浅谈岩土工程勘察工作要点
发布时间:2018-01-10
1、前言
岩土工程勘探工作就是运用各样勘探手段和技术方法有效查明建筑场所的工程地质条件,分析可能出现的岩土工程问题,对场所地基的坚固性和合适性作出议论,为工程规划、设计、施工和正常使用供应可靠的地质依照,从而利用有利的自然条件避开或改造其不利因素,从而保证工程的安全坚固、经济合理和正常使用。
岩土工程勘察的基本任务是:①场所坚固性的议论。即查明建筑场所的工程质量条件,指出场所内不良地质作用的发育情况及其对工程建筑的影响。②查明工程范围内土体的分布、性状和地下水的活动条件,供应设计、施工和治理所需的地质资料和技术参数。③分析研究施工过程可能出现得岩土工程问题,并依此提出对应的措施和合理的施工方法建议。④对建筑地基做出议论,并对基础方案、岩土加固与改进方案及其他地基设计方案。⑤展望工程施工和运行过程中可能出现的问题,并提出保护措施的建议。⑥为现有工程安全性议论,拟建工程为现有工程的影响和事故工程的检查分析供应依照。⑦指导岩土工程自爱运营过程和使用工程的长远展望,如建筑物的沉降与变形等工作。
根据以上要求,笔者试图浅谈岩土工程勘察工作要点,希望能为勘察工作者们提供一定的借鉴作用。
2、勘察纲要的编制
岩土工程勘察前应编制勘察纲要,勘察纲要应根据工程性质与规模、设计要求、场地条件等,通过现场踏勘与调查研究,充分搜集已有的勘察资料与建筑经验,以现行规范规程为依据进行编制,做到内容完整、合理可行、切合实际,满足工程要求。
勘察纲要的内容应包括:拟建工程概况,勘察目的与要求及需解决的主要技术问题,对已有资料的分析,执行的技术标准,勘察方法及工作布置,各种勘探、测试手段的数量和要求,岩土试样的采取与试验技术要求;勘探完成后的现场处理要求;拟采取的质量控制、安全保证和环境保护措施,工程的组织与实施;勘察安全、技术交底及验槽等后期服务;大型工程的勘察纲要尚应包括拟投入的人员与机具设备,勘察工作计划进度,勘察报告的主要章节目录、附图、附件等。
3勘察工作要点
3.2钻探与取样
应结合钻探取样、标准贯入试验、静力触探试验、剪切波速测试、室内土、水试验等多种勘察测试手段相结合的方法对开展详细勘察工作,以全面掌握地质情况并满足规范要求。
/3.2.1钻探取样
钻探取样的主要目的是:划分地层、确定各地层的分界面、鉴别和描述土、岩石的表观特征。采取原状土样、岩石试样及水试样。确定地下水位(初见水位、静止水位)深度及地下水类型。
3.2.2钻探方法及工艺
1)钻探工艺一般采用回转钻机施工,根据孔深要求选择适应的钻机。土层及软岩层宜使用合金钻头钻进,完整坚硬岩层宜采用金刚石钻头钻进,碎石、卵石层可采用冲击钻头钻进。为保证岩心采取率、取样及原位测试的数量和质量,钻进中必须严格按回次进尺长度规定和试验、采样间隔要求进行操作,对破碎坍塌层位应采用泥浆护壁、缩短回次进尺、干抓、双管钻具取心等钻探工艺。
2)钻探应达到下列要求:
①能鉴别岩土性质,确定其埋藏深度与厚度;能查明钻进深度范围内地下水的赋存情况;能采取符合质量要求的水、土、岩试样;能满足各种原位测试质量要求。②钻探工作应正确使用、保养机具设备,采用合理的钻探方法,安全操作,提高岩土芯采取率,保证钻探质量;钻探工作应以钻探以钻孔指导书为依据。③钻探工作开工前应检查钻孔定位桩的准确性;钻探施工必须符合文明生产要求;在城市道路上钻探时应设置护栏、警示牌。④注意环保,泥桨和废土、废渣应及时清除,不得污染路面;尽量减少占用绿化用地或农田。⑤钻孔验收后应及时进行回填封孔。严格执行有关安全生产规定;施工前及施工期间应加强安全教育,牢固树立安全第一、安全为了生产、生产必须安全的思想,增强安全意识,严格违章操作和违章指挥;在城市道路施工时,必须搭围,设置交通安全标志;钻探工作必须遵循有关质量规定。⑥钻探施工前应对员工进行质量教育,提高质量意识,牢固树立质量第一的思想,钻探施工过程中应加强质量检查与监督。
3.3标准贯入试验
3.3.1一般规定
1)开工前应检查穿心锤的质量、导向杆落差距离、标准贯入器完好程度等,以确保测试资料准确、可靠。
