土木地质 第8章_.ppt

1 第八章工程地质勘察 2 内容提要 工程地质勘察的目的和任务 工程地质勘察的基本方法 工程地质勘察报告的主要内容及编制方法 3 第一节工程地质勘察的基本要求 一 工程地质勘察的目的与任务工程地质勘察是运用工程地质理论和各种勘察测试技术手段和方法 为解决工程建设中地质问题而进行的调查研究工作 工程地质勘察是工程建设的先行工作 其成果资料是工程项目决策 设计和施工等的重要依据 4 工程地质勘察目的 是为了获取建筑场地及其有关地区的工程地质条件的原始资料和工程地质论证 为工程建设规划 设计 施工提供可靠的地质依据 以充分利用有利的自然和地质条件 避开或改造不利的地质因素 保证建筑物的安全和正常使用 工程地质勘察必须结合具体建 构 筑物类型 要求和特点以及当地的自然条件和环境来进行 勘察工作要有明确的目的性和针对性 5 具体而言 工程地质勘察的任务可归纳为 1 查明建筑场地的工程地质条件 选择地质条件优越的场地 2 查明场区内崩塌 滑坡 岩溶等不良地质现象 分析其对建筑场地稳定性的危害程度 为拟定改善和防治这些不良地质条件的措施提供地质依据 3 查明建筑物地基岩土的地层时代 岩性 地质构造 土的成因类型及其埋藏分布规律 测定地基岩土的物理力学性质 6 4 查明地下水类型 水质 埋深及分布变化 5 根据建筑场地的工程地质条件 分析研究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的建议 6 对于不利于建筑的岩土层 提出切实可行的处理方法或防治措施 7 二 工程地质勘察分级 1 工程重要性等级一级工程 重要工程 后果很严重 二级工程 一般工程 后果严重 三级工程 次要工程 后果不严重 8 2 工程场地等级一级场地 复杂场地 对建筑抗震危险地段 不良地质作用强烈发育 地质环境可能受到强烈破坏 地形地貌复杂 存在影响工程的复杂水文地质条件 二级场地 中等复杂场地 对建筑抗震不利地段 不良地质作用一般发育 地质环境已经或可能受到一般破坏 地形地貌较复杂 基础位于地下水位以下 9 三级场地 简单场地 抗震设防等于或小于6度及对建筑抗震不利地段 不良地质作用不发育 地质环境基本未受破坏 地形地貌简单 地下水对基础影响 10 3 地基等级一级地基 复杂地基 岩土种类多 且很不均匀 性质变化大 需作特殊处理 严重湿陷 膨胀 盐渍 污染的特殊性岩土 以及其他情况复杂 需作专门处理的岩土 二级地基 中等复杂地基 岩土种类较多 不均匀 性质变化较大 需特殊处理 除严重湿陷 膨胀 盐渍 污染以外的特殊性岩土 三级地基 简单地基 岩土种类单一 均匀 性质变化不大 无特殊性岩土 11 根据工程重要性 场地复杂程度等级和地基复杂程度等级 可将岩土工程勘察等级划分如下 甲级 工程重要性 场地复杂程度和地基复杂程度等级中 有一项或多项为一级 乙级 除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目 丙级 工程重要性 场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级 12 三 工程地质勘察阶段与内容建设工程项目设计一般分为可行性研究 初步设计和施工图设计三个阶段 为了提供各设计阶段所需的工程地质资料 勘察工作相应地划分为可行性研究勘察 选址勘察 初步勘察 详细勘察三个阶段 对于工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重要建筑物地基 应进行预可行性及施工勘察 对于地质条件简单 建筑物占地面积不大的场地 或有建设经验的地区 可适当简化勘察阶段 13 1 可行性研究勘察阶段可行性研究勘察工作对于大型工程是非常重要的环节 其目的在于从总体上判定拟建场地的工程地质条件能否适宜工程建设项目 一般通过取得几个候选场址的工程地质资料进行对比分析 对拟选场址的稳定性和适宜性作出工程地质评价 A 搜集区域地质 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 14 B 在收集和分析已有资料的基础上 通过踏勘 了解场地的地层 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 C 对工程地质条件复杂 已有资料不能符合要求 但其它方面条件较好且倾向于选取的场地 