工程地質(zhì)勘探
包括工程地球物理勘探、鉆探和坑探工程等內(nèi)容。
①工程地球物理勘探。簡稱工程物探,其目的是利用專門儀器,測定各類巖、土體或地質(zhì)體的密度、導(dǎo)電性、彈性、磁性、放射性等物理性質(zhì)的差別,通過分析解釋判斷地面下的工程地質(zhì)條件。它是在測繪工作的基礎(chǔ)上探測地下工程地質(zhì)條件的一種間接勘探方法。按工作條件分為地面物探和井下物探(測井);按被探測的物理性質(zhì)可分為電法、地震、聲波、重力、磁法、放射性等方法。工程地質(zhì)勘察中常用的地面物探為電法中的視電阻率法,地震勘探中的淺層折射法,聲波勘探等;測井則多采用綜合測井。
物探的優(yōu)點(diǎn)在于能經(jīng)濟(jì)而迅速地探測較大范圍,且通過不同方向的多個剖面獲得的資料是三維的。以這些資料為基礎(chǔ),在控制點(diǎn)和異常點(diǎn)上布置勘探、試驗工作,既可減少盲目性,又可提高精度。測井則可增補(bǔ)鉆探工作所得資料并提高其質(zhì)量。開展多種方法綜合物探,根據(jù)綜合成果進(jìn)行對比分析,可以顯著提高地質(zhì)解釋的質(zhì)量,擴(kuò)大物探解決問題的范圍,縮短工程地質(zhì)勘探周期并降低其成本。由于物探需要間接解釋,所以只有地質(zhì)體之間的物理狀態(tài)(如破碎程度、含水率、喀斯特化程度)或某種物理性質(zhì)有顯著差異,才能取得良好效果。
②鉆探和坑探。采用鉆探機(jī)械鉆進(jìn)或礦山掘進(jìn)法,直接揭露建筑物布置范圍和影響深度內(nèi)的工程地質(zhì)條件,為工程設(shè)計提供準(zhǔn)確的工程地質(zhì)剖面的勘察方法。其任務(wù)是:查明建筑物影響范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造,了解巖層的完整性或破壞情況,為建筑物探尋良好的持力層(承受建筑物附加荷載的主要部分的巖土層)和查明對建筑物穩(wěn)定性有不利影響的巖體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)面(如軟弱夾層、斷層與裂隙);揭露地下水并觀測其動態(tài);采取試驗用的巖土試樣;為現(xiàn)場測試或長期觀測提供鉆孔或坑道。
鉆探比坑探工效高,受地面水、地下水及探測深度的影響較小,故廣為采用。但不易取得軟弱夾層巖心和河床卵礫石層樣品,鉆孔也不能用來進(jìn)行大型現(xiàn)場試驗。因此,有時需采用大孔徑鉆探技術(shù),或在鉆孔中運(yùn)用鉆孔攝影,孔內(nèi)電視或采用綜合物探測井以彌補(bǔ)其不足。但在關(guān)鍵部位還需采用便于直接觀察和測試目的層的平洞、斜井、豎井等坑探工程。
鉆探和坑探的工作成本高,故應(yīng)在工程地質(zhì)測繪和物探工作的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同工程地質(zhì)勘探階段需要查明的問題,合理設(shè)計洞、坑、孔的數(shù)量、位置、深度、方向和結(jié)構(gòu),以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質(zhì)資料,并保證必要的精度。
工程地質(zhì)勘探的任務(wù)
工程地質(zhì)勘探一般在工程地質(zhì)測繪的基礎(chǔ)上進(jìn)行。它可以直接深入地下巖層取得所需的工程地質(zhì)條件資料,是探明深部地質(zhì)情況的可靠的方法。工程地質(zhì)勘探的主要方式有工程地質(zhì)鉆探、坑探和物探,其主要任務(wù)為:
1、探明建筑場地的巖性及地質(zhì)構(gòu)造,即以及各地層的厚度、性質(zhì)及其變化;劃分地層并確定其接觸關(guān)系;以及基巖的風(fēng)化程度、劃分風(fēng)化帶;研究巖層的產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及其隨深度的變化;研究褶皺、斷裂、破碎帶以及其他地質(zhì)構(gòu)造的空間分布和變化。
2、探明水文地質(zhì)條件,即含水層、隔水層的分布、埋深、厚度、性質(zhì)及地下水位。
3、探明地面及物理地質(zhì)現(xiàn)象,包括河谷階地、沖洪積扇、坡積層的位置和土層結(jié)構(gòu);溶巖的規(guī)模及發(fā)育程度;滑坡及泥石流的分布、范圍、特性等。
4、提取巖土樣及水樣,提供野外試驗條件。從鉆孔或勘探點(diǎn)去巖土樣或水樣,提供室內(nèi)試驗、分析、鑒定之用。勘探所形成的坑孔可為現(xiàn)場原位試驗提供場所和條件。
鉆探過程中有三個基本程序:
破碎巖土:在工程地質(zhì)鉆探中廣泛采用人力和機(jī)械方法,使小部分巖土脫離整體而成為粉末、巖土塊或巖土芯的現(xiàn)象,叫做破碎巖土。巖土的破碎是借助于沖擊力、剪切力、研磨和壓力來實現(xiàn)的。
采取巖土:用沖洗液(或壓縮空氣)將破碎的碎屑沖到孔外,或者用鉆具(抽筒、勺形鉆頭、螺旋鉆頭、取土器、巖芯管等)靠人力或機(jī)械將孔底的碎屑或樣芯取出于地面。
保全孔壁:為了順利地進(jìn)行鉆探工作,必須保護(hù)好孔壁,不使其坍塌。一般使用套管和泥漿來護(hù)壁。
鉆孔地質(zhì)柱狀圖是表示該鉆孔所穿過的地層而綜合成圖表表示。圖中表示有地質(zhì)年代、土層埋藏深度、土層厚度、土層底部的標(biāo)高、巖土的描述、柱狀圖、地面標(biāo)高、地下水水位和測量日期、巖土怎樣選取位置等。柱狀圖的比例尺一般為1:100—1:500。工程地質(zhì)鉆探的主要任務(wù)之一是在巖土層中采取巖芯或原狀土試樣。在采取試樣過程中應(yīng)該保持試樣的天然結(jié)構(gòu),如果試樣的天然結(jié)構(gòu)已受到破壞,則此試樣已受到擾動,這種試樣稱為“擾動樣”,在工程地質(zhì)勘察中是不容許的。除非有明確說明另有所用,否則次擾動試樣作廢。
由于土工試驗所得出的土性指標(biāo)要保證可靠,因此工程地質(zhì)勘察中所取得的試樣必須是保留天然結(jié)構(gòu)的原狀試樣。原狀試樣有巖芯試樣和土試樣。巖芯試樣由于其堅硬性,其天然結(jié)構(gòu)難于破壞,而土試樣則不同,它很不容易被擾動。因此,采取原狀土試樣是工程地質(zhì)勘察中的一項重要技術(shù)。
但是在實際工程地質(zhì)勘察的鉆探過程中,要取得完全不擾動試樣是不可能的。