按工程建設(shè)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(shè)計工程地質(zhì)勘察和施工圖設(shè)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(shè)活動有關(guān)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(shè)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(chǔ)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(fù)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(shè)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(shè)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(jì)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(yù)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(dāng)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(jìn)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(fù)查,與進(jìn)一步的照片判讀反復(fù)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
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(jìn)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(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。
工程地質(zhì)鉆探的概念
工程地質(zhì)鉆探是獲取地表下準(zhǔn)確的地質(zhì)資料的重要的方法,而且通過鉆探的鉆孔采取原狀巖土樣和做現(xiàn)場力學(xué)試驗也是工程地質(zhì)鉆探的任務(wù)之一。
鉆探是指在地表下用鉆頭鉆入地層的勘探方法。在地層內(nèi)鉆成直徑較小并具有相當(dāng)深度的圓通形孔眼的孔稱為鉆孔。通常將直徑大于等于800mm以上的鉆孔稱為大直徑鉆井。
鉆孔的要素如圖所示。鉆孔上部口徑較大,下部口徑較小,成階梯狀。鉆孔的上部為孔口,底部為孔底;四周側(cè)壁為孔壁。鉆孔斷面的直徑為孔經(jīng);由大孔經(jīng)改為小孔經(jīng)稱換經(jīng)。從孔口到孔底的距離為孔深。
減少土試樣擾動的注意事項
為保證土樣少受擾動,采取土試樣的前后及過程中應(yīng)注意如下事項:
合理的鉆進(jìn)方法是保證取得不擾動土樣的前提。
也就是說,鉆進(jìn)方法的選用首先應(yīng)著眼于確??椎讛M取土樣不被擾動。這一點幾乎對任何種土樣都適用,而對結(jié)構(gòu)敏感或不穩(wěn)定的土層尤為重要。從國內(nèi)外的經(jīng)驗看,主要有以下幾點要求:
1)在結(jié)構(gòu)性敏感土層和較疏松砂土層中需采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),而不得采用沖擊鉆進(jìn);
2)以泥漿護(hù)孔,可以減少擾動。并注意在孔中保持足夠的靜水壓力,防止因孔內(nèi)水位過低而導(dǎo)致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動或涌起;
3)取土鉆孔的孔徑要適當(dāng),取土器與孔壁之間要有一定的距離,避免下放取土器時切削孔壁,擠進(jìn)過多的廢土。尤其在軟土鉆孔中,時有縮徑現(xiàn)象,則更需加大取土器與孔壁的間隙。鉆孔應(yīng)保持孔壁垂直,以避免取土器切刮孔壁;
4)取土前的一次鉆進(jìn)不宜過深,以免下部擬取土樣部位的土層受擾動。并且在正式取土前,把已受一定程度擾動的孔底土柱清理掉,避廢土過多,取土器頂部擠壓土樣;
5)取土深度和進(jìn)土深度等尺寸,在取土前都應(yīng)丈量準(zhǔn)確。
取土過程中,如提升取土器、拆卸取土器等每個操作工序,均應(yīng)細(xì)致穩(wěn)妥,以免造成擾動。
取出的土應(yīng)及時用蠟密封,并注明上下,貼上標(biāo)簽,作好記錄;
另外(即除了鉆探過程的問題外),在土樣封存、運輸和開工做試驗時,都應(yīng)注意避免擾動。嚴(yán)防振動、日曬、雨淋和凍結(jié)。