按工程建設的階段,工程地質(zhì)勘察一般分為規(guī)劃選點至選址的工程地質(zhì)勘察、初步設計工程地質(zhì)勘察和施工圖設計工程地質(zhì)勘察,工程地質(zhì)勘察方法或手段,包括工程地質(zhì)測繪、工程地質(zhì)勘探、實驗室或現(xiàn)場試驗、長期觀測(或監(jiān)測)等。
工程地質(zhì)測繪
在一定范圍內(nèi)調(diào)查研究與工程建設活動有關的各種工程地質(zhì)條件,測制成一定比例尺的工程地質(zhì)圖,分析可能產(chǎn)生的工程地質(zhì)作用及其對設計建筑物的影響,并為勘探、試驗、觀測等工作的布置提供依據(jù)。它是工程地質(zhì)勘察的一項基礎性工作。測繪范圍和比例尺的選擇,既取決于建筑區(qū)地質(zhì)條件的復雜程度和已有研究程度,也取決于建筑物的類型、規(guī)模和設計階段。規(guī)劃選點階段,區(qū)域性工程地質(zhì)測繪用小比例尺(1:10萬,1:5萬);設計階段,水庫區(qū)測繪大多用中比例尺(1:2.5萬,1:1萬),壩址、廠址則用大比例尺(1:5000,1:2000,1:1000,1:500)。工程地質(zhì)測繪所需調(diào)研的內(nèi)容有地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地貌及第四紀地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、天然建筑材料、自然(物理)地質(zhì)現(xiàn)象及工程地質(zhì)現(xiàn)象。對所有地質(zhì)條件的研究,都必須以論證或預測工程活動與地質(zhì)條件的相互作用或相互制約為目的,緊密結(jié)合該項工程活動的特點。當露頭不好或這些條件在深部分布不明時,需配合以試坑、探槽、鉆孔、平洞、豎井等勘探工作進行必要的揭露。
工程地質(zhì)測繪通常是以一定比例尺的地形圖為底圖,以儀器測量方法來測制。采用衛(wèi)星像片、航空像片和陸地攝影像片,通過室內(nèi)判讀調(diào)繪成草圖,到現(xiàn)場有目的地復查,與進一步的照片判讀反復驗證,可以測制出更的工程地質(zhì)圖。并可提高測繪的精度和效率,減少地面調(diào)查的工作量。
工程地質(zhì)勘探的方法
1、工程地質(zhì)坑、槽探
坑、槽探是在建筑場地挖探井或探槽以取得直觀資料和原狀土樣,這是一種不使用專用機具的常用勘探方法。當場地地質(zhì)條件比較復雜時,利用坑探可以直接觀測地層的結(jié)構(gòu)和變化,但坑探可達的深度較淺??犹降姆N類有探槽、探坑和探井。
在工程地質(zhì)勘察中,常用的坑、槽探主要有坑、槽、井、洞等幾種類型,見表1-1。探槽是在挖掘成長條形且兩壁常為傾斜上寬下窄的槽子,其斷面有梯形或階梯型兩種。較深的探槽兩壁要進行必要的支護以策。探槽一般在覆蓋土層小于3.0m時使用。它適用于了解地質(zhì)構(gòu)造線、斷裂破碎帶寬度、地層分界線、巖脈寬度及其延伸方向和采取原狀土試樣等。
凡挖掘深度不大且形狀不一的坑,或成矩形的較短的探槽狀的坑為探坑。探坑的深度一般為1.0~2.0m,與土層的目的相同。
探井一般深度都大于3.0m,其斷面形狀為方形、矩形和圓形。
圓形探井在水平方向能承受較大的側(cè)壓力,比其他形狀的探井。
坑探中采取原狀土樣可按照以下步驟進行:首先在井底或井壁的指定深度處挖一土柱,土柱的直徑必須大于土筒的直徑,將土柱頂面削平,套上兩端開口的金屬筒并削去筒外多余的土,一面削土一面將筒壓入,直到筒完全套入土柱體后切斷土體柱。然后削去兩端多余的土體,該上筒蓋,用熔蠟密封后貼上標簽并注明土柱的上下方向、編號等即完成取樣工作。
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、土層底部的標高、巖土的描述、柱狀圖、地面標高、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。
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。
造成土試樣擾動有三個原因:
一是外界條件引起的土試樣的擾動,如鉆進工藝、鉆具選用、鉆壓、鉆速、取土方法選擇等。若在選用上不夠合理時,都能造成其土質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)被破壞。
二是采樣過程造成的土體中應力條件發(fā)生了改變,引起圖樣內(nèi)的質(zhì)點間的相對位置位移和組織結(jié)構(gòu)的變化,甚至出現(xiàn)質(zhì)點間的原由粘聚力的破壞。
三是采取土樣時,需用取土器采取。但不論采用何種取土器,它都有一定的壁厚、長度和面積。當切如土層時,會使土樣產(chǎn)生一定的壓縮變形。壁愈厚所排開土體愈多,其變形量愈大,這就造成土樣更大的擾動。
從上述可見,所謂原狀土試樣實際上都不可避免地遭到了不同程度的擾動。為此,在采取土試樣過程中,應力求減小對試樣的擾動,要盡力排除各種可能增大擾動量的因素。
按照取樣方法和試驗目的,巖土工程勘察規(guī)范對土試樣的擾動程度分成如下的質(zhì)量等級:
一級—不擾動,可進行試驗項目有:土類定義、含水量、密度、強度系數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密系數(shù)。
二級—輕微擾動,可進行的試驗項目有:土類定義、含水量、密度。
三級—顯著擾動,可進行的試驗項目有:土類定義、含水量。
四級—完全擾動,可進行的試驗項目有:土類定義。
在鉆孔取樣時,采用薄壁取土器所采得的土樣定為一~二級;
對于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土樣定為二~三級;
對于采用標準貫入器、螺紋鉆頭或巖芯鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖的試樣皆定義為三~四級。
從上可見,為取得一級質(zhì)量的土試樣,普遍采用薄壁取土器來采取,以滿足土工試驗全部的物理力學參數(shù)的正確獲得。