地基与基础工程(工程地质勘察)

1、 112单元单元1 工程地质勘察工程地质勘察 212单元单元1 工程地质勘察工程地质勘察目目 录录 3单元单元1 工程地质勘察工程地质勘察教学目标教学目标1.掌握土的成因与组成、物理性质、掌握土的成因与组成、物理性质、工程分类与鉴别方法；工程分类与鉴别方法；2.能够根据岩土的基本性质与地质常能够根据岩土的基本性质与地质常识，阅读建筑场地工程地质勘察报告。识，阅读建筑场地工程地质勘察报告。 41.1 土的物理性质土的物理性质与工程分类与工程分类单元单元1 工程地质勘察工程地质勘察 5自然界中土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物。土的物理性质是指固相、液

2、相、气相三相的质量与体积之间的相互比例关系及固相、液相两相相互作用表现出来的性质，前者称为土的基本物理性质，主要研究土的密实程度和干湿状况；后者主要研究黏性土的可塑性、胀缩性及透水性等。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 61.土的概念土的概念地球表面3080km厚的范围是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石经风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。土是由固相、液相、气相三相物质组成；或者说土是由固体相、液体相、气体相和有机质（腐殖质）相四相物质组成。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类1.1.1 土的成因土的成因 72.土的形成和演变土

3、的形成和演变地壳表面广泛分布着的土体是完整坚硬的岩石经过风化、剥蚀等外力作用而瓦解的碎块或矿物颗粒，再经水流、风力或重力作用、冰川作用搬运在适当的条件下沉积成各种类型的土体。靠近地表的土体经过生物化学及物理化学变化（即成壤作用）形成土壤；未形成土壤的土，继续受到风化、剥蚀、侵蚀而再破碎、再搬运、再沉积等地质作用。时代较老的土在上覆沉积物的自重压力及地下水的作用下，经受成岩作用，逐渐固结成岩，强度增高，成为“母岩”。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 81.1.2.1 土的组成土的组成土是由固体颗粒、液体水和气体三部分组成（图1.1），换句话说，即土是由固相、液相和气相三相组成

4、。土中的固体矿物构成骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中充填着水和空气，三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同。固体固体+气体（液体气体（液体=0）为干土，干黏土较硬，干砂松散；）为干土，干黏土较硬，干砂松散；固体液体气体为湿土，湿的黏土多为可塑状态；固体液体气体为湿土，湿的黏土多为可塑状态；固体液体（气体固体液体（气体=0）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化，饱和黏土地基沉降需很长时间才能稳定。产生液化，饱和黏土地基沉降需很长时间才能稳定。1.1.2 土的组成与结构土的组成与结构1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 9图图1.1 土的三相比例

5、土的三相比例1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 10土的三相比例如图1.1所示，其中： m = mw+ms （1.1） Vv=Va+Vw （1.2） V=Vv+Vs （1.3）式中 m -土的总质量； mw-土中水的质量； ms -土中固体颗粒的质量； V-土的总体积； Va -土中气体所占的体积； Vw -土中水所占的体积； Vs -土中固体颗粒所占的体积； Vv -土中孔隙所占的体积。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 11（1）土的固体颗粒）土的固体颗粒颗粒的大小通常以粒径表示。工程上按粒径大小分组称为粒组，即某一级粒径的变化范围。土中各粒组的相对含量

6、称为土的粒径级配。土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。实验室常用的颗粒分析方法有筛分法和密度计法。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 12（2）土中水）土中水组成土的第二种主要成分是土中水。在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以是液态、固态或气态，存在于土中的液态水又可分为结合水和自由水两大类。土中细粒越多，即土的分散度越大，水对土的性质的影响也越大。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 13（3）土中气体）土中气体在非饱和土中，土颗粒间的孔隙由液体和气体充满。土中气体一般以下面两种形式存在于土中：一种是四周被颗粒和

