工程地質(zhì)勘察是為查明影響工程建筑物的地質(zhì)因素而進(jìn)行的地質(zhì)調(diào)查研究工作。所需勘察的地質(zhì)因素包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)構(gòu)造:地貌、水文地質(zhì)條件、土和巖石的物理力學(xué)性質(zhì),自然(物理)地質(zhì)現(xiàn)象和天然建筑材料等。這些通常稱為工程地質(zhì)條件。查明工程地質(zhì)條件后,需根據(jù)設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn),預(yù)測(cè)工程建筑物與地質(zhì)環(huán)境相互作用(即工程地質(zhì)作用)的方式、特點(diǎn)和規(guī)模,并作出正確的評(píng)價(jià),為確定保證建筑物穩(wěn)定與正常使用的防護(hù)措施提供依據(jù)。
建設(shè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)一般分為可行性研究,初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。為了提供各設(shè)計(jì)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(xì)勘察三個(gè)階段。對(duì)于工程地質(zhì)條件復(fù)雜或有特殊施工要求的重要建筑物地基,尚應(yīng)進(jìn)行預(yù)可行性及施工勘察;對(duì)于地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,建筑物占地面積不大的場(chǎng)地,或有建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的地區(qū),也可適當(dāng)簡(jiǎn)化勘察階段。各勘察階段的任務(wù)和工作內(nèi)容簡(jiǎn)述如下:
1選址勘察階段
選址勘察工作對(duì)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(chǎng)地的工程地質(zhì)條件能否適宜工程建設(shè)項(xiàng)目。一般通過取得幾個(gè)候選場(chǎng)址的工程地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)擬選場(chǎng)址的穩(wěn)定性和適宜性作出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。選擇場(chǎng)址階段應(yīng)進(jìn)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(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗(yàn);
②在收集和分析已有資料的基礎(chǔ)上,通過踏勘,了解場(chǎng)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(duì)工程地質(zhì)條件復(fù)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(chǎng)地,應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪及必要的勘探工作。
選擇場(chǎng)址時(shí),應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性有直接或潛在威脅的地段;(2)地基土性質(zhì)嚴(yán)重不良的地段;(3)對(duì)建筑抗震不利的地段,如設(shè)計(jì)地震烈度為8度或9度且鄰近發(fā)震斷裂帶的場(chǎng)區(qū);(4)洪水或地下水對(duì)建筑場(chǎng)地有威脅或有嚴(yán)重不良影響的地段;(5)地下有未開采的有價(jià)值礦藏或不穩(wěn)定的地下采空區(qū)上的地段。
造成土試樣擾動(dòng)有三個(gè)原因:
一是外界條件引起的土試樣的擾動(dòng),如鉆進(jìn)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(shí),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(diǎn)間的相對(duì)位置位移和組織結(jié)構(gòu)的變化,甚至出現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)間的原由粘聚力的破壞。
三是采取土樣時(shí),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(zhǎng)度和面積。當(dāng)切如土層時(shí),會(huì)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(dòng)。
從上述可見,所謂原狀土試樣實(shí)際上都不可避免地遭到了不同程度的擾動(dòng)。為此,在采取土試樣過程中,應(yīng)力求減小對(duì)試樣的擾動(dòng),要盡力排除各種可能增大擾動(dòng)量的因素。
按照取樣方法和試驗(yàn)?zāi)康?,巖土工程勘察規(guī)范對(duì)土試樣的擾動(dòng)程度分成如下的質(zhì)量等級(jí):
一級(jí)—不擾動(dòng),可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定義、含水量、密度、強(qiáng)度系數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密系數(shù)。
二級(jí)—輕微擾動(dòng),可進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定義、含水量、密度。
三級(jí)—顯著擾動(dòng),可進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定義、含水量。
四級(jí)—完全擾動(dòng),可進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定義。
在鉆孔取樣時(shí),采用薄壁取土器所采得的土樣定為一~二級(jí);
對(duì)于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土樣定為二~三級(jí);
對(duì)于采用標(biāo)準(zhǔn)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(jí)。
從上可見,為取得一級(jí)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(yàn)全部的物理力學(xué)參數(shù)的正確獲得。
減少土試樣擾動(dòng)的注意事項(xiàng)
為保證土樣少受擾動(dòng),采取土試樣的前后及過程中應(yīng)注意如下事項(xiàng):
合理的鉆進(jìn)方法是保證取得不擾動(dòng)土樣的前提。
也就是說,鉆進(jìn)方法的選用首先應(yīng)著眼于確保孔底擬取土樣不被擾動(dòng)。這一點(diǎn)幾乎對(duì)任何種土樣都適用,而對(duì)結(jié)構(gòu)敏感或不穩(wěn)定的土層尤為重要。從國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)看,主要有以下幾點(diǎn)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(dòng)。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(dòng)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(shí)切削孔壁,擠進(jìn)過多的廢土。尤其在軟土鉆孔中,時(shí)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(dòng)。并且在正式取土前,把已受一定程度擾動(dòng)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(gè)操作工序,均應(yīng)細(xì)致穩(wěn)妥,以免造成擾動(dòng)。
取出的土應(yīng)及時(shí)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(yùn)輸和開工做試驗(yàn)時(shí),都應(yīng)注意避免擾動(dòng)。嚴(yán)防振動(dòng)、日曬、雨淋和凍結(jié)。