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集水文地質、工程地質、環境地質科研、勘察設計及岩土工程施工於一體的綜合性勘察及施工單位
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岩土工程勘察基本知識,你都get了嗎?

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一、工程勘察基本程序

接受任務:

必須明確目的、要求,充分了解工程性質、規模、結構類型及其它與勘察工作量、評價分析有關的設計條件,並取得委托任務及場地地形圖、工程布置圖等必要的依據資料;強製性條文

勘察前準備工作

在接到一項岩土工程勘察項目時,項目主持人首先應了解包括以下內容:

(1)場地的勘察範圍:應以項目的規劃圖和地形圖為準。

(2)場地的勘察階段:不同的勘察階段對勘察的要求是截然不同的,可行性研究勘察應符合選擇場址方案的要求,初步勘察應符合初步設計的要求,詳細勘察應符合施工圖設計的要求,施工勘察應符合進一步查明岩土條件或異常情況的要求,因此,勘察要求必須明確勘察階段。

(3)工程重要性等級和岩土工程勘察等級:岩土工程勘察分級的目的是突出重點、區別對待。根據工程重要性等級,結合場地複雜程度等級和地基複雜程度等級劃分的岩土工程勘察等級。岩土工程勘察等級直接決定需要采用的勘察手段、勘察工作量和勘察評價的深度。

二、工程勘察分級

岩土工程勘察等級(岩土勘察規範)

重要性等級:

根據工程的規模和特征,以及由於岩土工程問題造成工程破壞或影響正常使用的後果,可分為三個工程重要性等級:

一級工程:重要工程,後果很嚴重;

二級工程:一般工程,後果嚴重;

三級工程:次要工程,後果不嚴重。

場地等級:

根據場地的複雜程度,可按下列規定分為三個場地等級

符合下列條件之一者為一級場地(複雜場地):

1)對建築抗震危險的地段;

2)不良地質作用強烈發育;

3)地質環境已經或可能受到強烈破壞;

4)地形地貌複雜;

5)有影響工程的多層地下水、岩溶裂隙水或其他水文地質條件複雜,需專門研究的場地。

符合下列條件之一者為二級場地(中等複雜場地):

1)對建築抗震不利的地段;

2)不良地質作用一般發育;

3)地質環境已經或可能受到一般破壞;

4)地形地貌較複雜;

5)基礎位於地下水位以下的場地。

符合下列條件者為三級場地(簡單場地):

1)抗震設防烈度等於或小於6度,或對建築抗震有利的地段;

2)不良地質作用不發育;

3)地質環境基本未受破壞;

4)地形地貌簡單;

5)地下水對工程無影響。

根據地基的複雜程度,可按下列規定分為三個地基等級:

符合下列條件之一者為一級地基(複雜地基):

1)岩土種類多,很不均勻,性質變化大,需特殊處理;

2)嚴重濕陷、膨脹、鹽漬、汙染的特殊性岩土,以及其他情況複雜,需作專門處理的岩土。

符合下列條件之一者為二級地基(中等複雜地基):

1)岩土種類較多,不均勻,性質變化較大;

2)除本條第1款規定以外的特殊性岩土。

符合下列條件者為三級地基(簡單地基):

1)岩土種類單一,均勻,性質變化不大;

2)無特殊性岩土。

根據工程重要性等級、場地複雜程度等級和地基複雜程度等級,可按下列條件劃分岩土工程勘察等級。

甲級:在工程重要性、場地複雜程度和地基複雜程度等級中,有一項或多項為一級;

乙級:除勘察等級為甲級和丙級以外的勘察項目;

丙級:工程重要性、場地複雜程度和地基複雜程度等級均為三級。

場地分類(市政工程勘察規範)

Ⅰ類:

1、現行的國家規範《建築抗震設計規範》劃分的對建築抗震危險的場地和地段。

2、不良地質現象強烈發育。(液化)

3、地質環境已經或可能受到強烈破壞。

4、地形地貌複雜。

5、岩土種類多,性質變化大,地下水對工程影響大,且需特殊處理。

6、變化複雜,作用強烈的特殊性岩土。

Ⅱ類:

1、現行的國家規範《建築抗震設計規範》劃分的對建築抗震不利的場地和地段。

2、不良地質現象一般發育。

3、地質環境已經或可能受到一般破壞。

4、地形地貌較複雜。

5、岩土種類較多,性質變化較大,地下水對工程有不利影響。

6、不屬於Ⅰ類的一般特殊性岩土。

Ⅲ類:

1、地震設防烈度6度或6度以下,或按現行的國家規範《建築抗震設計規範》劃分的對建築抗震有利的場地和地段。

2、不良地質現象不發育。

3、地質環境基本未受到破壞。 

4、地形地貌簡單。

5、岩土種類單一,性質變化不大,地下水對工程無影響。

6、非特殊性岩土。

從I類開始,向II類、III類推定,6項中其中一項屬於I類,即劃分I類場地,依次類推。

工程地質條件分類(公路工程地質勘察規範)

1、簡單的:地形簡單、地貌單元少;地層結構簡單,無特殊岩土層,基岩風化不嚴重,頂麵起伏不大;區域地質構造較簡單;地下水對工程無不良影響,且其場地穩定。

2、複雜的:地形複雜、地貌單元多;地層較複雜,有特殊岩土層(黃土、凍土、膨脹性岩土、軟土、鹽漬土),基岩風化嚴重,頂麵起伏大;區域地質構造較複雜;地下水對工程有影響,且其場地內有不良地質現象(岩溶、滑坡、崩塌與岩堆、泥石流、積雪、雪崩、風沙、采空區、水庫坍岸、強震區、地震液化、涎流水)。

三、勘察工程量的布置

勘察工程量的布置(橋涵)

城市橋涵勘察勘探孔的布置應符合下列要求:

勘探孔的布置應按場地類別、橋涵類別和基礎類型確定;

勘探孔應布置在基礎輪廓線的周邊或中心位置,對疏鬆砂類土、粉土地基,勘探孔不宜布置在基礎輪廓以內,勘探孔移位應靠近基礎輪廓線的周邊;當需探明岩溶等不良地質現象才能最終確定基礎類型及尺寸時,可在基礎輪廓線外布置勘探孔。

城市橋涵勘察勘探孔數量的確定,應符合下列要求:

特大橋和大、中橋的勘探孔數量,在工程地質條件簡單的III類場地,每個墩、台可布置1個勘探孔,當跨徑小、橋跨多或采用群樁基礎時,可采取隔墩或隔樁交叉布置勘探孔;在工程地質條件較複雜的II類或I類場地,每個墩、台不應少於2個勘探孔;

每個小型橋涵的勘探孔不宜少於2個,當橋跨較大、涵洞較長或工程地質條件複雜時,應適量增加勘探孔;

主要防護構築物的勘探孔,可根據需要和場地類別布置

城市橋涵勘察勘探孔深度的確定,應符合下列要求:

當采用端承樁樁基時,勘探孔深度宜達到預計的樁底深度以下2~3m;大口徑樁的勘探孔深度應達到預計的樁底深度以下3倍樁徑的深度,當在預計的勘探深度範圍內,遇有軟弱下臥層時,應予以鑽穿,並達到厚度大於3m且分布均勻的密實土層;當持力層為基岩時,應鑽(挖)至嵌固深度以下1~2m;

當采用摩擦樁樁基時,勘探孔深度宜超過預計樁長1~2m;

當采用群樁樁基,需進行變形驗算時,可按與群樁相當的實體基礎考慮,勘探孔深度宜達到預計的樁底深度以下相當於0.5b1~1.5b1(b1――與群樁基礎相當的實體基礎寬度,單位m)

勘察工程量的布置(道路)

城市道路勘察勘探孔的布置應符合下列要求:

勘探孔應沿道路中線布置,當條件不許可時,勘探孔移位不宜超出路基範圍;

每個地貌單元和不同地貌單元交界部位均應布置勘探孔。同時,在微地貌和地層變化較大的地段予以加密;

廣場、停車場的勘探孔可按方格網布置。

城市道路勘察的勘探孔間距:

當線路通過含有有機質的垃圾、疏鬆的雜填土、未經沉實的近期回填土以及軟土分布地段時,應查明其分布範圍,勘探孔間距宜控製在20~40m.