7、水封闭的封闭气体，另一种是与大气相通的自由气体。当土的饱和度较低，土中气体与大气相通时，土体在外力作用下，气体很快从孔隙中排出，则土的强度和稳定性提高。当土的饱和度较高，土中出现封闭气体时，土体在外力作用下，体积缩小；外力减小，则体积增大。因此，土中封闭气体增加了土的弹性。同时，土中封闭气体的存在还能阻塞土中的渗流通道，减小土的渗透性。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 141.1.2.2 土的结构土的结构土颗粒之间的相互排列和连续形式称为土的结构。（1）单粒结构）单粒结构单粒结构又称粗颗粒土，如卵石、砂等。（2）蜂窝结构）蜂窝结构当土颗粒较细（粒级在0.0020.02mm）

8、时，会在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒时，由于土粒之间的分子吸引力大于颗粒自重，则正常土粒被吸引而不再下沉，形成很大孔隙的蜂窝状结构。（3）絮状结构）絮状结构粒径小于0.005mm的黏土颗粒在水中长期悬浮并在水中运动时，形成小链环状的土集粒而下沉。1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 15按土开挖的难易程度可将土分为松软土、普通土、松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石石八类。松软土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；次坚

9、石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。表1.1为土的工程分类与现场鉴别方法。1.1.3 土的工程分类土的工程分类1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 16土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KsKs一类土 (松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)1.081.171.011.03能用锹、锄头挖掘 二类土 (普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土 1.141.281.021.05用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松 三类土 (坚土)软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土 1.241

10、.301.041.07要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍 四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石 1.261.321.061.09整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤 五类土 (软石) 硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩 1.301.45 1.101.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 六类土 (次坚石) 泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩，泥灰岩，密实的石灰岩，风化花 岗岩，片麻岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土 (坚石) 大理岩，辉绿岩，

11、玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾 岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖 八类土(特坚硬石) ) 安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩 1.451.50 1.201.30 用爆破方法开挖表表1.1 土的工程分类与现场鉴别方法土的工程分类与现场鉴别方法1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 17土的物理性质指标可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量、密度和土粒相对密度；另一类是可以根据试验测定的指标换算的，如孔隙比、孔隙率和饱和度等。1.1.4 土的物理性质指

12、标土的物理性质指标1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 181.土的密度（土的密度（g/cm3）天然密度（湿密度）天然密度（湿密度）:天然状态下土的密度以下式表示 干密度干密度:土的孔隙中完全没有水时的密度，是指土单位体积中土粒的重量，即固体颗粒的质量与土的总体积之比值。 干密度反映了土的孔隙性，因而可用以计算土的孔隙率，它往往通过土的密度及含水率计算得来，但也可以通过实测得到。VmVmsd1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 192.含水率（含水量）含水率（含水量）土的含水量定义为土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示，即3. 孔隙率孔隙率孔隙率是土的孔隙体

13、积与土体积之比，或单位体积土中孔隙的体积，即%100%100ssswmmmmmw%100VVnv1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 204.孔隙比孔隙比孔隙比是土的孔隙体积与土粒体积之比，以小数表示，即常见的物理性质指标及相互关系换算公式如表1.2所示（见教材第12页）。svVVe 1.1 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 211.2 工程地质勘察工程地质勘察 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 22工程地质勘察是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造；地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质，自然（物理）

14、地质现象和天然建筑材料等，这些通常又称为工程地质条件。查明工程地质条件后，需根据设计建筑物的结构和运行特点，预测工程建筑物与地质环境相互作用（即工程地质作用）的方式、特点和规模，并做出正确的评价，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。1.2.1 工程地质勘察概述工程地质勘察概述 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 231.2.1.1 编制地质勘察报告的程序编制地质勘察报告的程序（1）外业和实验资料的汇集、检查和统计。（2）对照原位测试和土工试验资料，校正现场地质编录。（3）编绘钻孔工程地质综合柱状图。（4）划分岩土地质层，编制分层统计表，进行数理统计。（5）编绘工程地质剖面图和其他专

15、门图件。（6）编写文字报告。 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 241.2.1.2 工程地质勘察报告的主要内容工程地质勘察报告的主要内容工程地质勘察报告应叙述工程项目、地点、类型、规模、荷载、拟采用的基础形式；工程勘察的发包单位、承包单位；勘察任务和技术要求；勘察场地的位置、形状、大小；钻孔的布置和布置原则，孔位和孔口标高的测量方法以及引测点；施工机具、仪器设备和钎探取样及原位测试方法；勘察的起止时间；完成的工作量和质量评述；勘察工作所依据的主要规范、规程；其他需要说明的问题。报告应附勘探点(钻孔)平面位置图、勘探点测量成果表和勘察工作量表。若勘察工作量少，可只附图而省去表。 1.2 工程地质

