武广客运专线衡阳站岩土工程详细地质勘察毕业论文.doc

中南大学2010届毕业设计武广客运专线衡阳站岩土工程详细地质勘察毕业论文第一章 岩土工程勘察纲要1.1 工程概况及任务来源1.1.1 拟建工程概况及其勘察等级确定拟建新衡阳站位于衡南县咸塘镇，西南临近耒河,旁有机耕道和施工便道通过，交通较为方便。勘察场地站台雨棚区标高58.0759.76m,站房区标高56.8357.99m。本工程建筑安全等级为一级，拟采用框架结构和变形设计，主要由两部分组成：（1）主站房为一层（局部夹层，局部有地下室），其最大柱底内力标准值约为4500KN，地基基础设计等级为乙级，地面设计标高57.407m，基础面标高-2.00m以下，其中地下通道标高56.407m；（2）站台雨棚（单层），其最大柱底轴力标准值为1500KN。根据岩土工程勘查规范（GB50021-2001）和铁路工程地质勘查规范（TB100122001）关于工程勘察的基本技术准则确定：工程的重要性等级：一级（重要工程、破坏后果很严重）。建筑类别：三类。设计使用年限：50年。结构安全等级：一级。由于所建场地位于河流冲蚀形成的河流阶地，地势较平坦，但是地层地质情况复杂，场地等级为二级（对建筑抗争不利地段，不良地质作用发育一般，地形地貌复杂，基础位于地下水位以上）。地基等级：中等复杂二级 。根据岩土工程勘察基本技术准则确定工程勘察等级，由于衡阳新建火车站工程重要等级为一级，场地复杂等级为二级，地基复杂等级为二级，综合分析确定：本次工程勘察等级:甲级。1.1.2 区域地质概况根据区域地质资料，勘察区内无影响场地稳定的地质构造，地震基本烈度为小于六度，场地区域地质稳定。1.1.3 地形地貌及交通条件拟建站房位于衡南县咸塘镇王江村，地貌单元属于河流阶地地貌，场地地形比较平缓，测得各钻孔孔口标高变化于56.8359.76m之间。勘察区位于衡南县咸塘镇王江村，有机耕道及施工便道与省道S315相连，交通较为便利。1.1.4 气象特征拟建场地属亚热带湿润季风气候，年平均气温16.5，无霜期约180250天。年平均降雨量11001400mm，降水量6月7月最高，月降雨量超过200mm。1.1.5 环境特征根据本次调查结果，拟建项目区内地面民房已基本拆除，勘察区内地表原有一条小溪沟横穿而过，现场地已经回填、整平压实，勘察区内无电力电信网线，亦未见古建筑遗址。1.1.6 任务来源该项目由武广铁路客运专线有限责任公司投资兴建，由中南建筑设计院设计。中南建筑设计院委托我院进行武广铁路客运专线新衡阳站站房及站台雨棚的岩土工程详细勘察工作。1.2 本纲目勘察目的及要求1.2.1 勘察要求工程勘察的目的是在定测勘察的基础上，通过钻探和各种原位实验以及室内试验定性和定量的查明地质情况，为初步设计提供准确的、可靠的岩土工程地质勘察资料。其主要的任务有七点：1）查明建筑场地的地质构造，就该场地作为多层建筑的场地，作出评价和建议。2）提供场地岩土层分布图。3）提供场地各岩土层的物理力学指标，应按不同的基础型式提供基础承载力和变形计算所需的各岩土层相应的物理力学指标。4）查明场地内有无不良地质现象。若有不良地质现象，应查明其成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度，并提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案的建议。5）提供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，对基坑开挖中的边坡稳定性和对周围建筑物和地下设施的影响等作出分析与评价。6）查明地下水的类型、埋藏情况及侵蚀性，并查明土层的透水性、地下水位变化幅度及规律；提供施工降水的有关技术参数并对施工降水方案提出建议；提供计算地下室水浮力的设计水位。7）本工程抗震设防烈度为小于6度。1.2.2 勘察目的勘察的主要目的是查明建筑物范围内的地形,地质构造及不良地质构造,提供岩石及各土层的物理力学性质,各层承载力及其它设计指标,担供采用桩基础的各层物理力学指标,如有不良地质构造,应提供防治工程所要的计算指标和资料,查明地下水的埋藏条件和侵蚀性,确定该地区的地震烈度,各土层的剪切波速,场地的类别及场地土液化不、判定,对建筑物场地和基础进行综合评价,勘察的深度应满足变形要求,控制深度应入基岩或进入持力层深度不小于10米.1.2.3 本次勘察执行的主要标准本次勘察内外业依据的技术标准是中国铁路系列的标准、规范、规程及相关的岩土工程勘察的标准、规范、规程。