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岩土工程勘察基本知识介绍

346 2020-08-03 11:42:57




一、工程勘察基本程序



接受任务:

必须明确目的、要求,充分了解工程性质、规模、结构类型及其它与勘察工作量、评价分析有关的设计条件,并取得委托任务及场地地形图、工程布置图等必要的依据资料;强制性条文 

勘察前准备工作

在接到一项岩土工程勘察项目时,项目主持人首先应了解包括以下内容:
(1)场地的勘察范围:应以项目的规划图和地形图为准。
(2)场地的勘察阶段:不同的勘察阶段对勘察的要求是截然不同的,可行性研究勘察应符合选择场址方案的要求,初步勘察应符合初步设计的要求,详细勘察应符合施工图设计的要求,施工勘察应符合进一步查明岩土条件或异常情况的要求,因此,勘察要求必须明确勘察阶段。
(3)工程重要性等级和岩土工程勘察等级:岩土工程勘察分级的目的是突出重点、区别对待。根据工程重要性等级,结合场地复杂程度等级和地基复杂程度等级划分的岩土工程勘察等级。岩土工程勘察等级直接决定需要采用的勘察手段、勘察工作量和勘察评价的深度。





二、工程勘察分级




岩土工程勘察等级(岩土勘察规范)

重要性等级:
根据工程的规模和特征,以及由于岩土工程问题造成工程破坏或影响正常使用的后果,可分为三个工程重要性等级:
一级工程:重要工程,后果很严重;
二级工程:一般工程,后果严重;
三级工程:次要工程,后果不严重。

场地等级:
根据场地的复杂程度,可按下列规定分为三个场地等级
符合下列条件之一者为一级场地(复杂场地):
1)对建筑抗震危险的地段;
2)不良地质作用强烈发育;
3)地质环境已经或可能受到强烈破坏;
4)地形地貌复杂;
5)有影响工程的多层地下水、岩溶裂隙水或其他水文地质条件复杂,需专门研究的场地。
符合下列条件之一者为二级场地(中等复杂场地):
1)对建筑抗震不利的地段;
2)不良地质作用一般发育;
3)地质环境已经或可能受到一般破坏;
4)地形地貌较复杂;
5)基础位于地下水位以下的场地。
符合下列条件者为三级场地(简单场地):
1)抗震设防烈度等于或小于6度,或对建筑抗震有利的地段;
2)不良地质作用不发育;
3)地质环境基本未受破坏;
4)地形地貌简单;
5)地下水对工程无影响。 

根据地基的复杂程度,可按下列规定分为三个地基等级: 
符合下列条件之一者为一级地基(复杂地基):
1)岩土种类多,很不均匀,性质变化大,需特殊处理;
2)严重湿陷、膨胀、盐渍、污染的特殊性岩土,以及其他情况复杂,需作专门处理的岩土。
符合下列条件之一者为二级地基(中等复杂地基):
1)岩土种类较多,不均匀,性质变化较大;
2)除本条第1款规定以外的特殊性岩土。 
符合下列条件者为三级地基(简单地基):
1)岩土种类单一,均匀,性质变化不大;
2)无特殊性岩土。 

根据工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级,可按下列条件划分岩土工程勘察等级。
甲级:在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级中,有一项或多项为一级;
乙级:除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目;
丙级:工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级。

场地分类(市政工程勘察规范)

