《土力学与地基基础》-第7章

7.1工程地质勘察概述工程地质勘察是工程建设的先行工作,各项工程建设在设计和施工之前,必须按基本建设程序进行工程地质勘察.工程地质勘察是根据建设工程的要求,查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件,编制勘察文件的活动.７.１.１工程地质勘察的目的工程地质勘察的目的是以各种勘察手段和方法,调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件,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地质条件,避开或改造不利的地质因素,保证建筑物安全和正常使用.下一页返回7.1工程地质勘察概述７.１.２工程地质勘察的分级综合工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级对岩土工程地质勘察进行等级划分.其目的在于针对不同等级的岩土工程地质勘察项目,划分勘察阶段,制定有效的勘察方案,解决主要工程问题.具体的划分条件分类如下.１.工程重要性等级根据工程的规模和特征以及由于岩土工程问题造成工程破坏或影响正常使用的后果,可分为三个工程重要性等级,见表７—１.２.场地等级根据场地的复杂程度,可分为三个场地等级,见表７—２.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述３.地基等级根据地基的复杂程度,可分为三个地基等级,见表７—３.４.岩土工程勘察等级根据工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级,岩土工程勘察等级可分为三级,见表７—４.７.１.３工程地质勘察的任务工程地质勘察的主要任务包括以下内容:(１)通过工程地质测绘与调查、勘探、室内试验、现场测试与观测等方法,查明场地的工程地质条件.其内容包括:上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述１)调查场地地形地貌的形态特征、地貌的成因类型及单元的划分;２)查明场地的地层类别、成分、分布规律和埋藏条件等;３)查明场地的水文地质条件(包括地下水的类型、埋藏、补给、排泄条件,水位变化幅度,岩土渗透性及地下水腐蚀性等);４)确定场地是否存在不良地质现象(如滑坡、崩塌、岩溶、土洞、冲沟、泥石流、地震液化、岸边冲刷等),如存在,则应查明其成因、分布、形态、规模及发育程度,并判断对工程可能造成的危害;５)提供满足设计、施工所需的土的物理性质和力学性质指标等.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述(２)根据场地的工程地质条件并结合工程的具体特点和要求,进行岩土工程分析评价,提出基础工程、整治工程和土方工程等的设计方案和施工措施.岩土工程分析评价包括下列工作:１)整编测绘、勘探、测试和收集到的各种资料;２)统计和选定岩土计算参数;３)进行咨询性的岩土工程设计;４)预测或研究岩土工程施工和运营中可能发生或已经发生的问题,提出预防或处理方案;５)编制岩土工程勘察报告书.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述(３)对于重要工程或复杂岩土工程问题,在施工阶段或使用期间需进行现场检验或监测.必要时,根据监测资料对设计、施工方案做出适当调整或采取补救措施,保证工程质量安全以总结经验.７.１.４工程地质勘察阶段的划分岩土工程勘察阶段的划分是与工程设计阶段相适应的,大致可以分为可行性研究勘察(或选址勘察)、初步勘察、详细勘察三个阶段.视工程的实际需要,当工程地质条件(通常指建设场地的地形、地貌、地质构造、地层岩性、不良地质现象和水文地质条件等)复杂或有特殊施工要求的重大工程地基,还需要进行施工勘察.