主要参照技术标准有：1)中南设计院提供的工程地质勘察任务委托书及勘察技术要求；2)地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB 50307-1999）；3)岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）；4)建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）；5)建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）；6)建筑桩基技术规范（JGJ 94-94）；7)建筑地基基础技术规范（DB42/242-2003）；8)基坑支护技术规程（JGJ120-99）；9)供水水文地质勘察规范（GB 50027-2001）；10)铁路工程地质勘察规范（TB10012-2007）；11)铁路工程土工试验规程（TB10102-2004）。1.3 勘察纲要1.3.1岩土工程勘察基本程序本次勘察执行的基本程序如图1-1：收集资料，了解场地岩土工程条件 收集资料，了解场地岩土工程条件 收集资料，了解场地岩土工程条件明确要求制定勘察纲要现场踏勘，测验有无意外情况测绘调查勘 探原位测试现场取样室内试验数据整理分析，判断有无矛盾和疑问，资料是否有遗漏做出场地地基评价，结论和建议，提交岩土工程勘察报告和相应图件考虑技术经济条件 图1-1岩土工程勘察基本程序图1.3.2 各种勘察方法的工程布置及预计完成工作量表1 -1 勘 察 工 作 量 统 计 表工 作 项 目单 位工 作 量1勘 探钻孔m/孔4486.7/1192取 样原状土样组62扰动土样组16岩样组11水样组43原位测试标准贯入试验次202重型动力触探试验m/次13.5m/72次4土工试验常规试验组62颗分试验组165岩石试验抗压试验组116水样试验水质分析试验组47稳定水位水位观测孔1198测 量勘探点点1199原位测试单孔波速测试m69.110注水试验段2根据任务要求，本次勘察共布置钻孔119个，勘探深度为30-40米，其编号依次为ZK001ZK119，其中控制性勘探孔51个，一般性勘探孔68个，土样78组，岩样11组，水样四组。其中钻孔布置按照沿着建筑物周边或柱列线布置，间距20-35m，桩端持力层或软弱下卧层层位变化大时，加密勘探点的原则；控制孔的布置按照占总数的1/2-1/3要求布置；图样的取样和原位测试则按桩基础要求的勘探孔深度内每一主要土层，取样和原位测试数量6个进行；而岩样就按嵌岩桩端持力层岩石，取6个岩石饱和单轴抗压强度实验样；标准贯入试验按土层中从1米处开始每2米一次；动力触探试验按遇强风化基岩及碎石类土2米一次进行；预计其完成的工作量见上表1-1。58第二章 勘察技术设计2.1 工程地质测绘2.1.1工程地质测绘概述工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作，在诸项勘察方法中最先进行。按一般勘察程序，主要是在可行性研究和初步勘察阶段安排此项工作。但在详细勘察阶段为了对某些专门的地质问题作补充调查，也进行工程地质测绘。工程地质测绘是运用地质、工程地质理论，对与工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述，初步查明拟建场地或各建筑地段的工程地质条件。将工程地质条件诸要素采用不同的颜色、符号，按照精度要求标绘在一定比例尺的地形图上，并结合勘探、测试和其他勘察工作的资料，编制成工程地质图。这一重要的勘察成果可对场地或各建筑地段的稳定性和适宜性作出评价。2.1.2采用的测绘方法及其内容本工程的工程地质测拟采用的方法为实地测绘法，实地测绘主要用布点法，布点法是工程地质测绘的基本方法，也就是根据不同的比例尺预先在地形图上一定数量的观测路线和观测点。本次工程地质测绘主要任务包括下列内容：1） 查明地形，地貌特征，地貌单元形成过程及其与地层，构造，不良地质现象的关系，划分地貌单元；2） 查明岩土的性质，成因，年代，厚度和分布，对岩层应查明风化程度，对土层应区分新近沉积土，特殊性土的分布及其工程地质条件；3） 查明岩层产状及构造类型，软弱结构面的产状及性质，包括断层的位置，类型，产状，断距，破碎带的宽度 充填胶结情况，岩土层的接触面及软弱夹层的特性等，第四纪构造活动的行迹，特点及与地震活动关系。4）查明地下水的类型，补给来源，排泄条件及井、泉的位置，含水层的岩性特征，埋藏深度，水位变化，污染性况及其与地表水的关系等5）收集气象，水文，植被，土的最大冻结深度等资料，调查最高洪水位及其发生时间，淹没范围；6）查明岩溶，土洞，滑坡，等不良地质现象的形成，分布，形态，规模，发育程度及其对工程建设的影响；7）调查人类活动对场地稳定性的影响，包括人工洞穴，地下采空，大挖大填，抽水排水等；8）收集建筑物的变形沉降资料及其他建筑经验。2.1.3测绘范围和测绘比例尺对于工业，民用建筑，测绘范应包括建筑场地及其邻近地段。