及所经地区修建道路可能性，选出几个较好的线路方案。主要了解在线路方向垂直的3 km5 km宽度内存在多少较严重影响道路稳定安全的工程地质条件。勘察方法是一般尽量收集和利用拟建路段已有的地理、地形、地貌、地质、地震、水文气象等资料进行分析研究，以调查为主，必要时进行工程地质勘察工作。352.定线勘察阶段定线勘察阶段是在选线方案的基础上，确定一条经济合理、技术可行的线路。一般是在初选路线宽度500 m范围内进行较大比例尺的补充测绘工作。重点查明与选
22、择路线方案和确定路线走向有关的不良工程地质条件，分析评价其对工程稳定、施工条件和安全及营运养护的长期影响，合理选定路线方案。363.定测勘察阶段定测勘察阶段的主要工作任务是在已经确定的线路上，详细查明沿线的地质构造、岩土类别、土的物理力学性质、基岩风化情况、地下水埋深、变化规律和地表水活动情况。分析路基基底的稳定性、提供填方路段土石料的强度指标及变形、填土及路堑边坡坡度允许值；对已确定存在不稳定的斜坡路堤的采取的处理方案，对地层可能滑动的岩土界面进行测试并掌握其各种物理力学指标，重点是抗剪、抗滑指标；以满足工程设计的要求。376.5 桥梁工程的工程地质勘察桥梁是道路跨越河流、山谷或不良地质现象
23、发育地段等而修建的构筑物。桥梁是道路工程中的重要组成部分，也是道路选线时考虑的重要因素之一，大、中型桥梁的桥位大多是方案比较选线的控制因素。桥梁工程的特点是通过桥台和桥墩把桥梁上的荷载，如桥梁本身自重、车辆和人行荷载，传递到地基中去。桥梁工程一般都是建造在沟谷和江河湖海上，这些地区本身工程地质条件就比较复杂，加之桥台和桥墩的基础需要深挖埋设，也造成一些更为复杂的工程地质问题。386.5.1 桥梁工程地质问题1.桥墩和桥台的地基稳定性桥墩和桥台地基稳定性主要取决于桥墩和桥台地基中岩土体的承载力。2.桥台的偏心受压桥台除了承受垂直压力外，还承受岸坡的侧向主动土压力。3.桥墩和桥台地基基础的冲刷桥墩
24、和桥台的修建，使原来的河槽过水断面减小，局部增大了河水流速，改变了流态，对其地基基础产生强烈冲刷。有时可把河床中的松散沉积物局部或全部冲走，进而冲刷桥墩和桥台的地基和基础直接受到流水，严重影响其安全。396.5.2 桥梁的工程地质勘察要点1.初步设计勘察阶段初步勘察阶段目的在于查明桥址各线路方案的工程地质条件，并对建桥适宜性和稳定性有关的工程地质条件作出结论性评价，为选择最优方案、初步论证桥梁基础类型和施工方法提供必要的工程地质资料。2.施工设计勘察阶段施工设计勘察阶段是在选定的桥址方案提供桥墩和桥台施工设计所需要的工程地质资料。406.6 地下工程的工程地质勘察地下工程是指构筑在地表以下和山
25、体内部的各类建筑物或构筑物的总称，如铁道和公路交通运输用的隧道、地下铁道等；地下工业用房的地下工厂、核电站和变电所及地下矿井巷道、地下输水隧洞等；地下储存库房用的地下车库、油库、水仓、冷藏室和物资储备仓库等；地下生活用房的地下商店、影院、医院、住宅等。此外，国防和军事工程用的地下指挥所、掩蔽部和各类军事装备库等。416.6.1 地下工程的主要工程地质问题1.地下岩体工程的主要工程地质问题地下岩体在没有进行开挖前岩体在自重和构造应力作用下的初始应力或原岩应力状态一般是处于平衡状态的。洞室开挖后，地下形成了自由空间，打破了初始应力平衡状态，发生应力重新分布，原来处于挤压状态的围岩，由于有自由空间而
26、出现垂直临空面的应力趋于零，因此岩石就向洞室空间变形，直到达到新的平衡状态。这种变形若超过了围岩本身所能承受的能力，便发生破坏，从母岩中分离、脱落，形成坍塌、滑移、底鼓和岩爆等。426.1代数稳定性判据代数稳定性判据2.地下土体工程的主要工程地质问题在土体中开挖洞室时，遇到的主要工程地质问题包括上部土体的压力和涌水问题。在土体中，地下洞室围岩上部压力最大，例如在饱水细砂及淤泥质土层开挖隧道，几乎隧道顶部以上一直到地表的土层重量都是以围岩压力形式作用于支护结构。地下水也是地下土体洞室施工中所遇到的主要工程地质问题，如洞室穿过含水层时，石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的黏土时，在地下水的作用下发生剧烈
27、的溶解和膨胀而产生附加的围岩压力。地下水大量涌出，将出现管涌、大面积流砂等渗透破坏。对于土体隧道工程而言，隧道开口地段的主要工程地质问题是土质边坡的变形问题。436.6.2 地下工程位置的选择1.洞室门口位置的选择洞室门口位置的选择应分清主次，综合考虑，全面衡量。在保证地下工程稳定性的前提下，再考虑工程造价和施工进度。门口位置的工程地质条件，主要是考虑开口处的地形、岩性及坡体的稳定性，门口底的标高和开口的方向等问题。2.洞室轴线布位的选择洞室轴线布位的选择主要是由轴线穿越地层的岩性、产状、构造、水文地质等方面综合考虑确定。岩性要求尽量使洞室建在地层岩性均一、层位稳定、结构完整、风化轻微、承载力
28、较大的岩层中。洞室轴线宜与区域构造线、岩层及主要节理走向垂直或接近垂直，避免在冲沟、山洼等地表水及地下水汇集的地段通过。446.6.3 地下工程地质勘察要点1.可行性研究勘察阶段可行性研究勘察阶段对拟订方案进行比较选择，着重查明下列地质情况。(1)调查各拟定地下工程方案的地层岩石性质、围岩厚度、地质构造等条件，调查洞室沿线可能造成洞室内大量涌水与坍塌的水文地质条件。(2)查明对地下洞室的稳定与施工安全有不利影响的不良地质作用或其他不利因素，如活动断裂破碎带、易溶岩和膨胀岩、地热异常和有害气体等。(3)地下工程门口处边坡的坡度、形状、覆盖岩土层厚度与基岩风化程度，岩体结构特征等。(4)进行底下工
29、程地质分段和围岩初步分类。452.初步设计勘察阶段初步设计勘察阶段着重查明和研究下列地质情况：(1)查明底下工程建筑地段规模较大的断层破碎带和在掘进时可能产生大量涌水和突水、坍塌等地段的安全与稳定问题。(2)确定围岩物理力学参数并进行详细分类，评价洞室门口边坡的稳定性和预测其变化趋势，并对施工要求提出具体措施和建议。(3)对于大跨度洞室，还应查明主要软弱结构面的分布和组合关系，结合地应力评价洞室围岩的稳定性，并提出处理建议。463.施工设计勘察阶段施工设计勘察阶段针对已经揭露的地质情况，对已有的地质资料和围岩分类；对各个洞段的围岩稳定性和涌水情况进行预测和预报。对高墙洞室边墙上的软弱结构面组合情况及产生坍塌的边界条件要有定量指标作为依据。47