Ⅰ类:
1、现行的国家规范《建筑抗震设计规范》划分的对建筑抗震危险的场地和地段。
2、不良地质现象强烈发育。(液化)
3、地质环境已经或可能受到强烈破坏。
4、地形地貌复杂。
5、岩土种类多,性质变化大,地下水对工程影响大,且需特殊处理。
6、变化复杂,作用强烈的特殊性岩土。
Ⅱ类:
1、现行的国家规范《建筑抗震设计规范》划分的对建筑抗震不利的场地和地段。
2、不良地质现象一般发育。
3、地质环境已经或可能受到一般破坏。
4、地形地貌较复杂。
5、岩土种类较多,性质变化较大,地下水对工程有不利影响。
6、不属于Ⅰ类的一般特殊性岩土。
Ⅲ类:
1、地震设防烈度6度或6度以下,或按现行的国家规范《建筑抗震设计规范》划分的对建筑抗震有利的场地和地段。
2、不良地质现象不发育。
3、地质环境基本未受到破坏。 
4、地形地貌简单。
5、岩土种类单一,性质变化不大,地下水对工程无影响。
6、非特殊性岩土。
从I类开始,向II类、III类推定,6项中其中一项属于I类,即划分I类场地,依次类推。

工程地质条件分类(公路工程地质勘察规范)

1、简单的:地形简单、地貌单元少;地层结构简单,无特殊岩土层,基岩风化不严重,顶面起伏不大;区域地质构造较简单;地下水对工程无不良影响,且其场地稳定。
2、复杂的:地形复杂、地貌单元多;地层较复杂,有特殊岩土层(黄土、冻土、膨胀性岩土、软土、盐渍土),基岩风化严重,顶面起伏大;区域地质构造较复杂;地下水对工程有影响,且其场地内有不良地质现象(岩溶、滑坡、崩塌与岩堆、泥石流、积雪、雪崩、风沙、采空区、水库坍岸、强震区、地震液化、涎流水)。




三、勘察工程量的布置




勘察工程量的布置(桥涵) 

城市桥涵勘察勘探孔的布置应符合下列要求:

勘探孔的布置应按场地类别、桥涵类别和基础类型确定;
勘探孔应布置在基础轮廓线的周边或中心位置,对疏松砂类土、粉土地基,勘探孔不宜布置在基础轮廓以内,勘探孔移位应靠近基础轮廓线的周边;当需探明岩溶等不良地质现象才能最终确定基础类型及尺寸时,可在基础轮廓线外布置勘探孔。
城市桥涵勘察勘探孔数量的确定,应符合下列要求:
特大桥和大、中桥的勘探孔数量,在工程地质条件简单的III类场地,每个墩、台可布置1个勘探孔,当跨径小、桥跨多或采用群桩基础时,可采取隔墩或隔桩交叉布置勘探孔;在工程地质条件较复杂的II类或I类场地,每个墩、台不应少于2个勘探孔;
每个小型桥涵的勘探孔不宜少于2个,当桥跨较大、涵洞较长或工程地质条件复杂时,应适量增加勘探孔;
主要防护构筑物的勘探孔,可根据需要和场地类别布置
城市桥涵勘察勘探孔深度的确定,应符合下列要求:
当采用端承桩桩基时,勘探孔深度宜达到预计的桩底深度以下2~3m;大口径桩的勘探孔深度应达到预计的桩底深度以下3倍桩径的深度,当在预计的勘探深度范围内,遇有软弱下卧层时,应予以钻穿,并达到厚度大于3m且分布均匀的密实土层;当持力层为基岩时,应钻(挖)至嵌固深度以下1~2m;
当采用摩擦桩桩基时,勘探孔深度宜超过预计桩长1~2m;
当采用群桩桩基,需进行变形验算时,可按与群桩相当的实体基础考虑,勘探孔深度宜达到预计的桩底深度以下相当于0.5b1~1.5b1(b1――与群桩基础相当的实体基础宽度,单位m)

勘察工程量的布置(道路)

城市道路勘察勘探孔的布置应符合下列要求:
勘探孔应沿道路中线布置,当条件不许可时,勘探孔移位不宜超出路基范围;
每个地貌单元和不同地貌单元交界部位均应布置勘探孔。同时,在微地貌和地层变化较大的地段予以加密;
广场、停车场的勘探孔可按方格网布置。
城市道路勘察的勘探孔间距:

