第二讲 岩土工程勘察.ppt

第二讲 岩土工程勘察,本讲主要内容,1、概述1.1 岩土工程体系及其发展,20世纪80年代以前，我国的勘察体制基本上还是建国初期的原苏联模式，即工程地质勘察体制。西方工业发达国家，二战以后开始在土木工程中推行岩土工程体制，在工程建设领域有很高的地位。我国推行岩土工程体制至今已有20余年，目前我国已初步确立了岩土工程体制。其主要标志是：我国首部岩土工程勘察规范(GB 50021-94)于1995年3月1日实施；修订的第二部岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)2002年1月1日发布，3月1日实施；2009年5月19日发布岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)（2009年版），2009年7月1日实施。2002年9月我国开始进行首次注册土木工程师（岩土）执业资格考试。注册制度目前已经实行。岩土工程体系包括5个方面：勘察、设计、监测检测、咨询监理和治理。,（接上页）,企业发展趋势：鼓励成立以专业技术人员为主的岩土工程咨询（或顾问）公司和以劳务为主的钻探公司、岩土工程治理公司；推行岩土工程总承包（或总分包），承担任务不受地区限制。岩土工程咨询（或顾问）公司承担的业务范围不受部门、地区的限制，只要是岩土工程（勘察、设计、咨询监理以及监测检测）都允许承担；但如果是岩土工程测试（或监测检测）公司，则只限于承担测试（监测检测）任务，钻探公司、岩土工程治理公司不能单独承接岩土工程有关任务，只能同岩土工程咨询（或顾问）公司签订承接合同(分包)。国际通行的市场准入制度：着眼于负责签发工程成果并对工程质量负终生责任的专业技术人员的基本素质，单位靠符合准入条件的注册岩土工程师在成果、信誉、质量、优质服务上的竞争，由岩土工程师主宰市场。,1.2 基本概念,岩土工程勘察：根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。岩土工程勘探：岩土工程勘察的一种手段，包括钻探、井探、槽探、坑探、洞探以及物探、触探等。不良地质作用：由地球内力或外力产生的对工程可能造成危害的地质作用。岩土工程勘察报告：在原始资料的基础上进行整理、统计、归纳、分析、评价，提出工程建议，形成系统的为工程建设服务的勘察技术文件。岩土工程勘察报告是设计单位进行地基基础设计的重要依据。,（接上页）,地质灾害：由不良地质作用引发的，危及人身、财产、工程或环境安全的事件。建筑场地：是指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地。从工程勘察角度分析，场地的概念不仅代表着所划定的土地范围，还应涉及建筑物所处的工程地质环境与岩土体的稳定问题。对于新建(待建)建筑场地，是勘察工作的对象。原位测试：在岩土体所处的位置，基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，对岩土体进行的测试。,1.3 勘察资质和业务范围,岩土工程勘察必须由国家颁发资质的单位承担。颁发单位：国家建设部（现“住房和城乡建设部”）。,勘察资质,综合类甲级,专业类甲级,1.4 岩土工程勘察的目的和任务,岩土工程勘察的重要性：任何工程建筑物都是营造在一定的场地与地基之上，所有工程建设方式、规模和类型都受建筑场地的工程地质条件所制约。岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)（2009年版）第1.0.3条强制性规定：各项工程建设在设计和施工之前，必须按基本建设程序进行岩土工程勘察。先勘察、后设计、再施工，是工程建设必须遵守的程序，是国家一再强调的十分重要的基本政策。