另如建筑物拟建在靠过斜坡的地段，测绘范围应考虑到斜坡可能产生的不良地质现象的影响地带。对于测绘范围，在一般情况下，应稍大于建筑面积，但也不宜过大，以解决实际问题为前提。测绘精度要求：主要指图幅的精确度，也就是比例尺大小。按照岩土工程勘察规范GB50021-2001，详细勘察阶段比例尺选用1：500-1:2000。根据现场实际情况，这里我们选用1:1000的比例尺。2.2 工程测量2.2.1 测量目的施工测量的目的是把设计的建筑，构筑物的平面位置和高程，按设计要求以一定的精度测设在地面上，作为施工的依据。并在施工过程中进行一系列的测量工作，以衔接和指导工序间的施工。这里的测量主要是将设计中的钻孔的精确位置测设在场地中并标记好。测设精度的要求取决于建筑物的大小，材料，用途和施工方法等因素。施工测量工作与工程质量及施工进度有密切的联系。测量人员必须了解设计的内容，性质及其对测量工作的精度要求，熟悉图纸上的尺寸和高程数据，了解施工的全过程，并掌握施工现场的变动情况，使施工测量工作能够与施工密切配合。另外，施工现场工种多，交叉作业频繁，并有大量土，石方填挖，地面变动大等。因此各种测量标志必须埋设稳固且在不易破坏的位置。还应经常检查，如有破坏，应及时恢复。施工工测量的原则：施工测量和测绘地形图一样，遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则。即先在施工现场建立统一的平面控制网和高程控制网，然后以此为基础，测设出地面上的地物，地貌。对施工测量所使用仪器，工具应进行检验，校正，否则不能使用。工作中必须注意人身和仪器的安全。2.2.2 测量仪器全站仪是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来。微处理机（CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。本次测量选用了徕卡TS02power全站仪，它是一款测量精度较高且稳定性较好的全站仪，其技术参数如表2-1。2.2.3测量方法本次勘察钻孔位置系根据钻孔平面图计算出各钻孔坐标，根据施工方中铁三局提供的两个GPS测量坐标点SJTK26B（X：2976626.6380，Y：470768.136，H58.895）和SJTK27B（X：2976537.286、Y：470450.092），利用全站仪实地放点、施测，以测定每个孔的位置和高程。其测量方法如下：1）仪器的安置。（1）在实验场地上选择一点，作为测站，另外两点作为观测点。（2）将全站仪安置于测站点，对中、整平。（3）在两点分别安置棱镜。表2-1徕卡TS02power全站仪技术参数角度测量-精度 （标准偏差ISO-17123-3）2角度测量-最小读数0.1/ 0.1mgon / 0.01mil角度测量-设置精度0.5，1.5，2距离测量-圆棱镜测程 （GPR1）3500m距离测量-反射片测距250m距离测量-精度/测量时间 （标准偏差ISO-17123-4）标准：1.5mm + 2 10-6D / 2.4s ，快速：3mm + 2 10-6D / 0.8s ，跟踪：3mm + 2 10-6D / 0.15s数据存储通讯-可扩展内存最大：24000固定点，最大：13500测量点数据存储通讯-接口串口 （波特率从1200到115200）数据存储通讯-数据格式GSI / DXF / LandXML / 用户自定义ASCII格式望远镜放大倍数30 望远镜分辨率3望远镜视场1 30，100m处：2.7m望远镜调焦范围1.7m至无穷远显示屏图形化显示，160 280像素，5级亮度可调键盘标准键盘电池类型锂电池操作时间一般为20小时全站仪重量（包括GEB211和基座）5.1kg2）竖直度盘和水平度盘指标的设置。（1）竖直度盘指标设置：松开竖直度盘制动钮，将望远镜纵转一周（望远镜处于盘左，当物镜穿过水平面时），竖直度盘指标即已设置。随即听见一声鸣响，并显示出竖直角。（2）水平度盘指标设置：松开水平制动螺旋，旋转照准部360，水平度盘指标即自动设置。随即一声鸣响，同时显示水平角。至此，竖直度盘和水平度盘指标已设置完毕。注意：每当打开仪器电源时，必须重新设置和的指标。3）调焦与照准目标：其操作步骤与一般经纬仪相同，注意消除视差。4）坐标测量步骤：（1）设定测站点的三维坐标。（2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。（3）设置棱镜常数。（4）设置大气改正值或气温、气压值。（5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。（6）输入测点的坐标，计算并显示测点的方位角及距离。（7）移动棱镜到适当位置，并不断调整其位置，直至全站仪中显示距离和方位角一致时，然后测量其高程并做好标记。