勘探工作的布置巖土工程勘察教學(xué).ppt

第五節(jié) 勘探工作的布置和施工順序,一、勘探工作的布置 布置勘探工作總的要求，應(yīng)是以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質(zhì)資料。為此，作勘探設(shè)計(jì)時，必須要熟悉勘探區(qū)已取得的地質(zhì)資料，并明確勘探的目的和任務(wù)。將每個勘探工程都布置在關(guān)鍵地點(diǎn)，且發(fā)揮其綜合效益。 在工程地質(zhì)勘察的各個階段中，勘探坑孔的合理布置，坑孔布置方案的設(shè)計(jì)必須建立在對工程地質(zhì)測繪資料以及區(qū)域地質(zhì)資料充分分析研究的基礎(chǔ)上。,(一)勘探工作布置的一般原則 1、勘探總體布置形式 （1）勘探線 按特定方向沿線布置勘探點(diǎn)（等間距、或不等間距），了解沿線工程地質(zhì)條件，繪制工程地質(zhì)剖面圖。 用于初勘階段、線形工程勘察、天然建材初查。 （2）勘探網(wǎng) 勘探網(wǎng)選布在相互交叉的勘探線及其交叉點(diǎn)上，形成網(wǎng)狀。（方格狀、三角狀、弧狀等） 用于了解面上的工程地質(zhì)條件，繪制不同方向的剖面圖，場地地質(zhì)結(jié)構(gòu)立體投影圖。適用于基礎(chǔ)工程場地詳勘，天然建材詳查階段 （3）結(jié)合建筑物基礎(chǔ)輪廓 一般工程建筑物設(shè)計(jì)要求，勘探工作按建筑物基礎(chǔ)類型、型式、輪廓布置，并提供剖面及定量指標(biāo)。,樁基 每個單獨(dú)基礎(chǔ)有一個鉆孔； 筏片、箱基 基礎(chǔ)角點(diǎn)、中心點(diǎn)應(yīng)有鉆孔； 拱壩按拱形最大外荷載線布置孔 2、布置勘探工作時，應(yīng)遵循以下幾條原則： (1)勘探工作應(yīng)在工程地質(zhì)測繪基礎(chǔ)上進(jìn)行。通過工程地質(zhì)測繪，對地下地質(zhì)情況有一定的判斷后，才能明確通過勘探工作需要進(jìn)一步解決的地質(zhì)問題，以取得好的勘探效果。否則，由于不明確勘探目的，將有一定的盲目性。 (2)無論是勘探的總體布置還是單個勘探點(diǎn)的設(shè)計(jì)，都要考慮綜合利用。既要突出重點(diǎn)，又要照顧全面，點(diǎn)面結(jié)合，使各勘探點(diǎn)在總體布置的有機(jī)聯(lián)系下發(fā)揮更大的效用。 ,(3)勘探布置應(yīng)與勘察階段相適應(yīng)。不同的勘察階段，勘探的總體布置、勘探點(diǎn)的密度和深度、勘探手段的選擇及要求等，均有所不同。一般地說，從初期到后期的勘察階段，勘探總體布置由線狀到網(wǎng)狀，范圍由大到小，勘探點(diǎn)、線距離由稀到密；勘探布置的依據(jù)，由以工程地質(zhì)條件為主過渡到以建筑物的輪廓為主。 (4)勘探布置應(yīng)隨建筑物的類型和規(guī)模而異。不同類型的建筑物，其總體輪廓、荷載作用的特點(diǎn)以及可能產(chǎn)生的巖土工程問題不同，勘探布置亦應(yīng)有所區(qū)別。道路、隧道、管線等線型 工程，多采用勘探線的形式，且沿線隔一定距離布置一垂直于它的勘探剖面。房屋建筑與構(gòu) 筑物應(yīng)按基礎(chǔ)輪廓布置勘探工程，常呈方形、長方形、工字形或丁字形；具體布置勘探工程時又因不同的基礎(chǔ)型式而異。橋基則采用由勘探線漸變?yōu)橐詥蝹€橋墩進(jìn)行布置的梅花形型式。 ,(5)勘探布置應(yīng)考慮地質(zhì)、地貌、水文地質(zhì)等條件。一般勘探線應(yīng)沿著地質(zhì)條件等變化最大的方向布置。勘探點(diǎn)的密度應(yīng)視工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度而定，而不是平均分布。