16、勘察工程地质勘察 25（1）地质地貌概况）地质地貌概况地质地貌决定了一个建筑工地的场地条件和地基岩土条件，应从地质结构、地貌、不良地质现象三个方面加以论述。地质结构主要阐述的内容是:地层(岩石)、岩性、厚度；构造形迹，勘察场地所在的地质构造部位；岩层中节理、裂隙发育情况和风化、破碎程度。由于勘察场地大多地处平原，应划分第四系的成因类型，论述其分布埋藏条件、土层性质和厚度变化。地貌包括勘察场地的地貌部位、主要形态、次一级地貌单元划分。如果场地小且地貌简单，应着重论述地形的平整程度、相对高差。阐述勘察场地及其周围有无滑坡、崩塌、塌陷、潜蚀、冲沟、地裂缝等不良地质现象。 1.2 工程地质勘察工程地质

17、勘察 26（2）地基岩土分层及其物理力学性质）地基岩土分层及其物理力学性质这一部分是岩土工程勘察报告应着重论述的问题，是进行工程地质评价的基础。下面介绍分层的原则和分层叙述的内容。土层按地质时代、成因类型、岩性、状态和物理力学性质划分；岩层按岩性、风化程度、物理力学性质划分。厚度小、局部分布的可作夹层处理，厚度小而反复出现的可作一层处理。对每一层岩土，要叙述如下的内容:分布、埋藏条件、岩性和状态、取样和实验数据、原位测试情况和承载力。 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 27（3）地下水简述）地下水简述地下水是决定场地工程地质条件的重要因素。报告中必须论及:地下水类型，含水层分布状况、埋深、岩性

18、、厚度，静止水位、降深、涌水量、地下水流向、水力坡度；含水层间和含水层与附近地表水体的水力联系；地下水的补给和排泄条件，水位季节变化，含水层渗透系数，以及地下水对混凝土的侵蚀性等。对于小场地或水文地质条件简单的勘察场地，论述的内容可以简化。有的内容，如水位季节变化，并非在较短的工程勘察期间能够查明，可通过调查访问和搜集区域水文资料获得。 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 28（4）场地稳定性）场地稳定性 场地所处的地质构造部位有无活动断层通过，附近有无发震断层。 地震基本烈度，地震动峰值加速度。 场地所在地貌部位的地形平缓程度，是否临江、临河、临湖、临海，或是临近陡崖深谷。 场地及其附近有无不

19、良地质现象，其发展趋势如何。 地层产状，节理裂隙产状，地基土中有无软弱层或可液化砂土。 地下水对基础有无不良影响。 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 29（5）其他专门要求）其他专门要求对于设计部门提出的一些专门问题，报告应予以论述，如饱和砂土的震动液化、基坑排水量计算、动力机器基础地基刚度的测定、桩基承载力计算、软弱地基处理、不良地质现象的防治等。 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 30（6）结论与建议）结论与建议 对场地条件和地基岩土条件的评价。 结合建筑物的类型及荷载要求，论述各层地基岩土作为基础持力层的可能性和适宜性。 选择持力层，建议基础形式和埋深。若采用桩基础，应建议桩型、桩径、桩长、桩周土摩擦力和桩端土承载力标准值。 地下水对基础施工的影响和防护措施。 基础施工中应注意的有关问题。 建筑是否作抗震设防。 其他需要专门说明的问题。 1.2 工程地质勘察工程地质勘察 311.2.2.1 工程概况工程概况市垃圾综合处理场是政府立项的重点环保项目。场区利用丘陵区的自然沟谷进行建设。沟的全长1250m，平均宽度154m，平均深度25m，容量220104m3，总占地面积349亩。该工程是2009年进行的勘察，目的是满足环境评价和初步设计的要求，2010年动工兴建，2011年建成投入使用。1.2.2 某垃圾场工程地质勘察实例某垃圾场工程地质勘察实例 1.2 工程地质勘察