,岩土工程勘察的目的和要求：,岩土工程勘察工作的目的和任务是查明建筑场地稳定性和适宜性，查明场地工程地质和水文地质条件，查明场地地震效应，查明场地内不良地质作用，提供满足设计、施工所需的岩土参数，提出地基基础、基坑支护、工程降水和地基处理设计与施工方案的建议。按不同勘察阶段和相关规范规程、工程条件提供合格的岩土工程勘察报告。要求正确反映场地和地基的工程地质条件，结合工程设计、施工条件，进行技术论证和分析评价，提出解决岩土工程问题的建议，并服务于工程建设的全过程，确保工程质量，有很强的针对性。其整体功能是：为设计、施工提供依据。,1.5 岩土工程勘察等级,1.6 岩土工程勘察阶段及勘探点布置,岩土工程勘察工作要分阶段进行，具体划分为可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察三个阶段，施工勘察不作为一个固定阶段。场地条件复杂或有特殊要求的工程，宜进行施工勘察。场地较小且无特殊要求的工程可合并勘察阶段。当建筑物平面布置已经确定,且场地或其附近已有岩土工程资料时，可根据实际情况，直接进行详细勘察。可不进行可行性研究勘察和初步勘察。,1.6.1可行性勘察阶段的要求,可行性研究勘察：应对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价，并应符合下列要求：1 搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产、当地的工程地质、岩土工程和建筑经验等资料；2 在充分搜集和分析已有资料的基础上，通过踏勘了解场地的地层、构造、岩性、不良地质作用和地下水等工程地质条件；3 当拟建场地工程地质条件复杂，已有资料不能满足要求时，应根据具体情况进行工程地质测绘和必要的勘探工作；4 当有两个或两个以上拟选场地时应进行比选分析。,1.6.2 初步勘察阶段的要求,初步勘察：应对场地内拟建建筑地段的稳定性做出评价，并进行下列主要工作：1 搜集拟建工程的有关文件、工程地质和岩土工程资料以及工程场地范围的地形图；2 初步查明地质构造、地层结构、岩土工程特性、地下水埋藏条件；3 查明场地不良地质作用的成因、分布、规模、发展趋势，并对场地的稳定性做出评价。4 对抗震设防烈度等于或大于6 度的场地，应对场地和地基的地震效应做出初步评价；5 季节性冻土地区，应调查场地土的标准冻结深度；6 初步判定水和土对建筑材料的腐蚀性；7 高层建筑初步勘察时，应对可能采取的地基基础类型、基坑开挖与支护、工程降水方案进行初步分析评价。,初步勘察勘探线、点及孔深布置,1.6.3 详细勘察阶段的要求,详细勘察：应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数；对建筑地基做出岩土工程评价,并对地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等提出建议。主要应进行下列工作：1 搜集附有坐标和地形的建筑总平面图，场区的地面整平标高，建筑物的性质、规模、荷载、结构特点、基础形式、埋置深度、地基允许变形等资料；2 查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出整治方案的建议；3 查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性、分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力；4 对需进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的变形特征；5 查明埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物；6 查明地下水的埋藏条件，提供地下水位及其变化幅度；7 在季节性冻土地区，提供场地土的标准冻结深度；8 判定水和土对建筑材料的腐蚀性。