对于场地面积不大,岩土工程条件简单或有建筑经验的地区,可适当简化勘察过程.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述１.可行性研究勘察(选址勘察)可行性研究勘察的目的是为了取得几个场址方案的主要工程地质资料,并对拟选场地的稳定性和适宜性做出岩土工程评价和方案比较,以选取最优的工程建设场地.可行性研究勘察阶段的工作主要侧重于收集和分析区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料以及当地的建筑经验,并在此基础上,通过踏勘了解场地的地层构造、岩土性质、不良地质现象以及地下水等工程地质条件.当拟建场地工程地质条件复杂,已有资料不能满足要求时,应根据具体情况进行工程地质测绘和必要的勘探工作.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述根据我国的建设经验,下列地区、地段不宜选为场址:(１)不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁;(２)对建筑抗震不利;(３)地基土性质严重不良;(４)洪水或地下水对建筑场地有严重不良影响;(５)地下有未开采的有价值矿藏或未稳定的地下采空区.２.初步勘察初步勘察的目的是为密切配合工程初步设计的要求,对场地内建筑地段的稳定性做出进一步的岩土工程评价,并为确定建筑物总平面布置、主要建筑物的地基基础设计方案以及对不良地质现象的防治对策提供依据.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述初步勘察阶段的工作主要是收集可行性研究勘察阶段岩土工程勘察报告,取得工程场地范围的地形图以及有关工程地质文件;初步查明地质构造、地层结构、岩土的物理力学性质、地下水埋藏条件以及冻结深度;查明场地不良地质现象的成因、分布、对场地稳定性的影响及其发展趋势;初步判定水和土对建筑材料的腐蚀性;对抗震设防烈度大于或等于６度的场地,应对场地和地基的地震效应做出初步评价.３.详细勘察详细勘察的目的是为满足工程施工图设计的要求.详细勘察应针对具体的建筑物地基或具体的地质问题,提出详细的岩土工程勘察资料,并为进行施工图设计和施工提供可靠的依据或设计计算参数;对建筑地基做出岩土工程分析评价,并对基础设计、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质现象的防治等做出论证和建议.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述详细勘察的工作主要是收集附有坐标和地形的建筑总平面图,场区的地面整平标高,建筑物的性质、规模、荷载、结构特点、基础形式、埋藏深度,地基允许变形等资料;查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度,提出整治方案;查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性,对地基的稳定性、均匀性和承载力进行分析和评价,对需要进行沉降计算的建筑物,提供地基变形计算的参数,预测建筑物的变形特征;查明埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物;查明地下水的埋藏条件,提供地下水位及其变化幅度;在季节性冻土地区,提供场地土的标准冻结深度;判定水和土对建筑材料的腐蚀性.上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述详细勘察的手段主要以勘探、原位测试和室内土工试验为主,必要时可以补充一些物探、工程地质测绘和调查工作.４.施工勘察施工勘察不是一个固定的勘察阶段,应根据工程需要而制订.它是为配合设计、施工或解决施工中的工程地质问题而提供相应的岩土工程参数.