23工程物探地球物理勘探（简称物探）是利用物理学的基本原理和现代科学技术的新成就来勘查矿产资源，解决地质问题的各种方法的总称。工程物探指为土木工程服务的物探方法，主要解决岩土工程勘察和供水水文地质勘察中的地质问题。与钻探相比，它具有成本低、工效高的特点，是多、快、好省的地质勘察方法。工程物探以浅层地震、声波测定为主，此外还常用电法、磁法、放射性勘探和测井、遥感等方法。2.3.1物探选用原则1）作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点。2）在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插外推提供依据。3）作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、动剪切模量、卓越周期、电阻率。放射性辐射参数。土对金属的腐蚀性等。2.3.2应用物探应具备条件1）被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异。2）被探测对象具备一定的埋藏深度和规模，且地球物理异常。3）能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号。4）有代表性的地段进行方法的有效性试验。地球物理勘探，应根据探测对象的埋深、规模及其与周围介质的物性差异，选择有效的方法。在进行地球物理勘探成果判释时，应考虑其多解性，区分有用信息与干扰信号。必要时，应采用多种方法探测，进行综合判释，并应有已知物探参数或一定数量的钻孔验证。物探方法有其局限性，即条件性和多解性。所谓条件性是指探测对象是否具备必要的地质和地球物理前提及适当的野外施工条件；另外，当观测中遇到干扰时能否满足精度要求的可分辨异常。所谓多解性就是形态相同的物性异常曲线可以由多种地质因素引起，而同一地质体在不同条件下所反映的物性曲线在形态上又是千差万别的。所以物探常常与勘探相结合，优势互补来探明地质情况。2.3.3波速探测波速测试作为地基土动力特性测试项目之一，也是一种简便、快速、准确的原位测试技术。其测试原理为：当固体介质受到外力冲击时，介质受到应力作用而产生应变，在作用于介质的应力消失后，应变和应力失去平衡，应变就在介质中以弹性波的形式由介质中的质点依次向周围传播，这种弹性波既有面波又有体波，体波又分为压缩波(P波)和剪切波(S波) ，剪切波的垂直分量叫SV波，其水平分量称Sh波。在地层表面传播的面波可分为瑞雷波(Ray lcigh)和拉夫波(Love)，各种波在介质中传播的特征和速度不相同。剪切波速测试，是通过测量由振源传播到振动接收点的直达波的时间以及距离，根据波走时与深度关系计算地层波速。波列图中前面信号弱的部分属纵波序列，后面振幅明显增强部分则为剪切波序列。剪切波测试可逆振波形图中两道波形分别为正，反向激振后接收的信号，从剪切波序列可以看出明显的相位反置，能过两组信号的迭加，其交叉点即为剪切波的初至。波走时换算成垂直下行至测点的波走后，绘制垂直进距曲线，垂直时距曲线上一点的切线在时间轴上的斜率就是相应深度地层的波速。我们通过波速测试可获得岩(土)体的弹性波速，为工程设计提供所需的动弹性力学参数、划分建筑物场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析等。24钻探取样技术设计2.4.1钻探在岩土工程勘探中的目的:在岩土工程勘探中钻探仍是目前最主要最有效的勘探手段之一。它的目的主要有：1）揭露并划分地层，量测界线；采取岩土试样，鉴定和描述岩土的岩性和成分。2）了解地质构造，不良地质现象的分布，界线及形态等。3）自钻孔中选取岩土试样，供试验室试验分析，据以确定岩土的物理学性质。4）揭露并测量地下水的埋藏深度，了解地下水的类型，采取水样，化验分析地下水的物理和化学性质。5）利用钻孔进行孔内原位测试，以及水文地质试验和长期观测等。2.4.2 钻探工具组成钻探主要工具由钻机，钻塔，钻杆，钻头，泵，套管等组成。 2.4.3 钻机及泥浆泵的选择岩土钻掘工程的目的和施工对象各异，因而钻机种类较多。钻机可按用途分类，如岩心钻机，石油钻机，水文地质调查与水井钻机，工和地质勘查钻机，坑道钻机及工程施工钻机等。我们这里选用的是工程地质勘查钻机。钻机可选用XY-4和GY-200型钻机。这两类钻机是比较典型的工程地质勘查钻机。XY-4钻机主要适用于进行固体矿床勘探，工程地质勘察，也可以用作浅层石油，天然气，地下水钻探和堤坝灌浆，坑道通风，排水孔的钻进。GY-200型钻机主要用于大型，重机工业建设，民用高层建筑及公路，铁路，桥梁，水坝等深部工程地质勘察，水文地质普查，小型灌注桩浅孔钻进。于XY-4钻机相比，GY-200型钻机的设计比较先进，布局合理，结构紧凑，操作灵活，坚固耐用，可折性好，便于搬迁，修理方面。