,详细勘察勘探线、点及孔深布置,勘探深度自基础底面算起，应符合下列规定：1 勘探孔深度应能控制地基主要受力层，当基础底面宽度不大于5m 时,勘探孔的深度对条形基础不应小于基础底面宽度的3 倍，对单独柱基不应小于1.5 倍，且不应小于5m；2 对高层建筑和需作变形计算的地基,控制性勘探孔的深度应超过地基变形计算深度；高层建筑的一般性勘探孔应达到基底下0.51.0 倍的基础宽度，并深入稳定分布的地层；3 对仅有地下室的建筑或高层建筑的裙房，当不能满足抗浮设计要求，需设置抗浮桩或锚杆时，勘探孔深度应满足抗拔承载力评价的要求；4 当有大面积地面堆载或软弱下卧层时，应适当加深控制性勘探孔的深度；5 在上述规定深度内遇基岩或厚层碎石土等稳定地层时，勘探孔深度可适当调整。,2 岩土工程勘察基本程序,岩土工程勘察程序可分为：承接勘察项目筹备勘察工作编写勘察纲要现场勘察(含测绘、钻探、取岩土水试样、原位测试等)室内岩土与水试验整理勘察资料和编写报告书报告审查、施工验槽等,2.1 承接勘察项目,通常由建设单位即委托方(又称甲方)会同设计单位，委托勘察单位即承包方(又称乙方)进行。签定合同时，甲方需向乙方提供下列文件和资料，并对其可靠性负责。工程项目批件:用地批件(附红线范围的复制件)；岩土工程勘察工程委托书及其技术要求(包括特殊技术要求)；勘察场地现状地形图(其比例尺须与勘察阶段相适应)；勘察范围和建筑总平面布置图各1份；已有的勘察与测量资料。地下隐蔽物分布资料。,2.2 编写勘察纲要主要内容,拟建工程概况；拟建场地环境、工程地质条件；勘察任务及需要解决的技术问题；执行的技术标准及依据；选用的勘探方法；勘探工作量布置；勘探孔回填；采取的质量控制、安全保证和环境保护措施；拟投入的仪器设备、人员安排、勘察进度计划等；服务承诺。,3 常用的勘察方法,3.1 工程地质测绘与调查3.2 工程地质勘探3.3 地球物理勘探3.4 采取岩土样3.5 原位测试,3.1 工程地质测绘与调查的内容,1 查明地形、地貌特征及其与地层、构造、不良地质作用的关系，划分地貌单元。2 岩土的年代、成因、性质、厚度和分布；对岩层应鉴定其风化程度，对土层应区分新近沉积土、各种特殊性土；3 查明岩体结构类型、各类结构面(尤其是软弱结构面)的产状和性质，岩、土接触面和软弱夹层的特性等，新构造活动的形迹及其与地震活动的关系；4 查明地下水的类型、补给来源、排泄条件，井泉位置，含水层的岩性特征、埋藏深度、水位变化、污染情况及其与地表水体的关系；5 搜集气象、水文、植被、土的标准冻结深度等资料；调查最高洪水位及其发生时间、淹没范围；6 查明岩溶、土洞、滑坡、崩塌、泥石流、冲沟、地面沉降、断裂、地震震害、地裂缝、岸边冲刷等不良地质作用的形成、分布、形态、规模、发育程度及其对工程建设的影响；7 调查人类活动对场地稳定性的影响，包括人工洞穴、地下采空、大挖大填、抽水排水和水库诱发地震等；8 建筑物的变形和工程经验。,（接上页）工程地质测绘与调查的的成果资料：,实际材料图、综合工程地质图、工程地质分区图、综合地质柱状图、工程地质剖面图以及各种素描图、照片和文字说明等。,3.2 工程地质勘探,(1)勘探的主要目的揭露并划分地层、量测界线，采取岩土样，鉴定和描述岩土特性、成分和产状；了解地质构造，不良地质现象的分布、界限、形态等；自钻孔中选取岩土试样，供实验室分析，以确定岩土的物理力学性质；揭露并测量地下水埋藏深度，采取水样供实验室分析，了解其物理化学性质及地下水类型；利用钻孔进行孔内原位测试(如标准贯入试验、重力触探试验、剪切波速测试等)。,（2）工程地质钻探,在岩土工程勘察中，通过钻探提取岩芯和采集岩土样以鉴别和划分地层，测定岩土层的物理力学性质，在钻孔内进行原位测试。