勘探工作的布置.ppt

第五节 勘探工作的布置和施工顺序,一、勘探工作的布置 布置勘探工作总的要求，应是以尽可能少的工作量取得尽可能多的地质资料。为此，作勘探设计时，必须要熟悉勘探区已取得的地质资料，并明确勘探的目的和任务。将每个勘探工程都布置在关键地点，且发挥其综合效益。 在工程地质勘察的各个阶段中，勘探坑孔的合理布置，坑孔布置方案的设计必须建立在对工程地质测绘资料以及区域地质资料充分分析研究的基础上。,(一)勘探工作布置的一般原则 1、勘探总体布置形式 （1）勘探线 按特定方向沿线布置勘探点（等间距、或不等间距），了解沿线工程地质条件，绘制工程地质剖面图。 用于初勘阶段、线形工程勘察、天然建材初查。 （2）勘探网 勘探网选布在相互交叉的勘探线及其交叉点上，形成网状。（方格状、三角状、弧状等） 用于了解面上的工程地质条件，绘制不同方向的剖面图，场地地质结构立体投影图。适用于基础工程场地详勘，天然建材详查阶段 （3）结合建筑物基础轮廓 一般工程建筑物设计要求，勘探工作按建筑物基础类型、型式、轮廓布置，并提供剖面及定量指标。,桩基 每个单独基础有一个钻孔； 筏片、箱基 基础角点、中心点应有钻孔； 拱坝按拱形最大外荷载线布置孔 2、布置勘探工作时，应遵循以下几条原则： (1)勘探工作应在工程地质测绘基础上进行。通过工程地质测绘，对地下地质情况有一定的判断后，才能明确通过勘探工作需要进一步解决的地质问题，以取得好的勘探效果。否则，由于不明确勘探目的，将有一定的盲目性。 (2)无论是勘探的总体布置还是单个勘探点的设计，都要考虑综合利用。既要突出重点，又要照顾全面，点面结合，使各勘探点在总体布置的有机联系下发挥更大的效用。 ,(3)勘探布置应与勘察阶段相适应。不同的勘察阶段，勘探的总体布置、勘探点的密度和深度、勘探手段的选择及要求等，均有所不同。一般地说，从初期到后期的勘察阶段，勘探总体布置由线状到网状，范围由大到小，勘探点、线距离由稀到密；勘探布置的依据，由以工程地质条件为主过渡到以建筑物的轮廓为主。 (4)勘探布置应随建筑物的类型和规模而异。不同类型的建筑物，其总体轮廓、荷载作用的特点以及可能产生的岩土工程问题不同，勘探布置亦应有所区别。道路、隧道、管线等线型 工程，多采用勘探线的形式，且沿线隔一定距离布置一垂直于它的勘探剖面。房屋建筑与构 筑物应按基础轮廓布置勘探工程，常呈方形、长方形、工字形或丁字形；具体布置勘探工程时又因不同的基础型式而异。桥基则采用由勘探线渐变为以单个桥墩进行布置的梅花形型式。 ,(5)勘探布置应考虑地质、地貌、水文地质等条件。一般勘探线应沿着地质条件等变化最大的方向布置。勘探点的密度应视工程地质条件的复杂程度而定，而不是平均分布。为了对场 地工程地质条件起到控制作用，还应布置一定数量的基准坑孔(即控制性坑孔)，其深度较一般性坑孔要大些。 (6)在勘探线、网中的各勘探点，应视具体条件选择不同的勘探手段，以便互相配合，取长补短，有机地联系起来。 总之，勘探工作一定要在工程地质测绘基础上布置。勘探布置主要取决于勘察阶段、建筑物类型和岩土工程勘察等级三个重要因素。还应充分发挥勘探工作的综合效益。为搞好勘探工作，岩土工程师应深入现场，并与设计、施工人员密切配合。在勘探过程中，应根据所了解的条件和问题的变化，及时修改原来的布置方案，以期圆满地完成勘探任务。 ,3、勘探坑孔布置原则 按工程地质条件布置坑孔的基本原则 A、地貌单元及其衔接地段 勘探线应垂直地貌单元界限，每个地貌单元应有控制坑孔，二个地貌单元之间过渡地带应有钻孔。 B、断层 在上盘布坑孔，在地表垂直断层走向布置坑探，坑孔应穿过断层面。 C、滑坡 沿滑坡纵横轴线布孔、井，查明滑动带数量、部位、滑体厚度。坑孔深应穿过滑带到稳定基岩。 D、河谷 垂直河流布置勘探线，钻孔应穿过覆盖层并深入基岩5m以上，防止误把漂石当作基岩。 E、查明陡倾地质界面，使用斜孔或斜井，相邻两孔深度所揭露的地层相互衔接为原则，防止漏层。,(二)勘探坑孔间距的确定 各类建筑勘探坑孔的间距，是根据勘察阶段和岩土工程勘察等级来确定的。不同的勘察阶段，其勘察的要求和岩土工程评价的内容不同，因而勘探坑孔的间距也各异。 初期勘察阶段的主要任务是为选址和进行可行性研究，对拟选场址的稳定性和适宜性作出岩土工程评价，进行技术经济论证和方案比较，满足确定场地方案的要求。由于有若干个建筑场址的比较方案，勘察范围大。勘探坑孔间距比较大。 当进入到中、后期勘察阶段，要对场地内建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，确定建筑总平面布置，进而对地基基础设计、地基处理和不良地质现象的防治进行计算与评价，以满足施工设计的要求。此时勘察范围缩小而勘探坑孔增多了，因而坑孔间距是比较小的。,坑孔间距的确定原则： （1）勘察阶段。初期间距大，中后期逐渐加密； （2）工程地质条件的复杂程度。简单地段少布，间距放宽，复杂地段、要害部位间距加密； （3）参照有关规范。,(三)勘探坑孔深度的确定 确定勘探坑孔深度的含义包括两个方面：一是确定坑孔深度的依据；二是施工时终止坑孔的标志。概括起来说，勘探坑孔深度应根据建筑物类型、勘察阶段、岩土工程勘察等级以及所评价的岩土工程问题等综合考虑。 除上述原则外尚应考虑以下各点 （1）建筑物有效附加应力影响范围；,（2）与工程建筑物稳定性有关的工程地质问题的研究的需要； 如坝基可能的滑移面深度、渗漏带底板深度。 （3）工程设计的特殊要求； 如确定坝基灌浆处理的深度、桩基深度、持力层深度等。 （4）工程地质测绘及物探对某种勘探目的层的推断，在勘探设计中应逐孔确定合理深度，明确终孔标志。对于规范不应机械执行，应结合实际地质条件灵活运用。,作勘探设计时，有些建筑物可依据其设计标高来确定坑孔深度。例如，地下洞室和管道工程，勘探坑孔应穿越洞底设计标高或管道埋设深度以下一定深度。 此外，还可依据工程地质测绘或物探资料的推断确定勘探坑孔的深度。在勘探坑孔施工过程中，应根据该坑孔的目的任务而决定是否终止，切不能机械地执行原设计的深度。例如，为研究岩石风化分带目的的坑孔，当遇到新鲜基岩时即可终止。,二、勘探工程的施工顺序 勘探工程的合理施工顺序，既能提高勘探效率，取得满意的成果，又节约勘探工作量。为此，在勘探工程总体布置的基础上，须重视和研究勘探工程的施工顺序问题，即全部勘探工程在空间和时间上的发展问题。,一项建筑工程，尤其是场地地质条件复杂的重大工程，需要勘探解决的问题往往较多。由于勘探工程不可能同时全面施工，而必须分批进行。这就应根据所需查明问题的轻重主次，同时考虑到设备搬迁方便和季节变化，将勘探坑孔分为几批，按先后顺序施工。 先施工的坑孔，必须为后继坑孔提供进一步地质分析所需的资料。