应根据具体情况进行工程地质测绘及必要的勘探工作 选择场址时 应进行技术经济分析 一般情况下宜避开下列工程地质条件恶劣的地区或地段 15 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 对建筑抗震不利地段 如设计地震烈度为8度或9度且邻近地震断裂带的场区 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 16 2 初步勘察阶段初勘是在选定的建设场址上进行的 根据选址报告书了解建设项目类型 规模 建设物高度 基础的形式及埋置深度和主要设备等情况 初勘的目的是对场地内建筑地段的稳定性作出评价 为确定建筑总平面布置 主要建筑物地基基础设计方案以及不良地质现象的防治工程方案作出工程地质论证 A 搜集本项目可行性研究报告 附建筑场区的地形图 一般比例尺为1 2000 1 5000 有关工程性质及工程规模的文件 17 B 初步查明地层 构造 岩石和土的性质 地下水埋藏条件 冻结深度 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 当场地条件复杂时 应进行工程地质测绘与调查 C 对抗震设防烈度为7度或7度以上的建筑场地 应判定场地和地基的地震效应 初步勘察时 在搜集分析已有资料的基础上 根据需要和场地条件还应进行工程勘探 测试以及地球物理勘探工作 18 3 详细勘察与施工勘察阶段详细勘察的目的是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 A 取得附有坐标及地形的建筑物总平面布置图 各建筑物的地面整平标高 建筑物的性质和规模 可能采取的基础形式与尺寸和预计埋置的深度 建筑物的单位荷载和总荷载 结构特点和对地基基础的特殊要求 B 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 19 C 查明建筑物范围各层岩土的类别 结构 厚度 坡度 工程特性 计算和评价地基稳定性和承载力 D 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 E 对抗震设防烈度大于或等于6度的场地 应划分场地土类型和场地类别 对抗震设防烈度大于或等于7度的场地 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 F 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 尚应查明水位变化幅度与规律 提供地层的渗透性系数 20 G 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 H 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 详细勘察的手段以勘探 原位测试和室内土工试验为主 必要时可以补充一些地球物理勘探 工程地质测绘和调查工作 详细勘察的勘探工作量 应按场地类别 建筑物特点及建筑物的安全等级和重要性来确定 对于复杂场地 必要时可选择具有代表性的地段布置适量的探井 21 第二节工程地质勘察方法 工程地质勘察的基本方法有 工程地质测绘工程地质勘探与取样工程地质现场测试与长期观测工程地质资料室内整理等 22 工程地质测绘是最基本的勘察方法和基础性工作 通过测绘将测区的工程地质条件反映在一定比例尺的地形底图上 工程地质图是工程地质测绘的最终成果 一 工程地质测绘 1 工程地质测绘的主要内容 23 A 岩土体的研究工程地质测绘的主要研究内容 要求查明测绘区内地层岩性 岩土分布特征及成因类型 岩性变化特点等 要特别注意研究性质软弱及性质特殊的软土 软岩 软弱夹层 破碎岩体 膨胀土 可溶岩等 另要注意查清易于造成渗漏的砂砾层及岩溶化灰岩分布情况 应注重岩土体物理力学性质的定量研究 工程地质测绘的内容包括工程地质条件的全部要素 同时注意对已有建筑区和采掘区的调查 24 B 地质构造的研究研究褶皱的形态 产状 分布 断裂的性质 规模 产状 活动性 构造岩的性质 胶结程度 裂隙的分布延伸 充填 粗糙度等 第四系地层的厚度 土层组合及空间分布情况 着重注意分析地质构造与建筑工程的关系 25 C 地形地貌研究研究地形的几何特征包括地形切割密度及深度 沟谷发育形态及方向 低山丘陵 