当线路通过含有有机质的垃圾、疏松的杂填土、未经沉实的近期回填土以及软土分布地段时,应查明其分布范围,勘探孔间距宜控制在20~40m.
城市道路勘察的勘探孔深度应符合下列要求:
一般情况下,宜达到原地面以下2~3m,在挖方地段应达到路面设计标高以下2~3m;
沿线实测地下水位的勘探孔应达到初见水位以下0.5m.最大应达路面设计标高以下5m;
当线路通过含有有机质的垃圾、疏松的杂填土、未经沉实的近期回填土、软土和可液化土层(饱和砂土、粉土层)的地段时,勘探孔应适当加深或钻穿土层;
在预定的勘探深度内遇风基岩,少量勘探孔(井)应钻(挖)入基岩适当深度,以了解基岩风化情况,其它勘探孔可钻至基岩顶板。
城市道路高填路堤和陡坡路堤的勘察,应在有代表性的工程地质横断面上进行,每条横断面上的勘探孔不应少于2个,深度应能满足稳定性分析和工程处理的要求。

勘察工程量的布置(管道)

城市室外管道勘察勘探孔的布置应符合下列要求:
勘探孔应沿管道中线布置,当条件不许可时,勘探孔移位不宜超出预计开挖基坑范围;穿越铁道、公路或河谷地段的勘探孔移位不宜偏离管道中线3m;
在每个地貌单元、地貌单元交界部位、管道走向转角处均应布置勘探孔,在微地貌和地层变化较大的地段予以加密;
在管道穿越铁道或公路的地段,应根据工程地质条件的复杂程度布置勘探孔;在管道穿越河谷两岸及河床,均应布置勘探孔。
管道勘察的勘探孔间距:

管道穿越暗埋的河、湖、沟、坑地段和可能产生流沙和地震液化的地段,勘探孔应适应予以加密;在管道穿越铁道、公路和河谷的地段,勘探孔间距以能控制地层土质变化为原则,宜采用30~100m,但在穿越铁道、公路地段,不宜少于2个勘探孔;在穿越河谷的地段,不应少于3个勘探孔。
城市室外管道勘察的勘探孔深度:
应达到管底设计标高以下1~3m;遇有下列情况之一时,应适当增加勘探孔深度;
当管道穿越河谷时,勘探孔深度应达到河床最大冲刷深度以下3~5m;
当基底下存在松软土层或未经沉实的回填土时,勘探孔深度应适应增加;
当基底下存在可能产生流沙、潜蚀、管涌或地震液化地层时,应予以钻穿;
当采取降低地下水位施工时,勘探孔深度应钻至基坑底面以下5~10m;
当已有资料证明,或勘探过程中发现粘性土层下存在承压含水层,且其水头较高,需要降水施工时,勘探孔应适当加深,或钻穿承压含水层,并测量其水头;
当已有资料证明,在管道沿线地段的管基下平面分布厚度大于2m的密实土层,且无地下水的不良影响时,勘探孔可钻至密实土层,以判明其岩性;
当进行大型矩形、拱形砖石砌体或钢筋混凝土结构管道工程勘察时,勘探孔深度应适当加深。
部分勘探孔的深度应满足地震效应分析的深度要求!




四、工程勘察外业工作(原位测试技术要求) 




一般规定 

原位测试的用处
原位测试手段应根据岩土条件、设计对参数的要求和测试方法的适用性等因素选用。静力触探是软土地区十分有效的原位测试方法,特别是能较准确地进行力学分层。旁压试验比较适宜测试软土的模量和强度。十字板剪切试验比较适宜测试内摩擦角近似为零的软土强度。扁铲侧胀试验虽然经验不多,但适用于软土也是公认的。标准贯入试验对软土测试并不适用,但可用于砂土、粉土和较硬粘性土等测试。