2)对各种钻孔中的填土、中砂、粘土、粉质粘土及强风化岩石,必须按要求进行标准贯入试验,标贯间距不宜大于2m。
3.3.2技术规定
1)标准贯入试验孔采用回转钻进,并保证孔内水位略高于地下水位,当孔壁不稳定时,可采用泥浆护壁,钻至试验标高以上15cm处,清除孔底残土后再进行试验;
2)采用自动脱钩的自由落锤进行锤击,并减少导向杆与锤间的摩擦阻力,避免锤击时的偏心和侧向晃动,保持贯入器、探杆、导线杆连接后的垂直度,锤击速率应小于30击/min;
3)贯入器打入土中15cm后,开始记录每打入10cm时的锤击数,累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N,当锤击数累计达50击,而贯入度未达到30cm时,可纪录50击的实际贯入深度,并按公式换算成相当于30cm的标准贯入试验锤击数N,并终止试验;
4)标准贯入试验成果N可直接标在工程地质剖面图上,也可绘制单孔标准贯入击数N与深度关系曲线或直方图,统计分层标贯击数平均值时应剔除奇异值;
5)标准贯入试验锤击数N值,可对粘性土的物理状态、基岩的强风化层状态做出评价。应用N值时是否修正和如何修正,应根据建立统计关系时的具体情况确定。
3.3.3动力触探试验
根据该建筑场地的岩土工程特点,其动力触探试验可采用重型动力触探,其重型动力触探试验设备及技术要求如下:
1)试验前,触探架应安装平稳,保持触探孔垂直,垂直度偏差不超过2%;
2)试验时,穿心锤应自由下落,落距为落距为76cm;
3)锤击速率应控制在每分钟15~30下,打入过程应尽可能使连续的;
4)及时记录每贯入0.1m的锤击数,也可记录每一阵击的贯入深度,然后再换算为贯入0.1m所需的锤击数;
5)对于一般砂、圆砾和卵石,触探深度不宜超过12~16m;
6)当连续三次N63.5﹥50时,若要继续触探,可考虑使用超重型动力触探;
7)每贯入1m,应将钻杆转动一圈半,当贯入深度超过10m时,每贯入20cm宜转动钻杆一次。
3.4静力触探试验
1)试验前,安装好压入和测量设备、并用水准尺将底板调平并检测电源、仪表是否符合要求;
2)将探头接上测量仪器,并对探头进行试压,检查顶柱、锥头、摩擦筒是否能正常工作;
3)试验时应根据试验场地的地层情况,合理选用探头,必要时进行率定,试验点必须避开地下设施(管道、电缆等),以免发生意外。
4)确定试验前的初读数。将探头压入地表下0.5米,经过一定时间后将探头提升10~25cm,使探头在不受压状态下与地温平衡,此时仪器上读数即为试验开始时的初读数。
5)贯入速率要求匀速,其速率宜控制在1.2±0.3(m/min)。
6)一般要求每贯入10cm读一次微应变,也可以根据土层情况增减,但不能超过20cm,深度记录误差不超过±1%,当贯入深度超过30m或穿过软土层贯入硬土层后,应有斜测数据,当偏离度明显时,应校正土层分层界限。
7)因为初读数不是一个固定不变的读数,所以每贯入一定深度(一般为2m),要将探头提升5~10cm,,测读一次初读数,以校核贯入过程初读数的变化情况。
8)接卸钻杆时,切勿使入土钻杆转动,以防止接头处电缆被扭断,同时应严防电缆受拉,以免拉断或损坏密封装置。
9)由于人或设备的故障,使贯入中断10min以上,在故障处理后,重新贯入前应提升探头,测记零读数。对超深触探孔分两次或多次贯入时,应在钻孔底部进行触探时,在深度衔接点以下的扰动段,其测量数据应舍弃。
10)当贯入到预定深度或出现下列情况时,应停止贯入。
①触探主机达到最大容许贯入力度,探头阻力达到最大容许压力;
②反力装置失效;
③发现探杆弯曲已达到不能容许的程度。
3.5波速测试
1) 波速测试作为地基土动力特性测试项目之一,自8O年代以来广泛用于重大工程、高层建筑等一级建筑及有特殊要求的二级建筑中,波速测试对划分场地类别、评价碎石类土层的密度、计算地基土的动力参数、确定地层的沉积年代有着重要作用。