(3)井探、槽探、洞探在建筑场地地质条件比较复杂情况下，如砂卵石土层，当较难用钻探方法钻进或不易采取原状土样时,可采用井探、槽探进行勘探。在坝址、地下工程、大型边坡等勘察中，当需详细调查深部岩层性质及其构造特征时，可采用竖井或平洞。井探的深度不宜超过地下水位。竖井和平洞的深度、长度、断面按工程要求确定。对井探、槽探、洞探除文字描述记录外，尚应以剖面图、展开图等反映井、槽、洞壁及底部的岩性、地层分界、构造特征、取样及原位试验位置,并辅以代表性部位的彩色照片。,钻探、岩芯,槽探,洞探,3.3 地球物理勘探,岩土工程勘察中可在下列方面采用地球物理勘探：作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点。作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据。作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、特征周期等参数。物探资料的解释 地球物理勘探成果判释时应考虑多解性，区分有用信息与干扰信号。需要时应采用多种方法探测，进行综合判释，并应有已知物探参数或一定数量的钻孔验证。可以形成独立的工程物探报告。,3.4 采取岩土样,采取岩土样的目的：是为了在室内进行岩土样试验，以分析岩土的物理、力学性质。采取岩土样要求：减少扰动，保持天然状态。岩土样包装：土样使用土样盒包装，用塑料胶带封口，再进行蜡封；岩石样直接使用塑料胶带封装，再蜡封。岩土样运输：使用木箱或铁箱，先放置木屑、泡沫或其它松软物，再装入岩土样，以减少在运输过程中的振动，防止土样破坏和扰动。,(1)土样的采取,依据岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)及建筑工程地质勘探与取样技术规程(JGJT87-2012）进行。影响取样质量的因素很多，但主要决定于三个环节：即钻进方法、取样方法和取土器结构。目前较为普遍采用的快速静力连续压入法、重管回转取土器法和重锤少击法，是将比一般土样筒稍长的活塞取土器快速、均匀地压入、钻入土中；或借助机械力量通过锤击法，将取土器打入土中。这种方法对土试样的扰动程度最小。,（2）岩样的采取,岩石试样可利用钻探岩芯制作或在探井、探槽、竖井、平洞中刻取。采取的毛样尺寸应满足试块加工的要求，在特殊情况下，试样形状、尺寸和方向由岩体力学试验设计确定。试样尺寸：硬岩为555，较硬岩为777，软岩为101010。,3.5 原位测试,原位测试：在岩土体所处的位置，基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，对岩土体进行的测试。它与钻探取样室内试验相比，有以下优点：对无法采取不扰动土样或难以采取不扰动土样的土层（如砂土、粉土、流动淤泥等），运用原位测试技术能对其工程性能作出判断；原位测试的土体体积远比室内试样大，因此测试的性能更接近工程实际；测试比较简便快捷。依据地区经验，可以迅速的确定土的各种工程性质；有些原位测试可以得到土性质变化的连续剖面，直观地了解土层在深度上的变化。,常用的原位测试技术,载荷试验静力触探试验动力触探试验（标准贯入试验、圆锥动力触探试验）剪切波速测试（工程物探的一种）旁压试验十字板剪力试验抽水试验.,3.5.1 载荷试验,平板载荷试验,螺旋板荷载试验,单桩静载荷试验,载荷试验成果：(载荷试验报告),（一）绘制ps曲线（二）确定地基承载力特征值：1、取比例界限值Po；2、当PuPo2时，取Po的1/2值；3、上述两方法不能确定时，取s/b=0.010.015对应荷载，但1/2Pmax。4、试验点3点，当极差（最大值最小值）平均值30%时，取平均值。