当遇到下列情况之一时,应进行施工勘察:(１)工程地质条件复杂、详细勘察阶段难以查清时;(２)为进行地基处理,需进一步提供勘察资料时;上一页下一页返回7.1工程地质勘察概述(３)施工中,地基土受扰动,需查明其性状及工程性质时;(４)基槽开挖后发现土质、土层结构与原勘察资料不符时;(５)施工中边坡失稳,需查明原因,进行监测并提出处理建议时;(６)建(构)筑物有特殊要求或在施工时出现新的岩土工程地质问题时.上一页返回7.2工程地质勘察方法７.２.１勘探点的布置１.初步勘察勘探线、勘探点的布置原则是:勘探线应垂直地貌单元、地质构造和地层界线布置;勘探点沿勘探线布置,每个地貌单元均应布置勘探点,在地貌单元交接部位和地层变化较大的地段,勘探点应予以加密;在地形平坦地区,可按网格布置勘探点.初步勘察勘探线、勘探点间距见表７—５,局部异常地段应予以加密.勘探孔可分为一般性勘探孔和控制性勘探孔两类,控制性勘探孔宜占勘探孔总数的１/５~１/３,且每个地貌单元均应有控制性勘探孔.初步勘察勘探孔的深度见表７—６,孔深应根据地质条件适当增减,如遇岩层及坚实土层可适当减小,遇软弱土层可适当增大.下一页返回7.2工程地质勘察方法采取土试样和进行原位测试的勘探点应结合地貌单元、地层结构和土的工程性质布置,其数量可占勘探点总数的１/４~１/２;采取土试样的数量和孔内原位测试的竖向间距,应按地层特点和土的均匀程度确定,每层土均应采取试样或进行原位测试,其数量不宜少于６个.２.详细勘察勘探点的布置原则是:勘探点宜按建筑物周边线和角点布置,对无特殊要求的其他建筑物可按建筑物或建筑群的范围布置;同一建筑范围内的主要受力层或有影响的下卧层起伏较大时,应加密勘探点;重大设备基础应单独布置勘探点;重大的动力机器基础和高耸构筑物,勘探点不宜少于３个;在复杂地质条件或特殊岩土地区宜布置适量的探井.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法详细勘察勘探点的间距见表７—７.７.２.２工程地质勘探方法为了查明地下岩土性质、分布及地下水等条件,需要进行工程地质勘探.勘探是工程地质勘察的常用手段,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的基础上,进一步对场地地质条件进行定量的评价.勘探包括坑探、钻探和地球物理勘探等.勘察中具体勘探方法的选择应符合勘察目的、要求和岩土的特性,力求以合理的工作量达到应有的技术效果.下面介绍工业与民用建筑中常用的几种工程地质勘探方法.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法１.坑探坑探是在建筑场地挖深井(槽)以取得直观资料和原状土样,这是一种不必使用专门机具的常用勘探方法.当场地地质条件比较复杂时,利用坑探能直接观察地层的结构和变化,但坑探可达的深度较浅.探井的平面形状一般采用１.５×１.０m的矩形或直径为０.８~１.０m的圆形,其深度视地层的土质和地下水埋藏深度等条件而定,一般为２~３m.在探井中取样时,先在井底或井壁的指定深度处挖一土柱,土柱的直径必须稍大于取土筒的直径[图７—１(a)],然后将土柱顶面削平,放上两端开口的金属筒并削去筒外多余的土,一面削土一面将筒压入,直到筒已完全套入土柱后切断土柱.削平筒两端的土体,盖上筒盖,用熔蜡密封后贴上标签,注明土样的上下方向,如图７—１(b)所示.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法探井、探槽开挖过程中,应根据地层情况、开挖深度、地下水位情况采取井壁支护、排水、通风等措施.在多雨季节施工时,井、槽口应设防雨棚,开排水沟,防止雨水流入或浸润井壁.土石方不能随意弃置于井口边缘,一般堆土区应布置在下坡方向离井口边缘不少于２m的安全距离.另外,勘探结束后,探井、探槽必须妥善回填.对探井、探槽除文字描述记录外,还应以剖面图、展示图等反映井、槽壁和底部的岩性、地层分界、构造特征、取样和原位试验位置,并辅以代表性部位的彩色照片.