所以在勘探过程中应及时整理资料，并利用这些资料指导和修改后继坑孔的设计和施工。不言而喻，选定第一批施工的勘探坑孔是具有重要意义的。,根据实践经验，第一批施工的坑孔应为：对控制场地工程地质条件具关键作用和对选择场地有决定意义的坑孔；建筑物重要部位的坑孔；为其他勘察工作提供条件，而施工周期又比较长的坑孔；在主要勘探线上的坑孔。考虑到洪水的威胁，应在枯水期尽量先施工水上或近水的坑孔。由此可知，第一批坑孔的工程量是比较大的。,第六节 采取土样,取样是岩土工程勘察中必不可少的、经常性的工作。为定量评价岩土工程问题而提供室内试验的样品，包括岩土样和水样。除了在地面工程地质测绘调查和坑探工程中采取试样外，主要是在钻孔中采取的。 岩土工程师一般很重视岩土物理力学性质指标的获取，致力于各种试验理论和方法的研究，但对岩土试样的代表性问题，即试验成果是否确切表征实际岩土体性状的问题，则重视不够。它关系到岩土取样的问题。,关于试样的代表性，从取样角度来说，需考虑取样的位置、数量和技术问题。岩土体一般为非均质体，其性状指标是一定空间范围的随机变量。因此取样的位置在一定的单元体内应力求在不同方向上均匀分布，以反映趋势性的变化。 样本的大小关系到总体特性指标(包括均值、方差及置信区间)估计的精确度和可靠度。考虑到取样的成本，需要从技术和经济两方面权衡，合理地确定取样的数量。根据勘察设计要求，不同试样的用途是不一样的。 例如，有的试样主要用于岩土分类定名；有的主要用于研究其物理性质；而有的除上述外，还要研究其力学性质。为了保证所取试样符合试验要求，必须采用合适的取样技术。 本节主要讨论钻孔中采取土样的技术问题，即土样的质量要求、取样方法、器具以及取样效果的评价等问题。 ,一、土样的质量等级 土样的质量实质上是土样的扰动问题。土样扰动表现在原位应力状态、含水率、结构和组成成分等方面的变化，它们产生于取样之前，取样之中以及取样之后直至试样制备的全过程之中。土样扰动对试验成果的影响也是多方面的，使之不能确切表征实际的岩土体。从理论上讲，除了应力状态的变化以及由此引起的卸荷回弹是不可避免的之外，其余的都可以通过适当的取样器具和操作方法来克服或减轻。实际上，完全不扰动的真正原状土样是无法取得的。,有的学者从实用观点出发，提出对不扰动土样或原状土样基本质量要求是： (1)没有结构扰动。 (2)没有含水率和孔隙比的变化。 (3)没有物理成分和化学成分的改变。,并规定了满足上述基本质量要求的具体标准。 由于不同试验项目对土样扰动程度有不同的控制要求，因此许多国家的规范或手册中都根据不同的试验要求来划分土样质量级别。 规范参照国外的经验，对土样质量级别作了四级划分，并明确规定各级土样能进行的试验项目(下表)。其中、级土样相当于原状土样，但级土样比级土样有更高的要求。表中对四级土样扰动程度的区分只是定性的和相对的，没有严格的定量标准。 目前虽已有多种评价土样扰动程度的方法，但在实际工程中不大可能去对所取土样的扰动程度作详细研究和定量评价，只能对采取某一级别土样所必须使用的器具和操作方法作出规定。,土 样 质 量 等 级 划 分 表,此外，还要考虑土层特点、操作水平和地区经验，来判断所取土样是否达到了预期的质量等级。,二、钻孔取土器及其适用条件 取土器是影响土样质量的重要因素，所以勘察部门都注重取土器的设计、制造。