静力触探试验 

静力触探试验(CPT)
用静力匀速(1.2m/min)将标准规格的探头压入土中,同时量测探头阻力,测定土的力学特性,具有勘探和测试双重功能;孔压静力触探试验除静力触探原有功能外,在探头上附加孔隙水压力量测装置,用于量测孔隙水压力增长与消散。
静力触探试验适用范围
静力触探试验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。静力触探可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量测的单、双桥探头,可测定比贯入阻力(ps)、锥尖阻力(qc)、侧壁摩阻力(fs)和贯入时的孔隙水压力(u)。 
静力触探试验——技术要求 
(1)探头圆锥锥底截面积应采用10c㎡ 或15c㎡,单桥探头侧壁高度应分别采用57mm 或70mm,双桥探头侧壁面积应采用150~ 300c㎡, 锥尖锥角应为60度。    

圆锥截面积,国际通用标准为10cm2,但国内勘察单位广泛使用15cm2的探头;10cm2与15cm2的贯入阻力相差不大,在同样的土质条件和机具贯入能力的情况下,10cm2比15cm2的贯入深度更大;为了向国际标准靠拢,最好使用锥头底面积为10cm2的探头。探头的几何形状及尺寸会影响测试数据的精度,故应定期进行检查
静力触探试验——触探曲线初步判定土类 


标准贯入试验

标准贯入试验(SPT)——质量为63.5kg的穿心锤,以76cm的落距,将标准规格的贯入器,自钻孔底部预打15cm,记录再打入30cm的锤击数,判定土的力学特性。
标准贯入试验适用于砂土、粉土和一般粘性土。可用于评价土的均匀性和定性地划分不同性质的土层,以及软土中夹砂层的密实度和承载力。
但标准贯入试验在软土地区或软土层中往往锤击数小于3击,有的靠设备自重下沉击数为0击,这就很难确定土的强度,只能定性地评价土的软硬,无定量值。所以在软土地区用标贯试验来评价强度和变形不甚适用的。 
标准贯入试验——设备规格

标准贯入试验——估算压缩模量 


十字板剪切试验

十字板剪切试验(VST)
是用插入土中的标准十字板探头,以一定速率扭转,量测土破坏时的抵抗力矩,测定土的不排水抗剪强度。十字板剪切试验的适用范围,大部分国家规定限于饱和软粘性土(),我国的工程经验也限于测定饱和软粘性土(Φ≈0)的不排水抗剪强度和灵敏度。 

十字板剪切试验——成果内容
(1) 计算各试验点土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度;
(2) 绘制单孔十字板剪切试验土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度随深度的变化曲线,需要时绘制抗剪强度与扭转角度的关系曲线;
(3 )根据土层条件和地区经验,对实测的十字板不排水抗剪强度进行修正。 

十字板剪切试验——成果分析应用 
(1)实践证明,正常固结的饱和软粘性土的不排水抗剪强度是随深度增加的;室内抗剪强度的试验成果,由于取样扰动等因素,往往不能很好反映这一变化规律;利用十字板剪切试验,可以较好地反映不排水抗剪强度随深度的变化。
(2)根据原状土与重塑土不排水抗剪强度的比值可计算灵敏度,可评价软粘土的触变性。
(3)绘制抗剪强度与扭转角的关系曲线,可了解土体受剪时的剪切破坏过程,确定软土的不排水抗剪强度峰值、残余值及剪切模量(不排水)。目前十字板头扭转角的测定还存在困难,有待研究。
(4)十字板剪切试验所测得的不排水抗剪强度峰值,一般认为是偏高的,土的长期强度只有峰值强度的60%~70%。因此在工程中,需根据土质条件和当地经验对十字板测定的值作必要的修正,以供设计采用。 
十字板剪切试验——成果用处 
十字板剪切试验成果可按地区经验,确定地基承载力、单桩承载力、计算边坡稳定,判定软粘性土的固结历史。十字板不排水抗剪强度,主要用于可假设,按总应力法分析的各类土工问题中:
(1)计算地基承载力
(2)地基抗滑稳定性分析;
(3)估算桩的端阻力和侧阻力; 
(4)通过加固前后土的强度变化,可以检验地基的加固效果;
(5)根据Cu-h曲线,判定软土的固结历史:若Cu -h曲线大致呈一通过地面原点的直线,可判定为正常固结土;若 Cu-h直线不通过原点,而与纵坐标的向上延长轴线相交,则可判定为超固结土。 