我们这里主要大型工业建筑,所以比较适合采用GY-200型工程勘察钻机。其技术参数见表2-2.泥浆泵是在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分。它的主要作用是在钻进过程中将泥浆随钻头钻进注入井下，起着冷却钻头，清洗钻具、固着井壁、驱动钻进，并将打钻后岩屑带回地面的作用。泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算，它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关，即孔径越大，所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑、岩粉及时冲离孔底，并可靠地携带到地表。由于我们这里是岩土工程勘察，孔径比较小，钻进深度比较低，所以我们选择小型的泥浆泵。这里我们选用岩土勘察中常用的HB-3系列泥浆泵。HB系列泥浆泵既可用于地质勘探，也可用于注浆工程。用于注浆工程时，具备流量大且流量可调的特点，并且可实现单、双液注浆且双液比例可调；表2-2 GY-200-1A型工程钻机技术参数钻孔深度200钻杆直径 4250mm钻杆直径 4250mm立轴转速（正）900 578 388 205 157 68 r/min立轴转速（反） 256 85 r/min最大扭矩2000N*m立轴倾角 0360油缸最大给进力 29KN油缸最大上顶力39KN钢丝绳直径 12.5mm钢丝绳容量 30m卷扬机单绳最大提升力 30KN卷筒线速度0.27 0.64 0.83 1.58 1.64 m/s动力机型号 ZS1110型柴油机额定功率 13.2Kw转速 2200r/min钻机质量 800KgHB-3型泥浆泵是根据广大客户的建议，对泵进行了较大的改进，使其效率更高和更加可靠，适用于水泥浆和一定比例的砂浆；其具有体积小，重量轻，适用于各种环境下作业。其具体参数见表2-3。表2-3 HB-3型泥浆泵参数表型号 HB-3型式 卧式、单缸、单作用柱塞式 流量(L/min)50压力(MPa)1.5配套功率(kW)4吸水高度(m)2进水管直径(mm)65排水管直径(mm)25外形尺寸(mm)11304701050重量(kg)2502.4.4钻进工艺和取芯钻具的选择及其结构要素1）钻进方法的选择选择钻探方法应考虑的原则（1）能够有效地钻至所需的深度，并能以一定的精度对钻穿的地层鉴定岩土类别和特性，确定其埋藏深度、变层界线和厚度；（2）能够采取符合质量要求的试样或进行原位测试，避免或减轻对取样段的扰动；（3）能够查明钻进深度范围内地下水的贮存情况。根据以上原则结合各种钻探方法的适用范围和特点，针对收集到的资料和相邻场地经验，场地上部为粘性土层，下部为强风化中风化岩层。再根据岩土工程勘察规范 GB50021-2001中的钻探方法适用表2-4可知，本工程适合在上部土层中采用机动冲击钻进，下部岩层采用回转转进。表2-4 钻探方法适用范围钻探方法钻探地层勘察要求（直观鉴别）粘性土粉土砂土碎石土岩石扰动样不扰动样回转螺旋钻探+-+无岩芯钻探+-岩芯钻探+冲击冲击钻探-+-锤击钻探+-+震动钻探+-+锤击钻探+-注：+：适用；+：部分适用；-：不适用。2）孔径的确定根据建筑工程地质钻探技术标准JGJ87-92【1】规定：钻探口径应根据钻探目的和钻进工艺确定，取原状土样的钻孔，口径不得低于91mm。所以我们这里选择终孔孔径91mm，开孔孔径130mm。钻杆选用常用的42mm钻杆。3）钻头的选择根据建筑工程地质钻探技术标准JGJ87-92的规定，我们综合考虑选用孕镶金刚石取芯钻头。金刚石钻头根据碎岩特点，可分为表镶金刚石钻头、孕镶金刚 石钻头和聚晶烧结体(包括复合片)金刚石钻头。我国钻探生产主要用孕镶钻头，比表镶钻头具有以下优越性：（1）对于金刚石品级的要求低于表镶钻头；（2）抗冲击载荷能力较好，如果唇面金刚石发生剪崩对钻进效果的影响小，对违反操作规程的敏感程度也小。（3）不必用手工摆放金刚石颗粒，工业制造过程更简单，价格相对便宜。4）土样等级的选择原状土取样是岩土工程勘察中的一项基础工作。目前我国在这一方面无论是设备还是操作技术都缺乏统一的标准，严重影响基础资料的质量，致使原状土的采取成为勘察工作中的一个薄弱环节。原状土样质量低劣就不可能正确反映地基土层的真实性状，既可能导致对地基的估计过高，使工程设计偏于危险；更多的是导致对土层的评价降低，无形中浪费大量宝贵的建设资金。所以选好取芯取样工具是勘察的重要环节之一。土样的质量取决于土样的扰动程度。所谓的不扰动土样（传统上称为原状土样），是指尽管原位应力状态已改变，但基本上保持土的天然结构、天然密度和含水量，且能满足室内试验各项要求的土样。