对取土器的基本要求是：尽可能使土样不受或少受扰动；能顺利切入土层中，并取上土样；结构简单且使用方便。 (一)取土器基本技术参数 取土器的取土质量，首先取决于取样管的几何尺寸和形状。目前国内外钻孔取土器有贯入式和回转式两大类，其尺寸、规格不尽相同。以国内主要使用的贯入式取土器来说，有两种规格的取样管. 1、取样管直径(D) 目前土试样的直径多为50mm或80mm,考虑到边缘的扰动，相应地宜采用内径(De)为75mm及100mm的取样管。对于饱和软粘土、湿陷性黄土等某些特殊土类，取样管直径还应更大些。,2、面积比(Ca),对于无管靴的薄壁取土器，Dw=Dt ，Ca值愈大，土样被扰动的可能性愈大。一般采取高质量土样的薄壁取土器，其Ca10%，采取低级别土样的厚壁取土器Ca值可达30%。 3、内间隙比（Ci）,Ci的作用是减小取样管内壁与土样间因摩擦而引起对土样的扰动，Ci的最佳值随着土样的直径的增大而减小。国内生产的各种取土器Ci值为0-1.5%。,4、外间隙比（C0）,C0的作用是减小取样管外壁与土层的摩擦，以使取土器能顺利入土。国内生产的各种取土器C0值为0-2%。,5、取样管长度(L) 取样管长度要满足各项试验的要求。考虑到取样时土样上、下端受扰动以及制样时试样破损等因素，取样管长度应较实际所需试样长度要大些。 关于取样管的直径与长度，有两种不同的设计思路。一种主张短而粗，一种主张长而细；二者优缺点互补。中国过去沿用前苏联短而粗的标准。但目前国际比较通用的是长而细的一种，它能满足更多试验项目的要求。,6、刃口角度() 也是影响土样质量的重要因素。该值愈小则土样的质量愈好。但是过小，刃口易于受损，加工处理技术和对材料的要求也更高，势必提高了成本。国内生产的取土器值一般为50-100。,(二)贯入式取土器 贯入式取土器取样时，采用击入或压入的方法将取土器贯入土中。这类取土器又可分为敞口取土器和活塞取土器两类。敞口取土器按取样管壁厚分厚壁、薄壁和束节式三种；活塞取土器又有固定活塞、水压固定活塞、自由活塞等几种。 (三)回转式取土器 回转式取土器的基本结构与岩心钻探的双层岩心管相同，分为单动和双动两类。单动三重管取土器和双动三重管取土器。 回转式取土器可采取较坚硬、密实的土类以至软岩的样品。单动型取土器适用于软塑坚硬状态的粘性土和粉土、粉细砂土，土样质量-级。双动型取土器适用于硬塑坚硬状态的粘性土、中砂、粗砂、砾砂、碎石土及软岩，土样质量亦为-级。,三、钻孔取样的操作 土样质量的优劣，不仅取决于取土器具，还取决于取样全过程的各项操作是否恰当。 (一)钻进要求 (1)使用合适的钻具与钻进方法。一般应采用较平稳的回转式钻进。若采用冲击、振动、水冲等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。在地下水位以上一般应采用干钻方式。 (2)在软土、砂土中宜用泥浆护壁。若使用套管护壁，应注意旋入套管时管靴对土层的扰动，且套管底部应限制在预计取样深度以上大于3倍孔径的距离。 (3)应注意保持钻孔内的水头等于或稍高于地下水位，以避免产生孔底管涌，在饱和粉、细砂土中尤应注意。,(二)取样要求 (1)到达预计取样位置后，要仔细清除孔底浮土。孔底允许残留浮土厚度不能大于取土器废土段长度。清除浮土时，需注意不致扰动待取土样的土层。 (2)下放取土器必须平稳，避免侧刮孔壁。取土器入孔底时应轻放，以避免撞击孔底而