為了對場 地工程地質(zhì)條件起到控制作用，還應(yīng)布置一定數(shù)量的基準(zhǔn)坑孔(即控制性坑孔)，其深度較一般性坑孔要大些。 (6)在勘探線、網(wǎng)中的各勘探點(diǎn)，應(yīng)視具體條件選擇不同的勘探手段，以便互相配合，取長補(bǔ)短，有機(jī)地聯(lián)系起來。 總之，勘探工作一定要在工程地質(zhì)測繪基礎(chǔ)上布置?？碧讲贾弥饕Q于勘察階段、建筑物類型和巖土工程勘察等級三個重要因素。還應(yīng)充分發(fā)揮勘探工作的綜合效益。為搞好勘探工作，巖土工程師應(yīng)深入現(xiàn)場，并與設(shè)計(jì)、施工人員密切配合。在勘探過程中，應(yīng)根據(jù)所了解的條件和問題的變化，及時修改原來的布置方案，以期圓滿地完成勘探任務(wù)。 ,3、勘探坑孔布置原則 按工程地質(zhì)條件布置坑孔的基本原則 A、地貌單元及其銜接地段 勘探線應(yīng)垂直地貌單元界限，每個地貌單元應(yīng)有控制坑孔，二個地貌單元之間過渡地帶應(yīng)有鉆孔。 B、斷層 在上盤布坑孔，在地表垂直斷層走向布置坑探，坑孔應(yīng)穿過斷層面。 C、滑坡 沿滑坡縱橫軸線布孔、井，查明滑動帶數(shù)量、部位、滑體厚度。坑孔深應(yīng)穿過滑帶到穩(wěn)定基巖。 D、河谷 垂直河流布置勘探線，鉆孔應(yīng)穿過覆蓋層并深入基巖5m以上，防止誤把漂石當(dāng)作基巖。 E、查明陡傾地質(zhì)界面，使用斜孔或斜井，相鄰兩孔深度所揭露的地層相互銜接為原則，防止漏層。,(二)勘探坑孔間距的確定 各類建筑勘探坑孔的間距，是根據(jù)勘察階段和巖土工程勘察等級來確定的。不同的勘察階段，其勘察的要求和巖土工程評價的內(nèi)容不同，因而勘探坑孔的間距也各異。 初期勘察階段的主要任務(wù)是為選址和進(jìn)行可行性研究，對擬選場址的穩(wěn)定性和適宜性作出巖土工程評價，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證和方案比較，滿足確定場地方案的要求。由于有若干個建筑場址的比較方案，勘察范圍大。勘探坑孔間距比較大。 當(dāng)進(jìn)入到中、后期勘察階段，要對場地內(nèi)建筑地段的穩(wěn)定性作出巖土工程評價，確定建筑總平面布置，進(jìn)而對地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地基處理和不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治進(jìn)行計(jì)算與評價，以滿足施工設(shè)計(jì)的要求。此時勘察范圍縮小而勘探坑孔增多了，因而坑孔間距是比較小的。,坑孔間距的確定原則： （1）勘察階段。初期間距大，中后期逐漸加密； （2）工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度。簡單地段少布，間距放寬，復(fù)雜地段、要害部位間距加密； （3）參照有關(guān)規(guī)范。,(三)勘探坑孔深度的確定 確定勘探坑孔深度的含義包括兩個方面：一是確定坑孔深度的依據(jù)；二是施工時終止坑孔的標(biāo)志。概括起來說，勘探坑孔深度應(yīng)根據(jù)建筑物類型、勘察階段、巖土工程勘察等級以及所評價的巖土工程問題等綜合考慮。 除上述原則外尚應(yīng)考慮以下各點(diǎn) （1）建筑物有效附加應(yīng)力影響范圍；,（2）與工程建筑物穩(wěn)定性有關(guān)的工程地質(zhì)問題的研究的需要； 如壩基可能的滑移面深度、滲漏帶底板深度。 （3）工程設(shè)計(jì)的特殊要求； 如確定壩基灌漿處理的深度、樁基深度、持力層深度等。 （4）工程地質(zhì)測繪及物探對某種勘探目的層的推斷，在勘探設(shè)計(jì)中應(yīng)逐孔確定合理深度，明確終孔標(biāo)志。對于規(guī)范不應(yīng)機(jī)械執(zhí)行，應(yīng)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件靈活運(yùn)用。,作勘探設(shè)計(jì)時，有些建筑物可依據(jù)其設(shè)計(jì)標(biāo)高來確定坑孔深度。例如，地下洞室和管道工程，勘探坑孔應(yīng)穿越洞底設(shè)計(jì)標(biāo)高或管道埋設(shè)深度以下一定深度。 此外，還可依據(jù)工程地質(zhì)測繪或物探資料的推斷確定勘探坑孔的深度。在勘探坑孔施工過程中，應(yīng)根據(jù)該坑孔的目的任務(wù)而決定是否終止，切不能機(jī)械地執(zhí)行原設(shè)計(jì)的深度。例如，為研究巖石風(fēng)化分帶目的的坑孔，當(dāng)遇到新鮮基巖時即可終止。,二、勘探工程的施工順序 勘探工程的合理施工順序，既能提高勘探效率，取得滿意的成果，又節(jié)約勘探工作量。為此，在勘探工程總體布置的基礎(chǔ)上，須重視和研究勘探工程的施工順序問題，即全部勘探工程在空間和時間上的發(fā)展問題。,一項(xiàng)建筑工程，尤其是場地地質(zhì)條件復(fù)雜的重大工程，需要勘探解決的問題往往較多。由于勘探工程不可能同時全面施工，而必須分批進(jìn)行。這就應(yīng)根據(jù)所需查明問題的輕重主次，同時考慮到設(shè)備搬遷方便和季節(jié)變化，將勘探坑孔分為幾批，按先后順序施工。 先施工的坑孔，必須為后繼坑孔提供進(jìn)一步地質(zhì)分析所需的資料。所以在勘探過程中應(yīng)及時整理資料，并利用這些資料指導(dǎo)和修改后繼坑孔的設(shè)計(jì)和施工。不言而喻，選定第一批施工的勘探坑孔是具有重要意義的。,根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，第一批施工的坑孔應(yīng)為：對控制場地工程地質(zhì)條件具關(guān)鍵作用和對選擇場地有決定意義的坑孔；建筑物重要部位的坑孔；為其他勘察工作提供條件，而施工周期又比較長的坑孔；在主要勘探線上的坑孔。考慮到洪水的威脅，應(yīng)在枯水期盡量先施工水上或近水的坑孔。由此可知，第一批坑孔的工程量是比較大的。,第六節(jié) 采取土樣,取樣是巖土工程勘察中必不可少的、經(jīng)常性的工作。為定量評價巖土工程問題而提供室內(nèi)試驗(yàn)的樣品，包括巖土樣和水樣。除了在地面工程地質(zhì)測繪調(diào)查和坑探工程中采取試樣外，主要是在鉆孔中采取的。 巖土工程師一般很重視巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的獲取，致力于各種試驗(yàn)理論和方法的研究，但對巖土試樣的代表性問題，即試驗(yàn)成果是否確切表征實(shí)際巖土體性狀的問題，則重視不夠。它關(guān)系到巖土取樣的問題。,關(guān)于試樣的代表性，從取樣角度來說，需考慮取樣的位置、數(shù)量和技術(shù)問題。巖土體一般為非均質(zhì)體，其性狀指標(biāo)是一定空間范圍的隨機(jī)變量。因此取樣的位置在一定的單元體內(nèi)應(yīng)力求在不同方向上均勻分布，以反映趨勢性的變化。 樣本的大小關(guān)系到總體特性指標(biāo)(包括均值、方差及置信區(qū)間)估計(jì)的精確度和可靠度?？紤]到取樣的成本，需要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面權(quán)衡，合理地確定取樣的數(shù)量。