但不是所有的试验都要求使用这种高标准的土样，不同的试验对土样有不同的扰动程度的控制要求。另一方面，采取不同等级土试样的成本差别很大，因此，根据国家标准岩土工程勘察规范（GB500212001）【2】将土试样质量根据试验目的分为四个等级，如表2-5。表2-5 土试样质量等级级别扰动程度试验内容不扰动土类定名、含水量、密度、强度试验、固结试验轻微扰动土类定名、含水量、密度显著扰动土类定名、含水量完全扰动土类定名注：不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求；除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用级土试样进行强度和固结试验，但宜对土试样受扰动程度抽样鉴定，判定用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。根据考虑土层的特点、操作水平和地区经验，结合设备和操作条件，相邻场地经验。本工程拟采取级土样以达到预期的质量等级。5）取土工具的选择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。取土器又分为贯入式取土器和回转式取土器，国内主要使用贯入式取土器。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。现将它们的结构特点、适用上类及优缺点列于表2-6. （摘抄自原状土取样技术标准JGJ89-92【3】）从技术和经济的角度综合考虑，我们选用敞口取土器中的厚壁式取土器。其结构组成见图2-1。图2-1 厚壁式取土器结构图6）土样的封装和贮存(1)、级土样应妥善密封。密封方法有蜡封和粘胶带缠绕等。应避免暴晒和冰冻。表2-6 贯入式取土器汇总表取土器种类结构特点适用土类优缺点敞口取土器厚壁式取样管为两个对分半圆管，内设衬管；其上端接装有上提活阀的取土器头部，下端接加厚管靴.均匀的粘性土，部分粉土和砂土结构简单，操作方便，不易变形受损，能取多种土类；土样易受扰动，质量为II-III级，且易逃土。薄壁式取样管为薄壁（厚1.5-2.0mm）无缝管，内不设衬管；上端与取土器头部用螺丝连接；下端无管靴，通过卷口切削形成一定的刃口角度和内间隙比。取土器提出地面后，卸下固定螺丝，土样与取样管一起封装。可塑-流塑状粘性土，部分粉土和粉砂土。土样扰动少，质量II-III级，适用于较软土层；需备有许多取样管，管材消耗大，不经济，遇较硬、密实土体刃口易损坏。束节式综合厚壁式与薄壁式优点的变径取土器，即下端刃口段为薄壁管；取样管整圆或对分半圆，内装衬管或环刀；上端取土器头部结构与厚壁式相同可塑-流塑状粘性土，粉土和粉砂土。土样扰动少，质量II-III级；不能取较硬、密实主体，否则刃口段易损坏。活塞取土器水压固定活塞式具上下两个活塞，下活塞固定，通过一段活塞杆与取土器头部及钻杆相接。上活塞可动，连接在取样管上端，还连接一压力缸。取样开始时，将钻杆下活塞固定，且下活塞在孔底封闭取样管；通过钻杆施加水压，驱动上活塞及取样管向下贯入取样；贯入达满行程时，压力水通过活塞杆的泄水孔排出，压力下降。取样管厚薄壁皆可。软塑-流塑状粘性土，部分可塑状粘性土、粉土和粉砂土。具有固定活塞取土器的基本优点，土样质量I-II级；操作较方便，但结构较复杂；一般只限于取较软的土样。固定活塞薄壁式在敞口薄壁取上器的基础上，加设一个与取样管内径匹配的活塞。取样开始时，活塞位置处于取样管底端，封闭取样管；贯入取样过程中上提活塞；贯入结束提升取土器时，活塞可隔绝土样顶部水压力。软塑-流塑状粘性土，部分可塑状粘性土，粉土和粉砂土。为高质量取土器，土样质量I级；取土成功率高，逃土可能性小。结构较复杂，安装和操作较麻烦；只能取软土。自由活塞薄壁式将固定活塞取土器的活塞延伸杆去掉，仅保留活塞通向取土器头部的一段。通过装设于取土器头部的弹簧锥卡来限制活塞的反向位移。贯入取样时，活塞可随着土样相对于取样管而向上移动。可塑-流塑状粘性土，部分粉土和粉砂土。结构和操作较简单，类似于一般敞口薄壁取土器。土样上顶活塞时易受扰动，故可塑状粘性土才能取得I级土样，流塑-软塑状粘性土只能取II级土样。 (2)尽可能缩短取样至试验之间的贮存时间，一般不宜超过3周。取样后应快送到实验室做相关实验(3)土样在运输途中要避免震动。对易于震动液化和水分离析的土样应就近进行试验。7）取岩芯工具选型及工艺钻探过程中，保证质量最关键的环节是采取岩芯。岩芯是供地质人员正确描述地层岩性和真实地反映地层情况的依据。在钻进过程中，进入岩芯管的岩芯往往由于钻具震动而破碎、磨耗、产生变化等振动，致使采芯率达不到100。为了避免或减少这些干扰，根据地质情况和设备条件，合理选择钻进方法和取芯工具，遵守操作规程，保证采取岩芯的质量。