城市道路勘察的勘探孔深度應符合下列要求:

一般情況下,宜達到原地麵以下2~3m,在挖方地段應達到路麵設計標高以下2~3m;

沿線實測地下水位的勘探孔應達到初見水位以下0.5m.最大應達路麵設計標高以下5m;

當線路通過含有有機質的垃圾、疏鬆的雜填土、未經沉實的近期回填土、軟土和可液化土層(飽和砂土、粉土層)的地段時,勘探孔應適當加深或鑽穿土層;

在預定的勘探深度內遇風基岩,少量勘探孔(井)應鑽(挖)入基岩適當深度,以了解基岩風化情況,其它勘探孔可鑽至基岩頂板。

城市道路高填路堤和陡坡路堤的勘察,應在有代表性的工程地質橫斷麵上進行,每條橫斷麵上的勘探孔不應少於2個,深度應能滿足穩定性分析和工程處理的要求。

勘察工程量的布置(管道)

城市室外管道勘察勘探孔的布置應符合下列要求:

勘探孔應沿管道中線布置,當條件不許可時,勘探孔移位不宜超出預計開挖基坑範圍;穿越鐵道、公路或河穀地段的勘探孔移位不宜偏離管道中線3m;

在每個地貌單元、地貌單元交界部位、管道走向轉角處均應布置勘探孔,在微地貌和地層變化較大的地段予以加密;

在管道穿越鐵道或公路的地段,應根據工程地質條件的複雜程度布置勘探孔;在管道穿越河穀兩岸及河床,均應布置勘探孔。

管道勘察的勘探孔間距:

管道穿越暗埋的河、湖、溝、坑地段和可能產生流沙和地震液化的地段,勘探孔應適應予以加密;在管道穿越鐵道、公路和河穀的地段,勘探孔間距以能控製地層土質變化為原則,宜采用30~100m,但在穿越鐵道、公路地段,不宜少於2個勘探孔;在穿越河穀的地段,不應少於3個勘探孔。

城市室外管道勘察的勘探孔深度:

應達到管底設計標高以下1~3m;遇有下列情況之一時,應適當增加勘探孔深度;

當管道穿越河穀時,勘探孔深度應達到河床最大衝刷深度以下3~5m;

當基底下存在鬆軟土層或未經沉實的回填土時,勘探孔深度應適應增加;

當基底下存在可能產生流沙、潛蝕、管湧或地震液化地層時,應予以鑽穿;

當采取降低地下水位施工時,勘探孔深度應鑽至基坑底麵以下5~10m;

當已有資料證明,或勘探過程中發現粘性土層下存在承壓含水層,且其水頭較高,需要降水施工時,勘探孔應適當加深,或鑽穿承壓含水層,並測量其水頭;

當已有資料證明,在管道沿線地段的管基下平麵分布厚度大於2m的密實土層,且無地下水的不良影響時,勘探孔可鑽至密實土層,以判明其岩性;

當進行大型矩形、拱形磚石砌體或鋼筋混凝土結構管道工程勘察時,勘探孔深度應適當加深。

部分勘探孔的深度應滿足地震效應分析的深度要求!

四、工程勘察外業工作(原位測試技術要求)

一般規定

原位測試的用處

原位測試手段應根據岩土條件、設計對參數的要求和測試方法的適用性等因素選用。靜力觸探是軟土地區十分有效的原位測試方法,特別是能較準確地進行力學分層。旁壓試驗比較適宜測試軟土的模量和強度。十字板剪切試驗比較適宜測試內摩擦角近似為零的軟土強度。扁鏟側脹試驗雖然經驗不多,但適用於軟土也是公認的。標準貫入試驗對軟土測試並不適用,但可用於砂土、粉土和較硬粘性土等測試。

靜力觸探試驗

靜力觸探試驗(CPT)

用靜力勻速(1.2m/min)將標準規格的探頭壓入土中,同時量測探頭阻力,測定土的力學特性,具有勘探和測試雙重功能;孔壓靜力觸探試驗除靜力觸探原有功能外,在探頭上附加孔隙水壓力量測裝置,用於量測孔隙水壓力增長與消散。