根據(jù)勘察設(shè)計(jì)要求，不同試樣的用途是不一樣的。 例如，有的試樣主要用于巖土分類定名；有的主要用于研究其物理性質(zhì)；而有的除上述外，還要研究其力學(xué)性質(zhì)。為了保證所取試樣符合試驗(yàn)要求，必須采用合適的取樣技術(shù)。 本節(jié)主要討論鉆孔中采取土樣的技術(shù)問題，即土樣的質(zhì)量要求、取樣方法、器具以及取樣效果的評價等問題。 ,一、土樣的質(zhì)量等級 土樣的質(zhì)量實(shí)質(zhì)上是土樣的擾動問題。土樣擾動表現(xiàn)在原位應(yīng)力狀態(tài)、含水率、結(jié)構(gòu)和組成成分等方面的變化，它們產(chǎn)生于取樣之前，取樣之中以及取樣之后直至試樣制備的全過程之中。土樣擾動對試驗(yàn)成果的影響也是多方面的，使之不能確切表征實(shí)際的巖土體。從理論上講，除了應(yīng)力狀態(tài)的變化以及由此引起的卸荷回彈是不可避免的之外，其余的都可以通過適當(dāng)?shù)娜悠骶吆筒僮鞣椒▉砜朔驕p輕。實(shí)際上，完全不擾動的真正原狀土樣是無法取得的。,有的學(xué)者從實(shí)用觀點(diǎn)出發(fā)，提出對不擾動土樣或原狀土樣基本質(zhì)量要求是： (1)沒有結(jié)構(gòu)擾動。 (2)沒有含水率和孔隙比的變化。 (3)沒有物理成分和化學(xué)成分的改變。,并規(guī)定了滿足上述基本質(zhì)量要求的具體標(biāo)準(zhǔn)。 由于不同試驗(yàn)項(xiàng)目對土樣擾動程度有不同的控制要求，因此許多國家的規(guī)范或手冊中都根據(jù)不同的試驗(yàn)要求來劃分土樣質(zhì)量級別。 規(guī)范參照國外的經(jīng)驗(yàn)，對土樣質(zhì)量級別作了四級劃分，并明確規(guī)定各級土樣能進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目(下表)。其中、級土樣相當(dāng)于原狀土樣，但級土樣比級土樣有更高的要求。表中對四級土樣擾動程度的區(qū)分只是定性的和相對的，沒有嚴(yán)格的定量標(biāo)準(zhǔn)。 目前雖已有多種評價土樣擾動程度的方法，但在實(shí)際工程中不大可能去對所取土樣的擾動程度作詳細(xì)研究和定量評價，只能對采取某一級別土樣所必須使用的器具和操作方法作出規(guī)定。,土 樣 質(zhì) 量 等 級 劃 分 表,此外，還要考慮土層特點(diǎn)、操作水平和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，來判斷所取土樣是否達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量等級。,二、鉆孔取土器及其適用條件 取土器是影響土樣質(zhì)量的重要因素，所以勘察部門都注重取土器的設(shè)計(jì)、制造。對取土器的基本要求是：盡可能使土樣不受或少受擾動；能順利切入土層中，并取上土樣；結(jié)構(gòu)簡單且使用方便。 (一)取土器基本技術(shù)參數(shù) 取土器的取土質(zhì)量，首先取決于取樣管的幾何尺寸和形狀。目前國內(nèi)外鉆孔取土器有貫入式和回轉(zhuǎn)式兩大類，其尺寸、規(guī)格不盡相同。以國內(nèi)主要使用的貫入式取土器來說，有兩種規(guī)格的取樣管. 1、取樣管直徑(D) 目前土試樣的直徑多為50mm或80mm,考慮到邊緣的擾動，相應(yīng)地宜采用內(nèi)徑(De)為75mm及100mm的取樣管。對于飽和軟粘土、濕陷性黃土等某些特殊土類，取樣管直徑還應(yīng)更大些。,2、面積比(Ca),對于無管靴的薄壁取土器，Dw=Dt ，Ca值愈大，土樣被擾動的可能性愈大。