工程地质勘探
包括工程地球物理勘探、钻探和坑探工程等内容。
①工程地球物理勘探。简称工程物探,其目的是利用专门仪器,测定各类岩、土体或地质体的密度、导电性、弹性、磁性、放射性等物理性质的差别,通过分析解释判断地面下的工程地质条件。它是在测绘工作的基础上探测地下工程地质条件的一种间接勘探方法。按工作条件分为地面物探和井下物探(测井);按被探测的物理性质可分为电法、地震、声波、重力、磁法、放射性等方法。工程地质勘察中常用的地面物探为电法中的视电阻率法,地震勘探中的浅层折射法,声波勘探等;测井则多采用综合测井。
物探的优点在于能经济而迅速地探测较大范围,且通过不同方向的多个剖面获得的资料是三维的。以这些资料为基础,在控制点和异常点上布置勘探、试验工作,既可减少盲目性,又可提高精度。测井则可增补钻探工作所得资料并提高其质量。开展多种方法综合物探,根据综合成果进行对比分析,可以显著提高地质解释的质量,扩大物探解决问题的范围,缩短工程地质勘探周期并降低其成本。由于物探需要间接解释,所以只有地质体之间的物理状态(如破碎程度、含水率、喀斯特化程度)或某种物理性质有显著差异,才能取得良好效果。
②钻探和坑探。采用钻探机械钻进或矿山掘进法,直接揭露建筑物布置范围和影响深度内的工程地质条件,为工程设计提供准确的工程地质剖面的勘察方法。其任务是:查明建筑物影响范围内的地质构造,了解岩层的完整性或破坏情况,为建筑物探寻良好的持力层(承受建筑物附加荷载的主要部分的岩土层)和查明对建筑物稳定性有不利影响的岩体结构或结构面(如软弱夹层、断层与裂隙);揭露地下水并观测其动态;采取试验用的岩土试样;为现场测试或长期观测提供钻孔或坑道。
钻探比坑探工效高,受地面水、地下水及探测深度的影响较小,故广为采用。但不易取得软弱夹层岩心和河床卵砾石层样品,钻孔也不能用来进行大型现场试验。因此,有时需采用大孔径钻探技术,或在钻孔中运用钻孔摄影,孔内电视或采用综合物探测井以弥补其不足。但在关键部位还需采用便于直接观察和测试目的层的平洞、斜井、竖井等坑探工程。
钻探和坑探的工作成本高,故应在工程地质测绘和物探工作的基础上,根据不同工程地质勘探阶段需要查明的问题,合理设计洞、坑、孔的数量、位置、深度、方向和结构,以尽可能少的工作量取得尽可能多的地质资料,并保证必要的精度。
现场检测与监测
用专门的观测仪器对建筑区工程地质条件各要素或对工程建筑活动有重要影响的自然(物理)地质作用和某些重要的工程地质作用随时间的发展变化,进行长时期的重复测量的工作。观测的主要内容有:岩、土体位移范围、速度、方向;岩、土体内地下水位变化;岩体内破坏面上的压力;爆破引起的质点速度;峰值质点加速度;人工加固系统的载荷变化等。此项工作主要是在论证建筑物的施工设计的详细勘察阶段进行,工程地质作用的观测则往往在施工和建筑物使用期间进行。长期观测取得的资料经整理分析,可直接用于工程地质评价,检验工程地质预测的准确性,对不良地质作用及时采取防治措施,确保工程。
工程地质钻探的概念
工程地质钻探是获取地表下准确的地质资料的重要的方法,而且通过钻探的钻孔采取原状岩土样和做现场力学试验也是工程地质钻探的任务之一。
钻探是指在地表下用钻头钻入地层的勘探方法。在地层内钻成直径较小并具有相当深度的圆通形孔眼的孔称为钻孔。通常将直径大于等于800mm以上的钻孔称为大直径钻井。
钻孔的要素如图所示。钻孔上部口径较大,下部口径较小,成阶梯状。钻孔的上部为孔口,底部为孔底;四周侧壁为孔壁。钻孔断面的直径为孔经;由大孔经改为小孔经称换经。从孔口到孔底的距离为孔深。
造成土试样扰动有三个原因:
一是外界条件引起的土试样的扰动,如钻进工艺、钻具选用、钻压、钻速、取土方法选择等。若在选用上不够合理时,都能造成其土质的天然结构被破坏。
二是采样过程造成的土体中应力条件发生了改变,引起图样内的质点间的相对位置位移和组织结构的变化,甚至出现质点间的原由粘聚力的破坏。
三是采取土样时,需用取土器采取。但不论采用何种取土器,它都有一定的壁厚、长度和面积。当切如土层时,会使土样产生一定的压缩变形。壁愈厚所排开土体愈多,其变形量愈大,这就造成土样更大的扰动。
从上述可见,所谓原状土试样实际上都不可避免地遭到了不同程度的扰动。为此,在采取土试样过程中,应力求减小对试样的扰动,要尽力排除各种可能增大扰动量的因素。
按照取样方法和试验目的,岩土工程勘察规范对土试样的扰动程度分成如下的质量等级:
一级—不扰动,可进行试验项目有:土类定义、含水量、密度、强度系数、变形参数、固结压密系数。
二级—轻微扰动,可进行的试验项目有:土类定义、含水量、密度。
三级—显著扰动,可进行的试验项目有:土类定义、含水量。
四级—完全扰动,可进行的试验项目有:土类定义。
在钻孔取样时,采用薄壁取土器所采得的土样定为一~二级;
对于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土样定为二~三级;
对于采用标准贯入器、螺纹钻头或岩芯钻头所采得的粘性土、粉土、砂土和软岩的试样皆定义为三~四级。
从上可见,为取得一级质量的土试样,普遍采用薄壁取土器来采取,以满足土工试验全部的物理力学参数的正确获得。