阶地和平原等的划分及其特征 D 水文地质条件研究通过地质构造和地层岩性分析 结合地下水的天然或人工露头以及地表水的研究 查明含水层和隔水层 岩层透水性 地下水类型及埋藏与分布 地下水位 水质 水量 地下水动态等 必要时还可配合取样分析 动态长期观测 渗流试验等进行试验研究 26 E 调查研究各种物理地质现象弄清各种物理地质现象存在的情况 分析其发育发展规律及形成条件和机制 判明其目前所处状态对建筑物和地质环境的影响 F 天然建筑材料研究注意寻找天然建筑材料 并对其质量和数量作出初步评价 27 2 工程地质测绘的范围和比例尺工程地质测绘与调查 在选择场址阶段应搜集研究已有的地质资料 进行现场踏勘 初步勘察阶段 当场地的地质条件较复杂时 应进行工程地质测绘 详细勘察阶段 仅在初步勘察测绘的基础上 对某些专门地质问题作必要的补充 工程地质测绘调查的范围应包括场地及附近与研究内容有关的地段 在确定测绘范围对还应考虑下列因素 28 A 建筑类型对于工业与民用建筑 测绘范围应包括建筑场地及其邻近地段 对于渠道和各种线路 测绘范围应包括线路及轴线两侧一定宽度范围内的地带 对于洞室工程的测绘 不仅包括洞室本身 还应包括进洞山体及其外围地段 29 B 建筑物的工艺要求对于尾矿设施的测绘 由于其工艺要求不同 对干 不回水 和湿 回水 尾矿池的测绘范围也有所不同 前者一般不考虑渗流 要求比较简单 测绘范围可适当缩小 而后者则需要考虑渗流对坝址稳定及整个尾矿池周围的影响 其测绘范围不仅包括汇水面积 还要研究到分水岭一带 甚至还要研究与渗漏有关的相邻沟谷 30 C 工程地质条件复杂程度主要考虑动力地质作用可能影响的范围 例如建筑物拟建在靠近斜坡的地段 测绘范围则应考虑到邻近斜坡可能产生不良地质现象的影响地带 对于测绘范围的确定 一般情况下应大于建筑占地面积 也不宜过大 以解决实际问题需要为前提 工程地质测绘所用地形图的比例尺有以下三种 小比例尺测绘 比例尺1 5000 1 50000 一般在可行性研究勘察 城市规划或区域性工业布局时使用 31 中比例尺测绘 比例尺1 2000 l 5000 一般在初步勘察阶段时采用 大比例尺测绘 比例尺1 200 1 1000 适用于详细勘察阶段或地质条件复杂和重要建筑物地段 以及需要解决某一特殊问题时采用 对于建筑地段的地质界线 测绘精度在图上的误差不应超过3mm 其它地段不应超过5mm 32 3 工程地质测绘方法要点工程地质测绘方法有像片成图法和实地测绘法 像片成图法是利用地面摄影或航空 卫星 摄影的像片 在室内根据判释标志 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 调绘在单张像片上 并在像片上选择需要调查的若干地点和线路 然后据此做实地调查 进行核对 修正和补充 将调查的结果转绘在地形图上而成工程地质图 实地测绘法 指在野外进行测绘工作 常采用的方法有3种 33 A 路线法 沿着一些选择的路线 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 路线可为直线型或折线型 观测路线应选择在露头及覆盖层较薄的地方 观测路线方向大致与岩层走向 构造线方向及地貌单元相垂直 B 布点法 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 观测点一般布置在观测路线上 但要考虑观测目的和要求 如为了观察研究不良地质现象 地质界线 地质构造及水文地质等 34 C 追索法 沿地层走向或某一地质构造线 或某些不良地质现象界线进行布点追索 主要目的是查明局部的工程地质问题 追索法通常是在布点法或线路法基础上进行的 它是一种辅助方法 35 二 遥感技术在工程地质测绘中的应用 遥感技术是从人们一般不能站到的高度去 拍照 故从宏观视野上 也有着人力所不能及的优势 遥感技术是根据电磁辐射的理论 从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波 可见光 红外线 对目标进行探测和识别的技术 广泛用于军事侦察 导弹预警 军事测绘 海洋监视 气象观测等领域 36 三 工程地质勘探 勘探是工程地质勘察过程中查明地下地质情况的一种必要手段 它是在地面的工程地质测绘和调查所取得的各项定性资料基础上 进 步对场地的工程地质条件进行定量的评价 一般勘探工作包括坑 井 槽 探 