,3.5.2 静力触探试验（1）,静力触探试验（2）,3.5.3 标准贯入试验（1）,标准贯入试验（2）,3.5.4圆锥动力触探试验,根据锤重分为轻型（10kg）、重型（63.5kg）、超重型(120kg)三种类型。分类和适用范围详见P132.成果应用：确定土的承载力 确定砂土、碎石土密实度 确定土的变形参数。,运用动力触探试验主要可以解决下列问题：,对地基土进行力学分层并评价其均匀性；确定砂土的密实度；利用触 探 指标和土的物理力学性质间的相互关系，对地基土层的工程性质进行评价；确定地基土的承载力；在土方工程中检查和控制回填土的夯压质量；评价饱和砂土地震时的液化可能性；,3.5.5剪切波速测试：分为单孔测速法和跨孔测速法两种,成果应用：1、地层分层；2、测定地基各岩土层波速值，划分土的软硬类型；3、划分建筑场地抗震类别。,单孔测速法,跨孔测速法,3.5.6 旁压试验,3.5.7 十字板剪力试验,十字板剪力试验,4 室内工作4.1室内土工试验,岩土性质的室内试验项目和试验方法的确定应按岩土工程勘察规范的规定，其具体操作和试验仪器应符合现行国家标准土工试验方法标准(GB/T50123)和国家标准工程岩体试验方法标准(GB/T50266)的规定。岩土工程评价时所选用的参数值，宜与相应的原位测试成果和野外观测、分析成果比较，经修正后确定。岩土性质的室内试验:物理性质试验和力学性质试验。,土工试验室（1）,试验室环境,土工试验室（2）土样,土工试验室（3）试样制作、单轴压缩仪,土工试验室（4）直剪仪,土工试验室（5）三轴压缩仪,土工试验室（6）压力机、岩石抗压试验,土的物理性质试验,各类工程均应测定下列土的分类指标和物理性质指标：砂土：颗粒级配、比重、天然含水量、天然密度、最大和最小密度。粉土：颗粒级配、液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质含量。黏性土：比重、天然含水量、天然密度、液限、塑限和有机质含量。,土的力学性质试验,土的压缩固结试验土的抗剪强度试验土的动力性质试验 依据室内试验结果，对土的物理力学指标进行统计分析，给出物理力学性质指标分层统计表，供基础设计计算用。,岩石的物理力学性质试验,岩石的物理性质指标：天然含水量、天然密度、成分、节理裂隙、吸水性、膨胀、崩解试验等。岩石的力学性质：单轴抗压（弹性模量、泊松比）、三轴压缩、直接剪切、抗拉强度等。地下水和土的腐蚀性试验：主要工作是水质分析。试验结果用于评价水、土对建筑材料的腐蚀性。,4.2 资料整理、编写报告,成果报告所依据的搜集、调查、测绘、勘探、测试所得的原始资料，应进行整理、检查、分析、鉴定，经确定无误后方可使用。岩土工程勘察成果报告的内容，应根据任务要求、勘察阶段、地质条件、工程特点等具体情况确定。报告包括文字和附图附表两部分。文字部分一般包括五大部分：1 工程与勘察工作概况；2 场地环境与工程地质条件；3 岩土参数统计；4 岩土工程分析评价；5 结论与建议。,一、工程与勘察工作概况,1.1 拟建工程概况；1.2 勘察目的、任务要求和依据的技术标准；1.3 岩土工程勘察等级；1.4 勘察方法及勘察工作完成情况；,二、场地环境与工程地质条件,2.1 根据工程需要叙述气象和水文情况；2.2 根据工程需要叙述区域地质构造情况；2.3 场地地形、地貌；2.4 不良地质作用及地质灾害种类、分布、发育程度。2.5 场地各层岩土的年代、类型、成因、分布、工程特性，岩层的产状、岩体结构和风化情况；2.6 埋藏的河道、浜沟、池塘、墓穴、防空洞、孤石及溶洞等对工程不利的埋藏物的特征、分布；2.7 地下水和地表水。,三、岩土参数统计,3.1统计参数根据岩土工程评价需要选取，宜包括下列内容：1岩土的天然密度、天然含水量；2 粉土、黏性土的孔隙比；3 黏性土的液限、塑限、液性指数和塑性指数；4 土的压缩性、抗剪强度等力学特征指标；5 岩石的密度、软化系数、吸水率、单轴抗压强度；6 特殊性岩土的特征指标；7 静力触探的比贯入阻力或锥尖阻力、侧壁摩阻力，标准贯入试验和圆锥动力触探试验的锤击数及其他原位测试指标；8 其他必要的岩土指标。