2) 波速测试的基本原理:当固体介质受到外力冲击时,介质受到应力作用而产生应变,在作用于介质的应力消失后,应变和应力失去平衡,应变就在介质中以弹性波的形式由介质中的质点依次向周围传播,这种弹性波成分比较复杂,既有面波又有体波,体波又分为压缩波(P波)和剪切波(S波),剪切波的垂直分量叫SV波,其水平分量称SH波。在地层表面传播的面波可分为瑞雷波(Ray lcigh)和拉夫波(love),各种波在介质中传播的特征和速度各不相同。采用的测试方法以单孔检层法最为简单方便。
3) 单孔检层法采用的震源设备:震源要求是产生能量较大、稳定性和重复性好的剪切波震源,主要有击板法、弹簧激振法和定向爆破法三种。弹簧激振法、定向爆破法两种震源产生的能量较大,能测试较深的钻孔,而普遍应用的是击板法,它是将长2~3m,宽0.3m,厚0.05m的激振板放在离孔口约1~3m处的地面上,木板与地面接触良好,木板上需压一定量的重物(通常为汽车前轮),用木锤或铁锤水平敲击木板两端,木板与地面产生剪切力,使地层产生剪切波。
4) 单孔检层法采用的测试仪器:由孔内三分量检波器与地震仪组成。三分量检波器由三个互相垂直的检波器组成(X、Y、Z方向各一个),它们同时安装在一个密封的钢筒内,垂直方向安装的检波器用于接收纵波,两个水平方向的检波器可接收地表传来的横波(SH波)。地震仪需要具有信号增强功能,以便突出有效信号,降低噪声及干扰的影响。
5) 单孔检层法采用的测试方法:单孔法波速测试现场连接如下图所示。
 
将检波器放至孔底后,自底部向上依地层界面测试,一般用气筒充气固定检波器,使其紧贴孔壁,地面上用木锤或铁锤水平敲击木板两端,敲击所产生的剪切波经地层传播到达测试点,孔中水平检波器接收SH波信号,经电缆送人地震仪进行放大、储存和记录,测试点的间隔根据地层界面情况而定,通常的做法是平均1.0m一个测试点,界面处的测试点需重复测试。这种测试方法的好处一是测试时带有深度记号的电缆(或细钢丝绳)不弯曲,保证测试深度的准确性,二是便于追踪剪切波的初至,保证相位不错。
3.6地脉动测试
1)微震测试工作准备
a)在勘察现场选定测点之前,应对周围震动源进行调查了解,如机器马达旋转速率;
b)选择测点:地面测点以一至二个为宜,尽量布置在原状土上,有时为了避免由于地表局部震动引起的高频波干扰以及风雨直接干扰,可将检波器放于地表以下10~30cm深度的地方,地下测点可根据现场工程实际需要,利用钻孔,在若干深度位置布放,如建筑基础的持力层、基岩层的顶面,另外注意布置在地层性质变化大的层位上,以把握场地地基竖直方向微动特性的变化和卓越周期分布情况;
c)检波器设置:地面上按南北、东西、垂直三个方向放好检波器,间隔20~50cm。地下三分向检波器放置到预定深度,靠附设的胶囊充气或其它加压膨胀装置使检波器与孔壁紧密挤压固定。
2)实测记录
接好地面和地下三分向检波器至放大器及其它仪器之间的联线,开启电源,调试各仪器使之处于正常工作状态。注意电源线与仪器到检波器的联线分开。要求电源稳定,必要时加上稳压电源装置或尽量使用直流电源。实测时间以晚间或周围环境比较安静时为好,每次连续记录时间不少于10min,干扰大时应适当延长记录时间。
3)数据处理与分析
频谱分析法:为了便于分析,常把地微振看成是一各态历经的平稳随机过程,因此可以用自动率谱密度等统计函数描述其振动性状。大致处理过程是:回放10min左右的地微震记录波形,从中挑选出1min左右受特定震源干扰影响小的记录段,作为分析样本,先进行A/D转换,做自相关函数运算,再通过富里叶变换计算其自动率谱。也可以先直接进行富氏变换,再平方求得自功率谱。若使用FFT信号分析仪进行分析,除非一次采样的时间能达到足够长,否则须分成若干计算区间,同时加入合适的时窗,进行多次运算平均以后,才有可能获得稳定可靠的频谱。
3.7室内试验
3.7.1原状土试样的制备:
1)将土样筒按照标明的上下方向放置,剥去腊封和胶带,开启土样筒取出土试样。检查土样结构,当确定土试样已受扰动或取土不符合规定时,不应制备力学性质试验的试样。
2)根据要求用环刀切除试样时,应在环刀内壁涂抹一层凡士林,刀口向下,将环刀垂直压下,并用切土刀沿环刀外侧切削土样,边压边削至土样高出环刀,根据试验的软硬程度采用钢丝锯或切土刀平整环刀两段土样,擦净环刀外壁。称环刀和土的总质量,同一组式样间密度的允许差值为0.03g/cm3.