钻探和地球物理勘探等 37 1 坑 井 槽 探 坑 槽探就是用人工或机械方式进行挖掘坑 槽 以便直接观察岩土层的天然状态以及各地层之间接触关系等地质结构 并能取出接近实际的原状结构土样 其缺点是可达的深度较浅 且易受自然地质条件的限制 常用的坑 槽探主要有坑 槽 井 洞等几种类型 38 钻探指在地表下用钻头钻进地层的勘探方法 地层内钻成直径较小且有相当深度的圆筒形孔眼的孔称为钻孔 其基本要素为孔口 孔径 孔深 孔壁 孔底 换径等 工程地质钻探是获取地表下准确地质资料的重要方法 通过钻探孔采取原状岩土样和做现场力学试验是钻探的任务之一 2 工程地质钻探 39 钻孔的直径 深度 方向等 应根据工程要求 地质条件和钻探方法综合确定 钻孔的直径一般为75 150mm 孔深视工程要求和地质条件而定 一般的工民建工程地质钻探深度在数十米以内 钻孔的方向一般为垂直的 也有打成倾斜的斜孔 40 B 采取岩土 用冲洗液 或压缩空气 将孔底破碎的碎屑冲到孔外 或者用钻具 抽筒 勺形钻头 螺旋钻头 取土器 岩芯管等 靠人力或机械将孔底的碎屑或样心取出于地面 C 保全孔壁 一般采用套管或泥浆来护壁 钻探过程包括三个基本程序 A 破碎岩土 采用人力和机械方法 使小部分岩土脱离整体而成为粉末 岩土块或岩土芯 破碎一般是借助冲击力 剪切力 研磨和压力来实现的 41 钻进方法有以下几种 A 冲击钻进 采用底部圆环状的钻头 将钻具提升到一定高度 利用钻具自重 迅猛放落 钻具在下落时产生冲击动能 冲击孔底岩土层 使岩土达到破碎 B 回转钻进 采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进 钻进中施加钻压 使钻头在回转中切入岩土层 达到加深钻孔的目的 C 振动钻进 采用机械动力所产生的振动力 通过连接杆和钻具传到圆筒形钻头周围土中 42 D 综合式钻进 综合冲击回转两种钻进方法 在钻进过程中 钻头克取岩石时 施加一定的动力 对岩石产生冲击作用 使岩石破碎速度加快 同时由于冲击力的作用使硬质合金刻人岩石深度增加 在回转中将岩石剪切掉 43 采取工程地质钻探的主要任务之一是在岩土层中采取岩芯或原状土试样 在采取试样过程中应该保持试样的天然结构 如果试样的天然结构已受到破坏 则此试样已受到扰动 则称为 扰动样 在工程地质勘察中是不容许的 岩芯试样一般坚硬 天然结构难于破坏 而土试样则不同 很容易被扰动 四 岩土试样的采取 44 减少土试样扰动的注意事项 A 选择合理的钻进方法 B 取土过程 如提升取土器 拆卸取土器等每个操作工序 要细致稳妥 以免造成扰动 并及时用蜡密封 并注明上下 贴上标签 做好记录 C 土样封存 运输和开土过程 应注意避免扰动 严防振动 日晒 雨淋和冻结 45 钻孔地质柱状图表示钻孔所穿过地层的综合图表 图中表示有地质年代 土层埋藏深度 土层厚度 土层底部的绝对标高 岩土的描述 柱状图 地面绝对标高 地下水水位和测量日期 岩土样选取位置等 柱状图采用的比例尺一般为1 100 1 500 46 物探是以专用仪器探测地壳表层各种地质体的物理场来进行地层划分 判明地质构造 水文地质及各种物理地质现象的地球物理勘探方法 因为地质体的不同结构和特性 如成层性 裂隙性和岩土体的含水性 空隙性 物质成分 固结胶结程度等常以地质体的导电性 磁性 弹性 密度 放射性等地球物理性质或地球物理场的差异表现出来 五 地球物理勘探 47 采用不同的探测方法 如电法 地震法 磁法 重力法以及放射性勘探等方法可以测定不同的物理场 用以了解地质体的特征 分析解决地质问题 应用最广的是电法勘探和地震勘探 48 电法勘探是研究地层电学性质及电场 电磁场变化规律 根据研究地质对象的电性差异 通过仪器测量电场情况 进而研究电场的分布规律 以了解地下深处地质体的状况 从而达到勘探结果 用的工作方法是 1 电剖面法 2 电测深法 3 高密度电阻率法 A 电法勘探 49 地震勘探是地球物理勘探方法中的一种重要方法 它的原理是利用人工激发 一般是在地面下不深处爆炸 的弹性波在岩石中传播的规律 来了解地下的地质情况 弹性波在地下传播时 遇到地层的分界就产生反射或折射 反射波或析射波回到地面时 可用高度灵敏的仪器将它记录下来 这种弹性波由发生爆炸的时刻起到由深处传到地面的时刻止 这段时间的长短决定于发生反射或析射的界面的深度 以及波传播的速度 B 地震勘探 50 按弹性波的传播方式 