靜力觸探試驗適用範圍

靜力觸探試驗適用於軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。靜力觸探可根據工程需要采用單橋探頭、雙橋探頭或帶孔隙水壓力量測的單、雙橋探頭,可測定比貫入阻力(ps)、錐尖阻力(qc)、側壁摩阻力(fs)和貫入時的孔隙水壓力(u)。

靜力觸探試驗——技術要求

(1)探頭圓錐錐底截麵積應采用10c㎡ 或15c㎡,單橋探頭側壁高度應分別采用57mm 或70mm,雙橋探頭側壁麵積應采用150~ 300c㎡, 錐尖錐角應為60度。

圓錐截麵積,國際通用標準為10cm2,但國內勘察單位廣泛使用15cm2的探頭;10cm2與15cm2的貫入阻力相差不大,在同樣的土質條件和機具貫入能力的情況下,10cm2比15cm2的貫入深度更大;為了向國際標準靠攏,最好使用錐頭底麵積為10cm2的探頭。探頭的幾何形狀及尺寸會影響測試數據的精度,故應定期進行檢查

靜力觸探試驗——觸探曲線初步判定土類

標準貫入試驗

標準貫入試驗(SPT)——質量為63.5kg的穿心錘,以76cm的落距,將標準規格的貫入器,自鑽孔底部預打15cm,記錄再打入30cm的錘擊數,判定土的力學特性。

標準貫入試驗適用於砂土、粉土和一般粘性土。可用於評價土的均勻性和定性地劃分不同性質的土層,以及軟土中夾砂層的密實度和承載力。

但標準貫入試驗在軟土地區或軟土層中往往錘擊數小於3擊,有的靠設備自重下沉擊數為0擊,這就很難確定土的強度,隻能定性地評價土的軟硬,無定量值。所以在軟土地區用標貫試驗來評價強度和變形不甚適用的。

標準貫入試驗——設備規格

標準貫入試驗——估算壓縮模量

十字板剪切試驗

十字板剪切試驗(VST)

是用插入土中的標準十字板探頭,以一定速率扭轉,量測土破壞時的抵抗力矩,測定土的不排水抗剪強度。十字板剪切試驗的適用範圍,大部分國家規定限於飽和軟粘性土(),我國的工程經驗也限於測定飽和軟粘性土(Φ≈0)的不排水抗剪強度和靈敏度。

十字板剪切試驗——成果內容

(1) 計算各試驗點土的不排水抗剪峰值強度、殘餘強度、重塑土強度和靈敏度;

(2) 繪製單孔十字板剪切試驗土的不排水抗剪峰值強度、殘餘強度、重塑土強度和靈敏度隨深度的變化曲線,需要時繪製抗剪強度與扭轉角度的關係曲線;

(3 )根據土層條件和地區經驗,對實測的十字板不排水抗剪強度進行修正。

十字板剪切試驗——成果分析應用

(1)實踐證明,正常固結的飽和軟粘性土的不排水抗剪強度是隨深度增加的;室內抗剪強度的試驗成果,由於取樣擾動等因素,往往不能很好反映這一變化規律;利用十字板剪切試驗,可以較好地反映不排水抗剪強度隨深度的變化。

(2)根據原狀土與重塑土不排水抗剪強度的比值可計算靈敏度,可評價軟粘土的觸變性。

(3)繪製抗剪強度與扭轉角的關係曲線,可了解土體受剪時的剪切破壞過程,確定軟土的不排水抗剪強度峰值、殘餘值及剪切模量(不排水)。目前十字板頭扭轉角的測定還存在困難,有待研究。

(4)十字板剪切試驗所測得的不排水抗剪強度峰值,一般認為是偏高的,土的長期強度隻有峰值強度的60%~70%。因此在工程中,需根據土質條件和當地經驗對十字板測定的值作必要的修正,以供設計采用。

十字板剪切試驗——成果用處

十字板剪切試驗成果可按地區經驗,確定地基承載力、單樁承載力、計算邊坡穩定,判定軟粘性土的固結曆史。十字板不排水抗剪強度,主要用於可假設,按總應力法分析的各類土工問題中:

(1)計算地基承載力

(2)地基抗滑穩定性分析;

(3)估算樁的端阻力和側阻力;

(4)通過加固前後土的強度變化,可以檢驗地基的加固效果;