3)余土中取代表试样测定含水量。
4)削试样时,应对土试样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述,对低塑和高灵敏度的软土,制试样时不得扰动。
3.7.2扰动试样的制备:
1)试样的数量视试验项目而定,应备用试样1~2个。
2)碾散的风干土样通过孔径2mm或5mm的筛,取筛下足够试验用的土试样,充分拌匀,测定风干含水率,装入保湿缸或塑料袋内备用。
3)根据试验所需用的土量与含水率,计算制备试样所需的加水量。
4)称取过筛的风干土试样平铺于盘内,将水均匀洒于土试样上,充分拌匀后装入容器内盖紧,润湿一昼夜,砂土的润湿时间可以酌减。
3.7.3试样含水率的测定:含水率测定采用烘干法测定,即将试样放置在105-110℃的烘箱中烘烤至恒重,该方法试验简便,结果稳定,是测定含水率的通用标准方法,适用于粗土粒、细土粒、有机质土和冻土等。
3.7.4试样密度的测定:试样密度的测定采用环刀法测定,即利用已知质量及内径和高度的环刀,按原状样制样方法取制试样,并称其质量。
3.7.5颗粒分析采用密度计法测定:密度计法是根据斯托克斯原理利用土壤密度计通过测量不同深度处悬液密度和土粒沉降的距离计算出不同粒径所占百分比。
3.7.6液限的测定:液限采用圆锥仪法进行测定,即利用圆锥下沉深度与相应含水率在双对数坐标纸上具有关系的原理进行试验。
3.7.7塑限的测定:塑限采用滚搓法进行测定,试验时将试样调制接近塑限状态(揉搓不粘手),取8~10g在毛玻璃上用手掌轻轻搓滚。手掌压力要均匀适宜的施加在试样上。操作时土条不得无压力滚动,不能有空心现象。当土条直径达3mm时产生裂缝并开始断裂,此时测定的土条含水率即为塑限。
3.7.8直接剪切的测定:
1)直接剪切试验是利用盒式剪切仪,在试样上施加竖向压力,直接测定的总抗剪强度指标的一种方法,它是最古老却又最简单的试验方法,适用于砂土及渗透系数k<10-6cm/s的粘土,不适于测定软粘土的不排水剪强度。这类指标在工程上用于土体稳定的总应力分析方法。
2)直接剪切试验方法的选择,一般要按土的性质、施工条件和运用条件确定。同时也应考虑设计将采用的分析方法,如采用有效应力法或总应力法。直剪试验所测得的参数为总应力强度参数,只适用于总应力分析法。土的抗剪强度与试验排水条件有很大关系。根据排水条件,试验方法可分为三种:即快剪(Q试验)、固结快剪(R试验)和慢剪(S试验)。
3.7.9渗透试验的测定:对粘土进行渗透试验,提供分析地基固结沉降时间,估计天然地基、土坝、高填土等渗流量和渗流稳定性,以及给排水设施,施工选料、人工降低水位及地基加固设计等所需的基本参数。
3.7.10三轴压缩试验的测定:进行固结不排水试验,确定土的抗剪强度指标,间接确定土的强度指标黏聚力c和摩擦角ψ。
3.7.11水质简分析:
(1)未污染的天然水,是无色、无臭、清澈透明的;受污染的水,从外观到气味都有异常现象,表现了腐蚀性水的重要特性。
(2)水质简分析是水质主要阳离子(Na+ +K+、Ca2+、Mg2+)和主要阴离子(Cl-、SO42-、HCO3-、pH值、游离CO2、侵蚀性CO2)、总碱度、总硬度、总矿化度的分析。
3.7.12岩石单轴抗压强度试验:
岩石单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石试件单轴抗压强度的方法,主要用于岩石的强度分级和岩性描述。岩石单轴抗压强度试件在无侧限条件下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的荷载。试件含水状态可根据需要选择天然、烘干或饱和状态,同一状态下每组试件数量不应少于6组。
加载试验的压力试验机系定型产品,但应满足下列要求:
(1)压力机应能连续加载且没有冲击,具有足够的加载能力,能在总荷载的10%~90%之间进行试验;
