建設(shè)工程項目設(shè)計一般分為可行性研究,初步設(shè)計和施工圖設(shè)計三個階段。為了提供各設(shè)計階段所需的工程地質(zhì)資料,勘察工作也相應(yīng)地劃分為選址勘察(可行性研究勘察)、初步勘察、詳細勘察三個階段。對于工程地質(zhì)條件復雜或有特殊施工要求的重要建筑物地基,尚應(yīng)進行預可行性及施工勘察;對于地質(zhì)條件簡單,建筑物占地面積不大的場地,或有建設(shè)經(jīng)驗的地區(qū),也可適當簡化勘察階段。各勘察階段的任務(wù)和工作內(nèi)容簡述如下:
1選址勘察階段
選址勘察工作對于大型工程是非常重要的環(huán)節(jié),其目的在于從總體上判定擬建場地的工程地質(zhì)條件能否適宜工程建設(shè)項目。一般通過取得幾個候選場址的工程地質(zhì)資料進行對比分析,對擬選場址的穩(wěn)定性和適宜性作出工程地質(zhì)評價。選擇場址階段應(yīng)進行下列工作:
①搜集區(qū)域地質(zhì)、地形地貌、地震、礦產(chǎn)和附近地區(qū)的工程地質(zhì)資料及當?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗;
②在收集和分析已有資料的基礎(chǔ)上,通過踏勘,了解場地的地層、構(gòu)造、巖石和土的性質(zhì)、不良地質(zhì)現(xiàn)象及地下水等工程地質(zhì)條件;
③對工程地質(zhì)條件復雜,已有資料不能符合要求,但其它方面條件較好且傾向于選取的場地,應(yīng)根據(jù)具體情況進行工程地質(zhì)測繪及必要的勘探工作。
選擇場址時,應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟分析,一般情況下宜避開下列工程地質(zhì)條件惡劣的地區(qū)或地段:(1)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育,對場地穩(wěn)定性有直接或潛在威脅的地段;(2)地基土性質(zhì)嚴重不良的地段;(3)對建筑抗震不利的地段,如設(shè)計地震烈度為8度或9度且鄰近發(fā)震斷裂帶的場區(qū);(4)洪水或地下水對建筑場地有威脅或有嚴重不良影響的地段;(5)地下有未開采的有價值礦藏或不穩(wěn)定的地下采空區(qū)上的地段。
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)點在于能經(jīng)濟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),在控制點和異常點上布置勘探、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)綜合成果進行對比分析,可以顯著提高地質(zhì)解釋的質(zhì)量,擴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。采用鉆探機械鉆進或礦山掘進法,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),或在鉆孔中運用鉆孔攝影,孔內(nèi)電視或采用綜合物探測井以彌補其不足。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。
鉆探過程和鉆進方法
根據(jù)自然條件的復雜性以及工程要求選擇鉆探設(shè)備和鉆進方法。鉆機一般分為回轉(zhuǎn)式和沖擊式兩種。
回轉(zhuǎn)式鉆機是利用鉆機的回轉(zhuǎn)器帶動鉆具旋轉(zhuǎn),磨消孔底地層而鉆進,通常使用管狀鉆具,能取柱狀巖芯樣品。
沖擊式鉆機則利用卷揚機借鋼絲繩帶動有一定重量的鉆具上下反復沖擊,使鉆頭擊碎孔底地層而形成鉆孔后用抽筒提取巖石碎塊或擾動土樣。針對不同的巖石及地層條件,可選取不同的鉆進方式、鉆機與鉆具。
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(yīng)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(yīng)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?zāi)康模瑤r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。