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法２.钻探钻探是勘探方法中应用最广泛的一种.它采用钻机在地层中钻孔,以鉴别和划分土层、观测地下水位,并采取原状土样和水样以供室内试验,确定土的物理、力学性质指标和地下水的化学成分.土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试得到.按动力来源钻探可分为人工钻和机动钻,人工钻仅适用于浅部土层,机动钻适用于任何土层.钻探的钻进方式可以分为回转式、冲击式、振动式、冲洗式四种.每种钻进方法各有其特点,分别适用于不同的地层,适用范围见表７—８.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法钻探口径应按钻探任务、地质条件和钻进方法综合考虑确定.用于鉴别及划分土层,钻孔直径不宜小于３３mm;取不扰动土样段的孔径不宜小于１０８mm;取岩样段的孔径:硬质岩不宜小于８９mm,软质岩不宜小于１０８mm.当需要确定岩石质量指标RQD时,应采用７５mm直径(N型)双层岩芯管,并采用金刚石钻头.岩芯钻探的岩芯采取率应尽量提高,对完整和较完整岩体不应低于８０％,较破碎和破碎岩体不应低于６５％;对需要重点查明的部位(如滑动带、软弱夹层等)应采用双层岩芯管连续取芯.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法３.地球物理勘探地球物理勘探是在地面、空中、水上或钻孔中用各种仪器量测物理场的分布情况,对其数据进行分析解释,结合有关地质资料推断预测地质体性状的勘探方法,简称“物探”.７.２.３室内试验室内试验是地基勘察工作的重要内容,试验项目和试验方法应根据工程要求和岩土性质的特点来确定,其具体操作和试验仪器应符合现行国家标准«土工试验方法标准[２００７版]»(GB/T５０１２３—１９９９)和«工程岩体试验方法标准»(GB/T５０２６６—２０１３)的规定.室内试验一般包括以下内容:上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法(１)对黏性土应进行液限、塑限、相对密度、天然含水量、天然密度、有机质含量、压缩性、渗透性以及抗剪强度试验.(２)对粉土除应进行黏性土所需试验外,还应增加颗粒分析试验.(３)对砂土应进行相对密度、天然含水量、天然密度、最大和最小密度、自然休止角以及颗粒分析试验.(４)对碎石土必要时可作颗粒分析试验;对含黏性土较多的碎石土,宜测定黏性土的天然含水量、液限和塑限.(５)对岩石应进行岩矿鉴定、颗粒密度和块体密度、吸水率和饱和吸水率、耐崩解、膨胀、冻融、抗压强度、抗拉强度以及岩石直接剪切试验.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法(６)为了判定地下水对混凝土的腐蚀性,一般应测定pH值、Cl－、SO２－４、HCO－３、Ca２＋、Mg２＋、游离CO２和侵蚀性CO２的含量.在实际工程中,根据场地的复杂程度和建(构)筑物的重要性以及地区经验,可适当增减试验项目.７.２.４原位测试原位测试是在岩土原来所处的位置上,基本保持其天然结构、天然含水量及天然应力状态下进行测试的技术.上一页下一页返回7.2工程地质勘察方法它与室内试验取长补短、相辅相成.原位测试主要包括载荷试验、静力触探试验、动力触探试验(圆锥动力触探试验、标准贯入试验)、十字板剪切试验、旁压试验、现场直接剪切试验等.选择原位测试方法,应根据建筑类型、岩土条件、工程设计对参数的要求以及地区经验和各测试方法的适用性等因素选择.本节主要介绍其中的载荷试验、静力触探试验、动力触探试验(圆锥动力触探试验、标准贯入试验).上一页返回7.3工程地质勘察报告工程地质勘察的最终成果是勘察报告书.