（1）常用的卡取岩芯的方法有：卡料卡取法、卡簧卡取法、干钻卡取法、沉淀卡取法和楔段器卡取法。这里我们根据操作水平和地区经验，结合设备和操作条件拟采用简单实用的沉淀卡取法。（2）取芯工具的选择根据工程相邻场地已建建筑物所揭露的地层情况，下部岩层为强风化到中风化，节理裂隙极发育较发育，岩体破碎完整，为极软软质岩。由卡取岩芯的特点及其适用情况，本工程拟采用沉淀卡取法为取芯方法，双动双层岩芯管为取芯钻具。 图2-2 双层双动管钻具结构图1回水孔；2双管接头；3球阀；4球阀座；5外管；6内管；7、8外、内钻头；9送水孔双层岩芯管钻具用在软地层及硬脆碎岩层中钻进，是提高岩芯采取率的有效工具。这类钻具分为双动双管和单动双管两类。双动钻具用于硬质合金钻进和金刚石钻进，单动钻具用于硬质合金和钻粒钻进。本工程采用双动钻具，双管钻具的冲洗液是从两岩芯管之间的空隙流到孔底，又由孔壁间隙返回孔口，而收存岩芯的内管中不通过冲洗液流。这样能够保存岩芯免受冲洗液的扰动，但仍受机械震动和摩擦的影响。双动双管钻具的结构如上图2-2。8）采取水试样的基本规定和要求：（1）水试样应能代表天然条件下的水质情况。（2） 简单分析水样取100ml；分析侵蚀性二氧化碳的水样取500ml，并加大理石粉23g；全分析水样取300ml。（3）取水容器要洗净，取样前应用水试样的水对水样瓶反复冲洗三次。（4）采取水样时，应将水样瓶沉入水中预定深度缓慢将水注入瓶中，严防杂物混入，水面与瓶塞间要留1cm左右的空隙。（5）水样采取后要立即封好瓶口，贴好水样标签，及时送化验室。（6） 水试样应及时试验，清洁水放置时间不宜超过72h，稍受污染的水不宜超过48h，受污染的水不宜超过12h。水试样的采取和试验项目应符合水的腐蚀性试验的规定。由于不能认定工程场地的水对建筑材料是否具有腐蚀性，因此，应采取水试样进行试验，并评定其对建筑物的腐蚀性。采取水试样应符合下列规定：（1）混凝土或钢结构处于以下时，应采取地下水试样，做腐蚀性试验。（2）混凝土或钢结构处于地表水中时，应采取地表水试样，做水的腐蚀性试验。（3）水取样数量每个场地不少于2件，对建筑群不宜少于3件。本工程设计取水样4件进行腐蚀性分析。2.4.5护壁与堵漏在岩土层中钻进，除能保持孔壁稳定的粘性土层和完整岩层外，均应采取护壁措施。土层由于容易下套管，因此在土层中采用套管护壁。在岩层中由于选用硬质合金回转转进，因此，采用泥浆护壁。泥浆具有携带、悬浮和排除岩粉、冷却钻头、润滑钻具，保护孔壁和堵漏功能。为了使泥浆符合钻进工艺所要求，需加入适量的化学处理剂，加入量通过试验确定。烧碱或纯碱可增粘度、增静切力、调节pH值，纯碱投入量一般为土质量的2；单宁酸钠可降粘度、降失水量、降静切力、一般加入量不超过35；当需要提高泥浆比重时可投放适量的重晶石粉、石粉、岩粉等物质。2.4.6钻探冲洗液钻进中选择适用冲洗液，主要是根据钻进地层情况来选用，原则是：1)钻进致密、稳定地层、选用清水作冲洗液；2)钻进松散、掉块、裂隙或遇水膨胀等地层，应选用淡水泥浆或不分散低固相泥浆，也可以采用钙处理泥浆冲洗液；3)钻进易溶解的矿层（如岩盐、光卤石等），为了保护矿心，防止冲蚀孔壁，应选用盐水泥浆作冲洗液；4)金刚石钻进，应选用聚丙酰胺不分散低固相泥浆、乳化泥浆作冲洗液。根据综合考虑，本工程在岩层钻探时选用聚丙酰胺不分散低固相泥浆做冲洗液。25水文地质勘探水文地质勘探由地下水质分析和水文地质测试组成。地下水质分析主要环境水对建筑材料的腐蚀性评价分析，建筑场地地地下水污染调查分析。水质分析往往用各种开式的指标值及水化学表达式来表示。具体方法有以下内容：1 离子含量指标，2 分子含量指标，3 综合指标。这里我们主要采用离子含量指标法。取水试样要求：采取的地下水试样必须代表天然条件下的客观水质情况。水文地质勘察中常用的野外试验有水文地质试验、钻孔压水试验、抽水试验、渗水试验、岩溶连通试验、回灌试验、地下水流向和实际流速测定试验等，（摘自水文地质学基础【4】）这类试验是为了获取地层的相关水文地质参数。2.5.1 注水试验注水试验是通过钻孔祥试验段注水，保持固定水头高度量测注入岩土层水量或量测水头高度与试验时间的变化率来确定岩土层的渗透系数的方法。此次使用的是钻孔降水头注水试验，其适用于地下水位以下渗透率较低的粘性土层。注水试验可根据以下公式计算含水层的渗透系数： （21） （22） （23）上式中：F形状系数，由钻孔和水流边界条件确定。K试验土层的渗透系数。T滞后时间。H试验的水头。A注水管内径截面积。L试验段长度。r钻孔半径。t试验时间。本次勘察工程中的注水试验计算过程及注水试验成果图见附图9。2.5.2 水位观测水位观测应注意以下几点：1)遇地下水位时应测量水位。2)稳定水位应在初始水位后一定的稳定时间后量测3)对多层含水层的水位量测，应采取止水措施，将被测含水层与其他含水层隔开。