(2)压力机的承压板,必须具有足够的刚度,其中之一具有球形座,板面须平整光滑;
(3)承压板直径应大于试件直径;
(4)压力机的校正与检验,应符合国家计量标准的规定。
为了消除受载时的端部效应,试件两端安放钢质垫块。垫块直径等于或略大于试件直径。其高度约等于试件直径,垫块的刚度和平整度应符合承压板的要求。标准试件采用圆柱体,直径为50mm,高径比为2~2.5,对于非均质的粗粒结构岩石,或取样尺寸小于标准尺寸者,允许采用非标准试件,但高径比必须保持2~2.5的比值。对于层(片)状岩石,一般按垂直和平行于层(片)理两个方向制样。试验时,将试件(包括上下垫块)置于压力试验机承压板中心,调整球形座,使之均匀受荷,以每秒0.5~1.0Mpa的速度加荷,直到试件破坏。抗压试件试验的最大荷载记录以N为单位,精度1%。
4、勘察报告的编制
岩土工程勘察报告应根据任务要求、勘察阶段、工程特点和地质条件等具体情况编写,并应包括以下内容:
1)拟建工程概况;
2) 勘察目的、任务要求和依据的技术标准;
3) 勘察方法和勘察工作布置;
4) 场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性;
5) 场地各岩土层的物理力学性质指标,提供设计所需岩土参数;
6) 地下水埋藏情况、类型、水位及其变化,需要地下水控制时提供相关水文地质参数;
7) 土和水对建筑材料的腐蚀性评价;
8) 可能影响工程稳定的不良地质作用和对工程危害程度的评价;
9) 场地的地震效应评价;
10) 场地稳定性和适宜性的评价;
11) 地基基础分析评价;
12) 结论与建议;
13) 相关图表。
岩土工程勘察报告应对岩土利用、整治和改造的方案进行分析论证,提出建议;对工程施工和使用期间可能诱发的岩土工程问题进行预测,提出监控和预防措施的建议。成果报告的文字、术语、代号、符号、数字、计量单位、标点等,均应符合国家有关标准的规定。
勘察成果报告应将下列岩土参数分析统计表纳入相应章节:
1) 岩土层的主要物理、力学性质指标统计表;
2) 标准贯入及动力触探试验锤击数统计表;
3) 静力触探比贯入阻力统计表;
4) 岩土层剪切波速统计表;
5) 岩石单轴抗压强度统计表;
6) 桩侧土的摩阻力特征值、桩端土的端阻力特征值取值及单桩承载力估算表;
7) 岩土层抗剪强度、承载力、压缩性指标综合成果表。
勘察成果报告应附下列图表:
8) 勘探点平面布置图;
9) 工程地质剖面图;
10) 钻孔柱状图;
11) 勘探点主要数据一览表;
12) 岩石、土工试验成果汇总表;
3) 水、土质分析成果表;
14) 试验、原位测试成果表。
5结论与建议
以上是笔者对10几年来勘察工作的一些总结,限于能力,定有许多不足之处,希望能给大家带来一定的益处。
另有一些建议如下:
(1)建筑基坑支护的岩土工程勘察通常在建筑物岩土工程勘察过程中一并进行,但基坑支护设计和施工对岩土勘察的要求有别与主体建筑的要求,勘察的重点部位是基坑外对支护结构和周边环境有影响的范围,而主体建筑的勘察孔通常只需布置在基坑范围以内。
(2)当场地内存在边坡工程时,同样存在上述问题。这时,除了对拟建建筑物进行勘察分析外,还要对现状的或者对可能因开挖、回填等工程引发的边坡问题进行必要的勘察工作。
(3)当场地内水文地质条件复杂时,应进行水文地质勘察工作。例如进行抽水试验以取得渗透系数和影响半径等水文参数,以对基坑降水设计提供依据。
(4)对于存在例如膨胀性土、红黏土、可溶性岩、污染土等特殊性质的岩土层时,应注意开展相应的特殊试验和勘察工作。例如自有膨胀率、岩溶物探、水土化学分析等等手段。
(5)总之,岩土工程勘察工作是一项系统性的工程,工作中应注意方法、手段的运用,应有的放矢,切实做到安全、经济、合理。
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