它是在现场勘察工作(如调查、勘探、测试等)和室内试验完成后,结合工程特点和要求对已获得的原始资料进行整理、统计、归纳、分析、评价,提出工程建议,形成文字报告并附各种图件的勘察技术文件,供设计单位与施工单位使用.勘察报告书要求资料完整、真实准确、数据无误、图表清晰、结论有据、建议合理、便于使用和适宜长期保存,并应因地制宜、重点突出、有明确的工程针对性.７.３.１工程地质勘察报告书的内容工程地质勘察报告书的内容应根据任务要求、勘察阶段、工程特点和地质条件等具体情况确定,一般应包括下列内容:下一页返回7.3工程地质勘察报告(１)勘察目的、任务、要求和依据的技术标准.(２)拟建工程概况:包括拟建工程的名称、规模、用途、结构类型、场地位置、以往勘察工作及已有资料等.(３)勘察方法和勘察工作布置.(４)场地地形、地貌、地层分布、地质构造、岩土性质及其均匀性.(５)各项岩土性质指标,岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值.(６)地下水的埋藏情况、类型、水位及其变化.(７)土和水对建筑材料的腐蚀性.上一页下一页返回7.3工程地质勘察报告(８)可能影响工程稳定的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价.(９)场地稳定性和适宜性的评价.(１０)对岩土利用、整治和改造的方案进行分析论证,提出建议;对工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题进行预测,提出监控和预防措施的建议.(１１)地基勘察报告应附必要的图表.常见的图表包括: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.上一页下一页返回7.3工程地质勘察报告当需要时,还应附综合工程地质图、综合地质柱状图、地下水等水位线图、综合分析图表以及岩土利用、整治和改造方案的有关图表、岩土工程计算简图及计算成果图表等.上述内容并不是每一项勘察报告都必须全部具备的,对丙级岩土工程勘察的报告内容可适当简化,采用以图表为主,辅以必要的文字说明;对甲级岩土工程勘察的报告除应符合上述要求外,还应对专门性的岩土工程问题提交专门的试验报告、研究报告或监测报告.７.３.２工程地质勘察报告书的阅读与使用为了充分发挥勘察报告在设计和施工中的作用,必须重视勘察报告的阅读和应用.上一页下一页返回7.3工程地质勘察报告阅读勘察报告时,首先应熟悉勘察报告的主要内容,了解勘察结论和计算指标的可靠程度,进而正确分析和判断报告书中提出的建议对该项工程的适用性,尤其应将场地的工程地质条件与拟建建筑物具体要求结合起来进行综合分析,以便正确地应用勘察报告.具体分析主要包括两方面的内容.１.场地稳定性评价对场地稳定性的评价,主要是通过了解场地的地质构造(断层、褶皱等)、不良地质现象(泥石流、滑坡、崩塌、岩溶、塌陷等)、地层成层条件以及地震影响等情况来分析判断.对地质条件比较复杂的地区,尤其应注意判断场地的稳定性,从而判断该地段是否可以作为建筑场地,同时,还可为预估今后建筑中地基处理费用提供极有参考价值的判断依据.上一页下一页返回7.3工程地质勘察报告２.地基持力层的选择在场地稳定性评价分析后,对不存在威胁场地稳定性的建筑地段,应以地基承载力和基础沉降为主要控制指标.在满足这两个指标的前提下,尽量做到充分发挥地基的潜力,优先采用天然地基上浅埋基础方案.遵循这个原则,在进行地基持力层选择分析时,应主要了解土层在深度方向的分层情况、水平方向的均匀程度以及各土层的物理力学性质指标(包括孔隙比、液性指数、抗剪强度指标、压缩性指标、标准贯入试验锤击数、轻型动力触探锤击数等),以确定地基土的承载力,从而选择适合上部结构特点和要求的土层作为持力层.其中,在确定地基承载力时,应注意避免单纯依靠某种方法确定承载力值,应尽可能结合多种方法,考虑多方面因素,经比较后确定.上一页下一页返回7.3工程地质勘察报告从以上两大部分内容可以看出,在阅读和应用勘察报告时,尤其应该注意辨别资料的可靠性.