初见水位和稳定水位可在钻孔内直接量测，稳定水位的间隔时间按地层的渗透性确定，对于砂土和碎石土不得少于0.5h，对粉土和粘性土不得少于8h，并宜在勘察结束后统一量测稳定水位，量测读数至厘米，精确度不得低于2cm。26原位测试技术设计动力触探试验（英文缩写DPT）是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数（或以能量表示）来判定土的性质，并对土进行粗略的力学分层的一种原位测试方法。动力触探技术在国内外应用极为广泛，是一种主要的土的原位测试技术，这是和它所具有的独特优点分不开的。其优点是：设备简单且坚固耐用；操作及测试方法容易；适应性广，砂土、粉土、砾石土、软岩、强风化岩石及粘性土均可；快速、经济，能连续测试土层；有些动力触探测试（如标准贯入），可同时取样观察描述。虽然动力触探试验方法很多，但可以归为两大类，即圆锥动力触探试验和标准贯入试验。前者根据所用穿心锤的重量将其分为轻型、重型及超重型动力触探试验。一般将圆锥动力触探试验简称为动力触探或动探，将标准贯入试验简称为标贯。由于动力触探试验具有简易及适应性广等突出优点，特别是用静力触探不能贯入的碎石类土，动力触探则可大有用武之地。动力触探及其成果应用已被列于多种勘察规范中，在勘察实践中应用较广，主要应用于以下几个方面：1）划分土类或土层剖面。2）确定地基土承载力。3）求桩基承载力和确定桩基持力层。4）确定砂土密实度及液化势。5）确定粘性土稠度及粘聚力和内摩擦角值。2.6.1 重型圆锥动力触探试验选用原因动力触探试验具有勘探和测试双重功能，最基本的成果应用就是作为勘探手段，用来判别土类和划分土层。作为测试手段，动力触探试验的成果应用主要有以下几个方面：1）评价土的状态或密实度，这是碎石土密实度最主要的评价方法。2）估算土的强度指标。3）估算土的压缩性指标。4）评价地基承载力。5）估算单桩承载力。6）查明土洞、滑动面及软硬土层界面等。7）进行地基处理效果的检测。8）应用试验成果时，是否对其修正或如何修正，应根据建立统计关系时的具体情况确定。2.6.2 标准贯入试验选用原因1）评价砂土的密实度和粘性土的状态。这是砂土密实度的最主要判定方法。2）估算土的强度指标，包括砂土的内摩擦角和粘性土的不排水强度。3）估算土的压缩性指标，包括压缩模量和变形模量。4）评价地基承载力。5）估算单桩承载力。6）对砂土或粉土进行液化判别分析。这是进一步判别液化的首选方法。7）估算沉桩阻力，进行预制桩的沉桩可能性分析。8）进行地基处理效果的检测。27现场技术工作2.7.1 与编录有关的野外工作程序 1）提钻后，测量并登记残留岩土芯长度，可用小尺子或钢尺测量岩芯管下端空管长度，岩土芯不平整时取岩芯管中点及两端空管长度平均值。 2）测孔深、孔斜及水位、填写班报表。常见的工业与民用建筑岩土工程勘察时，要求垂直钻探且钻孔较浅，孔斜不必测量，一般当孔深大于100m或有特殊要求时，应测孔斜。水位应测初见水位及稳定水位，地下水有多层时，应分层测量。3）装岩土芯箱，按顺序摆放，每回次之间摆放铅笔填写的岩芯票，其格式大致如下所示：单位工程孔号孔深米至米，进尺米残留米，岩(土)芯长度米提升回次 岩芯编号及块数日期 记录人其中岩芯编号及块数示例如。式中：4指第4回次，3表示该回次岩芯有3块，2表示为第2块。4）初步鉴定岩土层，分层逐回次描述。5）岩土芯采取率的确定当无残留岩芯时，某回次岩土芯采取率为：当有残留岩土芯时，岩土芯采取率N为：式中：l指该回次的岩土芯长；L该回次进尺；L2指本回次残留岩土芯长度；L1上回次残留岩土芯长度。6） 计算换层深度HH=上回次累计孔深L0+本回次分界面以上岩土芯所代表进尺Lm。上回次累计孔深L0指本回次以上进尺的累计孔深，计算换层深度步骤为：（1）找到换层界面所在回次，并测量该回次中岩土层分界面以上提取的岩土芯长度lm；（2）若该回次岩土芯采取率为n%，则lm/(n%)即代表分界面以上在该回次中的进尺：Lm=lm/(n%)；（3）将上一回次累计孔深Lo加上Lm即得换算深度。7）校正孔深孔深=总钻具长-机上余尺-机高8）岩土芯轴夹角测量岩土层产状不能在钻孔中直接度量，宜配合地表及其他资料，据有关公式换算。需要计算岩土层产状时，可参考有关教材和参考书籍。9）在分层处插入分界牌，填写地质记录。10）采样或原位测试，并及时记录位置及测试结果。土工试验样及水样应认真采取和包装，及时送至实验室进行测试。11）据室内土工试验和原位测试结果对野外记录进行补充和修正。2.7.2、钻孔编录要求、格式和内容1）钻孔编录要求（1）野外记录应由受过专业训练的人员承担，记录应真实及时，按钻进回次逐段填写，严禁事后追记。（2）钻探记录可采用肉眼鉴别和手触方法，有条件时或需要时应采用定量化、标准化方法(包括微型贯入仪、点荷载仪、孟塞尔色标及砂土粒度样模等)。（3）钻探