按工程建设的阶段,工程地质勘察一般分为规划选点至选址的工程地质勘察、初步设计工程地质勘察和施工图设计工程地质勘察,工程地质勘察方法或手段,包括工程地质测绘、工程地质勘探、实验室或现场试验、长期观测(或监测)等。
工程地质测绘
在一定范围内调查研究与工程建设活动有关的各种工程地质条件,测制成一定比例尺的工程地质图,分析可能产生的工程地质作用及其对设计建筑物的影响,并为勘探、试验、观测等工作的布置提供依据。它是工程地质勘察的一项基础性工作。测绘范围和比例尺的选择,既取决于建筑区地质条件的复杂程度和已有研究程度,也取决于建筑物的类型、规模和设计阶段。规划选点阶段,区域性工程地质测绘用小比例尺(1:10万,1:5万);设计阶段,水库区测绘大多用中比例尺(1:2.5万,1:1万),坝址、厂址则用大比例尺(1:5000,1:2000,1:1000,1:500)。工程地质测绘所需调研的内容有地层岩性、地质构造、地貌及第四纪地质、水文地质条件、天然建筑材料、自然(物理)地质现象及工程地质现象。对所有地质条件的研究,都必须以论证或预测工程活动与地质条件的相互作用或相互制约为目的,紧密结合该项工程活动的特点。当露头不好或这些条件在深部分布不明时,需配合以试坑、探槽、钻孔、平洞、竖井等勘探工作进行必要的揭露。
工程地质测绘通常是以一定比例尺的地形图为底图,以仪器测量方法来测制。采用卫星像片、航空像片和陆地摄影像片,通过室内判读调绘成草图,到现场有目的地复查,与进一步的照片判读反复验证,可以测制出更的工程地质图。并可提高测绘的精度和效率,减少地面调查的工作量。
工程地质勘探的任务
工程地质勘探一般在工程地质测绘的基础上进行。它可以直接深入地下岩层取得所需的工程地质条件资料,是探明深部地质情况的可靠的方法。工程地质勘探的主要方式有工程地质钻探、坑探和物探,其主要任务为:
1、探明建筑场地的岩性及地质构造,即以及各地层的厚度、性质及其变化;划分地层并确定其接触关系;以及基岩的风化程度、划分风化带;研究岩层的产状、裂隙发育程度及其随深度的变化;研究褶皱、断裂、破碎带以及其他地质构造的空间分布和变化。
2、探明水文地质条件,即含水层、隔水层的分布、埋深、厚度、性质及地下水位。
3、探明地面及物理地质现象,包括河谷阶地、冲洪积扇、坡积层的位置和土层结构;溶岩的规模及发育程度;滑坡及泥石流的分布、范围、特性等。
4、提取岩土样及水样,提供野外试验条件。从钻孔或勘探点去岩土样或水样,提供室内试验、分析、鉴定之用。勘探所形成的坑孔可为现场原位试验提供场所和条件。
工程地质勘探的方法
1、工程地质坑、槽探
坑、槽探是在建筑场地挖探井或探槽以取得直观资料和原状土样,这是一种不使用专用机具的常用勘探方法。当场地地质条件比较复杂时,利用坑探可以直接观测地层的结构和变化,但坑探可达的深度较浅。坑探的种类有探槽、探坑和探井。
在工程地质勘察中,常用的坑、槽探主要有坑、槽、井、洞等几种类型,见表1-1。探槽是在挖掘成长条形且两壁常为倾斜上宽下窄的槽子,其断面有梯形或阶梯型两种。较深的探槽两壁要进行必要的支护以策。探槽一般在覆盖土层小于3.0m时使用。它适用于了解地质构造线、断裂破碎带宽度、地层分界线、岩脉宽度及其延伸方向和采取原状土试样等。
凡挖掘深度不大且形状不一的坑,或成矩形的较短的探槽状的坑为探坑。探坑的深度一般为1.0~2.0m,与土层的目的相同。
探井一般深度都大于3.0m,其断面形状为方形、矩形和圆形。
圆形探井在水平方向能承受较大的侧压力,比其他形状的探井。
坑探中采取原状土样可按照以下步骤进行:首先在井底或井壁的指定深度处挖一土柱,土柱的直径必须大于土筒的直径,将土柱顶面削平,套上两端开口的金属筒并削去筒外多余的土,一面削土一面将筒压入,直到筒完全套入土柱体后切断土体柱。然后削去两端多余的土体,该上筒盖,用熔蜡密封后贴上标签并注明土柱的上下方向、编号等即完成取样工作。
工程地质钻探可根据岩土破碎的方式,将钻进的方法分为以下四种:
冲击钻进
冲击钻进法采用底部圆环状钻头。钻进时将钻具提升到一定高度,利用钻具自重,迅猛放落,钻具在下落时产生冲击动能,冲击孔底岩土层,使岩土层达到破碎之目的而加深钻孔。
回转钻进
回转钻进法采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进。钻进中施加钻压,使钻头在回转中切入岩土层,达到加深钻孔的目的。在土质地层中钻进,有时为有效地完整地揭露标准地层,还可以采用勺形钻钻头进行钻进。
冲击-回转钻进
冲击-回转钻进综合了前两种钻进方法在地层钻进中的优点,以达到提高钻进效率的目的。其工作原理是:在钻进过程中,钻头克取岩石时,施加一定的动力,对岩石产生冲击作用,使岩石的破碎速度加快,破坏粒度比回转剪切粒度增大。同时由于冲击力的作用使硬质合金刻入岩石深度增加,在回转中将岩石剪切掉。这样就大大提高了钻进的效率。
冲击-回转-振动钻进
冲击-回转-振动钻进综合了前三种钻进方法在地层钻进中的优点,以达到提高钻进效率的目的。采用机械动力所产生的振动力,通过连接杆和钻具传到圆筒形钻头周围土中。由于震动器高速振动的结果,圆筒钻头依靠钻具和振动器的重量使得土层更容易被切削钻进,切钻进速度较快。