地震勘探又分为直达波法 反射波法和折射波法 地震勘探可以用于了解地下地质构造 如基岩面 覆盖层厚度 风化层 断层等 51 应用范围 广泛应用于城建 建筑部门 自来水 煤气公司等 交通 公路 铁路 地质 考古 油田 煤炭 邮电 机场 国防 公安等部门 实现对以下目标进行探测 特点 探测效率高 费用低 连续探测 实时二维图像显示 全数字化 操作方便 结果显示直观 非破坏性探测 无污染 52 探测深度 0 40米 视土壤环境而定 在电磁波弱衰减地区 例如 灰岩地区 探测深度可能达40米 在电磁波强衰减地区 可能对探测深度影响很大 在公路等道面厚度探测中 对厚度的分辨误差在3 左右 收发系统的频率越低 其探测深度越深 频率越高 对目标的分辨越高 53 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的记录和数据以及搜集到的各种直接和间接资料分析整理 检查校对 归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价 这些内容 最后以简要明确的文字和图表编成报告书 第三节工程地质勘察的报告书和图件 54 一 勘察数据的整理与分析 岩工工程勘察报告所依据的原始资料 应进行整理 检查 分析 确认无误后方可使用 岩工工程勘察报告应资料完整 真实准确 数据无误 图表清晰 结论有据 建议合理 55 二 勘察报告的基本内容 岩土工程勘察报告应根据任务要求 勘察阶段 工程特点和地质条件等具体情况编写 一般包括两部分 文字部分 图表部分 56 文字部分一 工程概况二 勘察目的和任务三 勘察工作四 地形 地貌五 工程地质条件 一 地层 二 地下水特征 三 地基土物理力学性质分析六 岩土工程分析和评价 一 场地稳定性与适宜性 二 场区地震效应评价 三 各土层容许承载力 结合经验 四 环境水及土腐蚀性评价七 结论和建议 57 图表部分 1 勘探点平面布置图 2 工程地质柱状图 3 工程地质剖面图 4 原位测试成果图表 5 室内试验成果图表 注 对地质条件简单和勘察工作量小的工程 勘察报告可采用图表形式 并附必要的文字说明 58 三 工程地质图的编制 工程地质图是综合反映地区工程地质条件并给予综合评价的图面资料 工程地质图是工程地质测绘 勘探 试验等项工作的综合总结性成果 它不像地质图或地貌图那样主要是通过测绘 制 成的 而是以这些图件为基础图 再把通过勘探对地下地质的了解 以及通过试验取得的资料等综合起来 编 成的 59 将对现场观测所取得的成果 按其比例尺 把工程地质条件各要素的空间分布和变化规律准确而有晰地表现在图面上 给人以深刻而具体的印象 常常比工程地质报告书的叙述更为确切而直观 60 工程地质图的类型 一 按图的内容可分为 1 分析图 图中只反映地质条件的某一要素或岩土的某一指标变化规律等 2 综合图 把制图区的工程地质条件综合反映在图上 并对全区提出工程地质条件总评价 61 3 分区图 按照工程地质条件相似程度 把制图范围内划分成为若干个区 4 综合分区图 图上既综合表现工程地质条件的有关资料 又有分区 并对各区的建筑适宜性作出评价 正式的工程地质图 一般为综合分区图 62 二 按图的用途分为 1 通用工程地质图 是为各类建筑服务的 而不是专为某一种建筑服务的 为此这种图上对与各类建筑有关的工程地质条件均应有所反映 只进行一般性评价 2 专用工程地质图 是为某一类建筑服务的 具有专门的性质 专用工程地质图又分为三种 1 小比例尺专用工程地质图 2 中比例尺专用工程地质图 3 大比例尺专用工程地质图 63 工程地质图表示的内容 1 地形地貌 图上应划分地形形态的等级和地貌单元 2 岩土类型 性质 厚度变化 3 地质结构 主要是基岩产状 褶皱及断层等 应在图上用专门符号加以表示 64 4 水文地质条件 地下水位 井泉位置 隔水层和透水层的分布 岩土含水性及富水性 地下水的化学成分及侵蚀性等 可以用符号或者等值线表示 5 不良地质现象 把各种物理地质现象 如滑坡 岩溶 岩堆 泥石流 地震烈度及其分区 风化壳厚度等表示出来 65 例一道路工程地质勘察 公路与铁路都是线型工程 往往要穿过许多地质条件复杂的地区和不同的地貌单元 使道路的结构复杂化 在山区线路中 塌方 滑波 泥石流等不良地质现象都是它们的主要威胁 地形条件是制约线路的纵向坡度和曲率半径的重要因素 66 线路的结构都是由三类建筑物组成 第一类为路基