一般采取高質(zhì)量土樣的薄壁取土器，其Ca10%，采取低級別土樣的厚壁取土器Ca值可達(dá)30%。 3、內(nèi)間隙比（Ci）,Ci的作用是減小取樣管內(nèi)壁與土樣間因摩擦而引起對土樣的擾動，Ci的最佳值隨著土樣的直徑的增大而減小。國內(nèi)生產(chǎn)的各種取土器Ci值為0-1.5%。,4、外間隙比（C0）,C0的作用是減小取樣管外壁與土層的摩擦，以使取土器能順利入土。國內(nèi)生產(chǎn)的各種取土器C0值為0-2%。,5、取樣管長度(L) 取樣管長度要滿足各項(xiàng)試驗(yàn)的要求?？紤]到取樣時土樣上、下端受擾動以及制樣時試樣破損等因素，取樣管長度應(yīng)較實(shí)際所需試樣長度要大些。 關(guān)于取樣管的直徑與長度，有兩種不同的設(shè)計(jì)思路。一種主張短而粗，一種主張長而細(xì)；二者優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。中國過去沿用前蘇聯(lián)短而粗的標(biāo)準(zhǔn)。但目前國際比較通用的是長而細(xì)的一種，它能滿足更多試驗(yàn)項(xiàng)目的要求。,6、刃口角度() 也是影響土樣質(zhì)量的重要因素。該值愈小則土樣的質(zhì)量愈好。但是過小，刃口易于受損，加工處理技術(shù)和對材料的要求也更高，勢必提高了成本。國內(nèi)生產(chǎn)的取土器值一般為50-100。,(二)貫入式取土器 貫入式取土器取樣時，采用擊入或壓入的方法將取土器貫入土中。這類取土器又可分為敞口取土器和活塞取土器兩類。敞口取土器按取樣管壁厚分厚壁、薄壁和束節(jié)式三種；活塞取土器又有固定活塞、水壓固定活塞、自由活塞等幾種。 (三)回轉(zhuǎn)式取土器 回轉(zhuǎn)式取土器的基本結(jié)構(gòu)與巖心鉆探的雙層巖心管相同，分為單動和雙動兩類。單動三重管取土器和雙動三重管取土器。 回轉(zhuǎn)式取土器可采取較堅(jiān)硬、密實(shí)的土類以至軟巖的樣品。單動型取土器適用于軟塑堅(jiān)硬狀態(tài)的粘性土和粉土、粉細(xì)砂土，土樣質(zhì)量-級。雙動型取土器適用于硬塑堅(jiān)硬狀態(tài)的粘性土、中砂、粗砂、礫砂、碎石土及軟巖，土樣質(zhì)量亦為-級。,三、鉆孔取樣的操作 土樣質(zhì)量的優(yōu)劣，不僅取決于取土器具，還取決于取樣全過程的各項(xiàng)操作是否恰當(dāng)。 (一)鉆進(jìn)要求 (1)使用合適的鉆具與鉆進(jìn)方法。一般應(yīng)采用較平穩(wěn)的回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)。若采用沖擊、振動、水沖等方式鉆進(jìn)時，應(yīng)在預(yù)計(jì)取樣位置1m以上改用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。在地下水位以上一般應(yīng)采用干鉆方式。 (2)在軟土、砂土中宜用泥漿護(hù)壁。若使用套管護(hù)壁，應(yīng)注意旋入套管時管靴對土層的擾動，且套管底部應(yīng)限制在預(yù)計(jì)取樣深度以上大于3倍孔徑的距離。 (3)應(yīng)注意保持鉆孔內(nèi)的水頭等于或稍高于地下水位，以避免產(chǎn)生孔底管涌，在飽和粉、細(xì)砂土中尤應(yīng)注意。,(二)取樣要求 (1)到達(dá)預(yù)計(jì)取樣位置后，要仔細(xì)清除孔底浮土?？椎自试S殘留浮土厚度不能大于取土器廢土段長度。清除浮土?xí)r，需注意不致擾動待取土樣的土層。 (2)下放取土器必須平穩(wěn)，避免側(cè)刮孔壁。取土器入孔底時應(yīng)輕放，以避免撞擊孔底而