3.2 岩土参数统计符合所依据的技术标准，并符合下列要求：1 岩土的物理力学性质指标，应按岩土单元分层统计；2 应提供岩土参数的统计个数、平均值、最小值、最大值；3 岩土层的主要测试指标（包括孔隙、压缩模量、黏聚力、内摩擦角、标准贯入试验锤击数、圆锥动力触探锤击数、岩石抗压强度）应提供统计个数、平均值、最小值、最大值、标准差、变异系数等；4 必要时提供参数建议值。,四、岩土工程分析评价,4.1 场地稳定性、适宜性评价：不良地质作用和地质灾害、边坡的影响；场地地震效应影响；工程建设场地适宜性。4.2 特殊性岩土评价4.3 地下水和地表水评价4.4 岩土工程参数分析4.5 地基基础方案分析 天然地基评价 桩基础评价 地基处理评价4.6 根据工程需要进行基坑工程分析4.7 其他岩土工程相关问题的分析、评价,五、结论与建议,5.1 岩土工程评价的重要结论的简明阐述；1 场地稳定性评价；2 场地适宜性评价；3 场地地震效应评价；4 土和水对建筑材料的腐蚀性；5 地基基础方案的建议；6 基坑支护措施的建议（需要时）；7 地下水控制措施的建议（需要时）；8 季节性冻土地区场地土的标准冻结深度；9 其他重要结论。5.2 工程设计施工应注意的问题；5.3 工程施工对环境的影响及防治措施的建议；5.4 其他相关问题及处置建议。,成果报告附图附表部分,勘探点平面布置图；工程地质剖面图；工程地质柱状图；原位测试成果图表；土工试验成果图表；勘探点一览表；岩土物理力学性质统计表；岩芯照片和现场工作照片。,5、现场检验和监测,5.1地基基础的检验和监测：1、天然地基的基坑(基槽)开挖后，应检验开挖揭露的地基条件是否与勘察报告一致。包括：（1）岩土分布及其性质；（2）地下水情况；（3）对土质地基，可采用轻型圆锥动力触探或其他机具进行检验。2、桩基工程应通过试钻或试打，检验岩土条件是否与勘察报告一致。3、单桩承载力的检验，应采用载荷试验与动测相结合的方法。对大直径挖孔桩，应逐桩检验孔底尺寸和岩土情况。4、地基处理效果的检验，除载荷试验外，尚可采用静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、旁压试验、波速测试等方法。5、基坑工程监测：（1）支护结构的变形；（2）基坑周边的地面变形；（3）邻近工程和地下设施的变形；（4）地下水位；（5）渗漏、冒水、冲刷、管涌等情况。6、沉降观测：（1）地基基础设计等级为甲级的建筑物；（2）不均匀地基或软弱地基上的乙级建筑物；,（续）,5.2 不良地质作用和地质灾害的监测1、下列情况应进行不良地质作用和地质灾害的监测：（1）场地及其附近有不良地质作用或地质灾害，并可能危及工程的安全或正常使用时；（2）工程建设和运行，可能加速不良地质作用的发展或引发地质灾害时；（3）工程建设和运行，对附近环境可能产生显著不良影响时。2、岩溶土洞发育区应着重监测下列内容：（1）地面变形；（2）地下水位的动态变化；（3）场区及其附近的抽水情况；（4）地下水位变化对土洞发育和塌陷发生的影响，,（续）,5.3 地下水的监测：下列情况应进行地下水监测：1 地下水位升降影响岩土稳定时；2 地下水位上升产生浮托力对地下室或地下构筑物的防潮、防水或稳定性产生较大影响时；3 施工降水对拟建工程或相邻工程有较大影响时；4 施工或环境条件改变，造成的孔隙水压力、地下水压力变化，对工程设计或施工有较大影响时；5 地下水位的下降造成区域性地面沉降时；6 地下水位升降可能使岩土产生软化、湿陷、胀缩时；7 需要进行污染物运移对环境影响的评价时。,6、载荷试验报告和岩土工程勘察报告的解读,案例：1、柳州市东岸盛世商业广场地基土载荷试验报告2、“广西纺织工业学校危旧房改造”岩土工程勘察报告,