扁铲侧胀试验

扁铲侧胀仪试验(DMT)简称扁胀试验,是20世纪70年代由意大利学者Marchetti发明的一种原位测试方法。扁铲侧胀试验是将带有膜片的扁铲压入土中预定深度,充气使膜片向孔壁土中侧向扩张,根据压力与变形关系,测定土的模量及其他有关指标。因能比较准确地反映小应变的应力应变关系,测试的重复性较好,引入我国后,受到岩土工程界的重视,进行了比较深入的试验研究和工程应用。根据多项工程的研究,基本得出了该方法在天津地区不同土层中具有明显不同的适用性,能很好的适用于淤泥和淤泥质土等典型的沿海软土(如塘沽区)及故河道沉积软土,并能很好地反映地基土的土质特征。 

扁铲侧胀试验——成果运用
(1)利用扁胀试验曲线进行土层划分,确定土层的变化规律;
(2)利用偏胀指数ID、压缩模量ED进行土类划分; 
(3)确定土的压缩模量Es(1-2) ;
(4)确定土的承载力基本值f0 ;
(5)确定静止侧压力系数k0。
静止侧压力系数随土的密实度、固结程度的增大而减小。

波速测试

波速测试是根据弹性波在岩土体内的传播速度,间接测定岩土体在小应变条件下(10-4~10-6)动弹性模量。弹性波速度的测试方法,常用的有单孔法和跨孔法两种,跨孔法的成果精度优于单孔法。但跨孔法的仪器设备一般勘察单位都不具备,很难推广。 

波速测试——成果分析
(1)在波形记录上识别压缩波和剪切波的初至时间;
(2)计算由振源到达测点的距离;
(3)根据波的传播时间和距离确定波速;
(4)计算岩土小应变的动弹性模量、动剪切模量和动泊松比。
根据覆盖层厚度H 和土层剪切波速Vs,按公式T=4H/Vs计算场地土的卓越周期。土越松软卓越周期越长。(记录周期、脉动周期、波速周期)




五、土工试验



室内岩土试验指标

室内土工试验指标主要包括天然含水量、天然密度、比重、液限、塑限、颗粒级配等物理性指标和压缩系数、压缩模量、抗剪强度等力学性指标及动弹性模量、动剪切模量、泊松比、阻尼比等动力性指标;
室内岩石试验指标主要包括岩矿鉴定、颗粒密度和块体密度、吸水率和饱和吸水率、耐崩解性、膨胀性、冻融性等岩石的成分和物理性指标及单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、抗剪强度等力学性指标。

地基土常用物理力学指标


试验指标的换算





六、勘察报告的编制及使用




报告编制:

1、勘察报告根据任务要求、勘察阶段、地质条件、工程特点等具体情况编写。
2、勘察报告是综合外业勘察、室内土工试验和工程经验的综合成果。
3、地基土层、工程地质及水文地质条件、地基基础设计参数、地震效应分析、工程建议是勘察报告的核心内容。

报告使用:

1、两孔间地基土层为推测不宜按比例内插,宜按两侧最不利钻孔条件考虑。
2、钻孔柱状图完全按照外业原始记录、土工试验定名进行地层划分。
3、工程地质剖面图综合地层沉积规律、物理力学指标划出,每层土性质相近但土定名不一定和柱状图完全相同。 
4、根据《公路桥涵地基基础设计规范》提供的桩基侧阻力适合桥梁长桩,如果用于地基处理、附属构筑物采用短桩时,应按建筑规范指标。
5、桥梁和工民建提供设计指标不同不应混用。
6、液化判别结果桥梁和工民建差距更大。
7、勘察报告不满足要求时应要求勘察单位进行补勘,务必使设计依据充分。



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