(5)根據Cu-h曲線,判定軟土的固結曆史:若Cu -h曲線大致呈一通過地麵原點的直線,可判定為正常固結土;若 Cu-h直線不通過原點,而與縱坐標的向上延長軸線相交,則可判定為超固結土。

扁鏟側脹試驗

扁鏟側脹儀試驗(DMT)簡稱扁脹試驗,是20世紀70年代由意大利學者Marchetti發明的一種原位測試方法。扁鏟側脹試驗是將帶有膜片的扁鏟壓入土中預定深度,充氣使膜片向孔壁土中側向擴張,根據壓力與變形關係,測定土的模量及其他有關指標。因能比較準確地反映小應變的應力應變關係,測試的重複性較好,引入我國後,受到岩土工程界的重視,進行了比較深入的試驗研究和工程應用。根據多項工程的研究,基本得出了該方法在天津地區不同土層中具有明顯不同的適用性,能很好的適用於淤泥和淤泥質土等典型的沿海軟土(如塘沽區)及故河道沉積軟土,並能很好地反映地基土的土質特征。

扁鏟側脹試驗——成果運用

(1)利用扁脹試驗曲線進行土層劃分,確定土層的變化規律;

(2)利用偏脹指數ID、壓縮模量ED進行土類劃分;

(3)確定土的壓縮模量Es(1-2) ;

(4)確定土的承載力基本值f0 ;

(5)確定靜止側壓力係數k0。

靜止側壓力係數隨土的密實度、固結程度的增大而減小。

波速測試

波速測試是根據彈性波在岩土體內的傳播速度,間接測定岩土體在小應變條件下(10-4~10-6)動彈性模量。彈性波速度的測試方法,常用的有單孔法和跨孔法兩種,跨孔法的成果精度優於單孔法。但跨孔法的儀器設備一般勘察單位都不具備,很難推廣。

波速測試——成果分析

(1)在波形記錄上識別壓縮波和剪切波的初至時間;

(2)計算由振源到達測點的距離;

(3)根據波的傳播時間和距離確定波速;

(4)計算岩土小應變的動彈性模量、動剪切模量和動泊鬆比。

根據覆蓋層厚度H 和土層剪切波速Vs,按公式T=4H/Vs計算場地土的卓越周期。土越鬆軟卓越周期越長。(記錄周期、脈動周期、波速周期)

五、土工試驗

室內岩土試驗指標

室內土工試驗指標主要包括天然含水量、天然密度、比重、液限、塑限、顆粒級配等物理性指標和壓縮係數、壓縮模量、抗剪強度等力學性指標及動彈性模量、動剪切模量、泊鬆比、阻尼比等動力性指標;

室內岩石試驗指標主要包括岩礦鑒定、顆粒密度和塊體密度、吸水率和飽和吸水率、耐崩解性、膨脹性、凍融性等岩石的成分和物理性指標及單軸抗壓強度、彈性模量、泊鬆比、抗剪強度等力學性指標。

地基土常用物理力學指標

試驗指標的換算

六、勘察報告的編製及使用

報告編製:

1、勘察報告根據任務要求、勘察階段、地質條件、工程特點等具體情況編寫。

2、勘察報告是綜合外業勘察、室內土工試驗和工程經驗的綜合成果。

3、地基土層、工程地質及水文地質條件、地基基礎設計參數、地震效應分析、工程建議是勘察報告的核心內容。

報告使用:

1、兩孔間地基土層為推測不宜按比例內插,宜按兩側最不利鑽孔條件考慮。

2、鑽孔柱狀圖完全按照外業原始記錄、土工試驗定名進行地層劃分。

3、工程地質剖麵圖綜合地層沉積規律、物理力學指標劃出,每層土性質相近但土定名不一定和柱狀圖完全相同。

4、根據《公路橋涵地基基礎設計規範》提供的樁基側阻力適合橋梁長樁,如果用於地基處理、附屬構築物采用短樁時,應按建築規範指標。

5、橋梁和工民建提供設計指標不同不應混用。

6、液化判別結果橋梁和工民建差距更大。

7、勘察報告不滿足要求時應要求勘察單位進行補勘,務必使設計依據充分。

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