这就要求在阅读和应用勘察报告的过程中要注意发现和分析问题,对于存在疑问的关键性问题,设法通过对已有资料的对比和根据已掌握的经验等进一步查清,以便减少差错,确保工程质量.上一页返回7.4验槽验槽是岩土工程勘察工作的最后一个环节,也是建筑物施工第一阶段基槽开挖后的重要工序.进行验槽主要是为了检验勘察成果是否反映实际情况并且解决遗留和新发现的问题.当施工单位将基槽开挖完毕后,需由勘察、设计、施工、质检、监理和建设单位六方面的技术负责人,共同到施工现场验槽.７.４.１验槽的内容验槽的内容主要包括以下几个方面:(１)核对基槽开挖的位置、平面尺寸以及槽底标高是否符合勘察、设计要求.下一页返回7.4验槽(２)检验槽壁、槽底的土质类型、均匀程度是否存在疑问土层,是否与勘察报告一致.(３)检验基槽中是否存在防空掩体、古井、洞穴、古墓及其他地下埋设物,若存在,应进一步确定它们的位置、深度以及性状.(４)检验基槽的地下水情况是否与勘察报告一致.７.４.２验槽的方法验槽的方法主要以肉眼直接观察,有时可用袖珍式贯入仪作为辅助手段,在必要时可进行夯、拍或轻便勘探.上一页下一页返回7.4验槽１.观察验槽观察验槽应仔细观察槽壁、槽底的岩土特性与勘察报告是否一致,基槽边坡是否稳定,有无影响边坡稳定的因素,如渗水、坑边堆载过多等.尤其注意不要将素填土与新近沉积的黄土、新近沉积黄土与老土相混淆.若有难以辨认的土质,应配合洛阳铲等手段探至一定深度仔细鉴别.２.夯、拍验槽夯、拍验槽是用木夯、蛙式打夯机或其他施工机具,在基槽内部按照一定顺序依次夯、拍,根据声音来判断基槽内部是否存在墓穴、坑洞等现象.如果存在墓穴等现象,夯、拍的声音很沉闷,与一般土层声音不一样,发现可疑现象,可用轻便勘探仪进一步调查.对很湿或饱和的黏性土地基不宜夯、拍,以免破坏基底土层的天然结构.上一页下一页返回7.4验槽３.轻便勘探验槽轻便勘探验槽是用钎探、轻型动力触探、手持式螺旋钻、洛阳铲等对地基主要受力层范围内的土层进行勘探,或对上述观察、夯拍发现的异常情况进行探查.(１)钎探.钎探是用直径为２２~２５mm的钢筋作钢钎,钎尖为６０°锥状,长度为１.８~２.１m,每３００mm做一刻度,用质量为４~５kg的穿心锤将钢钎打入土中,落锤高５００~７００mm,记录每打入土中３００mm所需的锤击数,根据锤击数判断地基好坏和是否均匀一致.上一页下一页返回7.4验槽基槽(坑)钎探完毕后,要详细查看、分析钎探资料,判断基底岩土均匀情况及同一深度段的钎探锤击数是否基本一致.锤击数低于或高于平均值３０％以上的钎探点,在平面图上圈出其位置、范围,分析其差别原因,必要时需补做检查探点;对低于或高于平均值５０％以上的点,要补挖探井或用洛阳铲进一步探查.(２)轻型动力触探.轻型动力触探详见圆锥动力触探试验,当遇到下列情况之一时,应在基坑底普遍进行轻型动力触探:１)持力层明显不均匀;２)浅部有软弱下卧层;３)有浅埋的坑穴、古墓、古井等,直接观察难以发现时;上一页下一页返回7.4验槽４)勘察报告或设计文件规定应进行轻型动力触探时.(３)手持式螺旋钻.手持式螺旋钻是一种小型的轻便钻具,钻头呈螺旋形,上接一“T”形手把,由人力旋入土中,钻杆可接长,钻探深度一般为６m,在软土中可达１０m,孔径约７０mm.每钻入土中３００mm(钻杆上有刻度)后将钻竖直拔出,由附在钻头上的土了解土层情况(也可采用洛阳铲或勺形钻).７.４.３基槽的局部处理(１)松土坑(填土、墓穴等)的处理.当坑的范围较小时,可将坑中松软虚土挖除,使坑底及四壁均见天然土为止,然后采用与坑边的天然土层压缩性相近的材料回填.上一页下一页返回7.4验槽如果坑小夯实质量不易控制,应选压缩模量大的材料.当天然土为砂土时,用砂或级配砂石回填,回填时应分层夯实,并用平板振捣器振密;若为较坚硬的黏性土,则用３∶７灰土分层夯实;可塑的黏性土或新近沉积黏性土,多用１∶９或２∶８灰土分层夯实.当面积较大、换填较厚(一般大于３.０m)局部换土有困难时,可用短桩基础处理,并适当加强基础和上部结构的刚度.当松土坑的范围较大,且坑底标高不一