注冊(cè)巖土工程師基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn):工程地質(zhì)勘探

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主要依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》、《建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ87-92)
    勘探的方法主要有坑探、槽探、鉆探、地球物理勘探等方法,在選用時(shí)應(yīng)符合勘察目的及巖土的特性。
    1、坑探、槽探
    坑、槽探就是用人工或機(jī)械方式進(jìn)行挖掘坑、槽,以便直接觀察巖土層的天然狀態(tài)以及各地層之間接觸關(guān)系等地質(zhì)結(jié)構(gòu),并能取出接近實(shí)際的原狀結(jié)構(gòu)土樣,它的缺點(diǎn)是可達(dá)的深度較淺,且易受自然地質(zhì)條件的限制。
    在工程地質(zhì)勘探中,常用的坑、槽探主要有坑、槽、井、洞等幾種類型,見下表。
    工程地質(zhì)勘探類型
    類型 特  點(diǎn) 用  途
    試坑 深數(shù)十厘米的小坑,形狀不定。 局部剝離地表覆土,揭露基巖
    淺井 從地表向下垂直,斷面呈圓形或方形,深5~15m。 確定覆蓋層及風(fēng)化層的巖性及厚度,取原狀樣,載荷試驗(yàn),滲水試驗(yàn)。
    探槽 在地表垂直巖層或構(gòu)造線挖掘成深度不大的(小于3~5m)長(zhǎng)條形槽子。 追索構(gòu)造線、斷層、探查殘積坡積層,風(fēng)化巖石的厚度和巖性。
    豎井 形狀與前井同,但深度可超過20m以上,一般在平緩山坡、漫灘、階地等巖層較平緩的地方,有時(shí)需支護(hù)。 了解覆蓋層厚度及性質(zhì),構(gòu)造線、巖石破碎情況、巖溶、滑坡等,巖層傾角較緩時(shí)效果較好。
    平洞 在地面有出口的水平坑道,深度較大,適用較陡的基巖巖坡。 調(diào)查斜坡地質(zhì)構(gòu)造,對(duì)查明地層巖性、軟弱夾層、破碎帶、風(fēng)化巖層時(shí),效果較好,??扇踊蜃髟辉囼?yàn)。
    2、鉆探
    (1)鉆孔的直徑、深度、方向,取決于鉆孔用途和鉆探地點(diǎn)的地質(zhì)條件。
    鉆孔的直徑一般為75~150mm,但在一些大型建筑物的工程地質(zhì)鉆探時(shí),孔徑往往大于150mm,有時(shí)可達(dá)到500mm。
    鉆孔的深度由數(shù)米至上百米,視工程要求和地質(zhì)條件而定,一般的工民建工程地質(zhì)鉆探深度在數(shù)十米以內(nèi)。
    鉆孔的方向一般為垂直的,也有打成傾斜的鉆孔,這種孔稱之為斜孔。在地下工程中有打成水平的,甚至直立向上的鉆孔。
    (2)鉆探過程和鉆進(jìn)方法
    鉆探過程中有三個(gè)作用:
    1)碎巖土:
    2)采取巖土:
    3)保全孔壁:一般采用套管或泥漿來護(hù)壁。
    工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式,將鉆進(jìn)方法分為以下四種:
    1)沖擊鉆進(jìn)。此法采用底部圓環(huán)狀的鉆頭。鉆進(jìn)時(shí)將鉆具提升到一定高度,利用鉆具自重,迅猛放落,鉆具在下落時(shí)產(chǎn)生沖擊動(dòng)能,沖擊孔底巖土層,使巖土達(dá)到破碎之目的而加深鉆孔。
    2)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。此法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中施加鉆壓,使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切人巖土層,達(dá)到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進(jìn),有時(shí)為有效地、完整地揭露標(biāo)準(zhǔn)地層,還可以采用勺形鉆鉆頭或提土鉆鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。
    3)綜合式鉆進(jìn)。此法是一種沖擊回轉(zhuǎn)綜合式的鉆進(jìn)方法。它綜合了前兩種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。其工作原理是:在鉆進(jìn)過程中,鉆頭克取巖石時(shí),施加一定的動(dòng)力,對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊作用,使巖石的破碎速度加快,破碎粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時(shí)由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻人巖石深度增加,在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大地提高了鉆進(jìn)的效率。
    4)振動(dòng)鉆進(jìn)。此法采用機(jī)械動(dòng)力所產(chǎn)生的振動(dòng)力,通過連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周圍土中。由于振動(dòng)器高速振動(dòng)的結(jié)果,圓筒鉆頭依靠鉆具和振動(dòng)器的重量使得土層更容易被切削而鉆進(jìn),且鉆進(jìn)速度較快。這種鉆進(jìn)方法主要適用于粉土、砂土、較小粒徑的碎石層以及粘性不大的粘性土層。
    上述各種鉆進(jìn)方法的適用范圍列于下表中。
    鉆進(jìn)方法的適用范圍
    鉆進(jìn)方式 鉆進(jìn)地層 勘察要求
    粘性土 粉土 砂土 碎石土 巖石 直觀鑒別,采取不擾動(dòng)試樣 直觀鑒別,采取擾動(dòng)試樣 不要求直觀鑒別,不取試樣
    回鉆 螺旋鉆進(jìn) ○ △ △ - - ○ ○ ○
    無(wú)巖芯鉆進(jìn) ○ ○ ○ △ ○ - - ○
    巖芯鉆進(jìn) ○ ○ ○ △ ○ ○ ○ ○
    沖擊 沖擊鉆進(jìn) - △ ○ ○ △ - - ○
    錘擊鉆進(jìn) △ △ △ △ - △ ○ ○
    振動(dòng)鉆探 ○ ○ ○ △ - △ ○ ○
    注:○代表適用;△代表部分情況適用;-代表不適用。
    (3)鉆孔柱狀圖:柱狀圖比例尺一般為1:100-1:500。
    3、土樣的采取
    1 原狀土樣的概念
    工程地質(zhì)鉆探的主要任務(wù)之一是在巖土層中采取巖芯或原狀土樣。在采取土試樣過程中,應(yīng)力求使試樣的被擾動(dòng)量縮小,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):
    I級(jí)——不擾動(dòng),可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定名、含水量、密度、強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密參數(shù)。
    Ⅱ級(jí)——輕微擾動(dòng),可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定名、含水量、密度。
    Ⅲ級(jí)——顯著擾動(dòng),可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定名、含水量。
    Ⅳ級(jí)——完全擾動(dòng),可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目有:土類定名、顆粒分析。
    在鉆孔取樣時(shí),采用薄壁取土器所采得的土試樣定為I~Ⅱ級(jí);對(duì)于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土試樣定為Ⅱ~Ⅲ級(jí);對(duì)于采用標(biāo)準(zhǔn)貫人器、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為Ⅲ~Ⅳ級(jí)。
    2 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)土樣的第一個(gè)前提。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間距,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,避免廢土過多,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)。
    取出的土樣應(yīng)及時(shí)用蠟密封,并注明上下,貼上標(biāo)簽,作好記錄。另外(除了鉆探過程的問題以外),在土樣封存、運(yùn)輸和開土做試驗(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)。