建設工程項目設計一般分為可行性研究,初步設計和施工圖設計三個階段。為了提供各設計階段所需的工程地質(zhì)資料,勘察工作也相應地劃分為選址勘察(可行性研究勘察)、初步勘察、詳細勘察三個階段。對于工程地質(zhì)條件復雜或有特殊施工要求的重要建筑物地基,尚應進行預可行性及施工勘察;對于地質(zhì)條件簡單,建筑物占地面積不大的場地,或有建設經(jīng)驗的地區(qū),也可適當簡化勘察階段。各勘察階段的任務和工作內(nèi)容簡述如下:
1選址勘察階段
選址勘察工作對于大型工程是非常重要的環(huán)節(jié),其目的在于從總體上判定擬建場地的工程地質(zhì)條件能否適宜工程建設項目。一般通過取得幾個候選場址的工程地質(zhì)資料進行對比分析,對擬選場址的穩(wěn)定性和適宜性作出工程地質(zhì)評價。選擇場址階段應進行下列工作:
①搜集區(qū)域地質(zhì)、地形地貌、地震、礦產(chǎn)和附近地區(qū)的工程地質(zhì)資料及當?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗;
②在收集和分析已有資料的基礎上,通過踏勘,了解場地的地層、構(gòu)造、巖石和土的性質(zhì)、不良地質(zhì)現(xiàn)象及地下水等工程地質(zhì)條件;
③對工程地質(zhì)條件復雜,已有資料不能符合要求,但其它方面條件較好且傾向于選取的場地,應根據(jù)具體情況進行工程地質(zhì)測繪及必要的勘探工作。
選擇場址時,應進行技術(shù)經(jīng)濟分析,一般情況下宜避開下列工程地質(zhì)條件惡劣的地區(qū)或地段:(1)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育,對場地穩(wěn)定性有直接或潛在威脅的地段;(2)地基土性質(zhì)嚴重不良的地段;(3)對建筑抗震不利的地段,如設計地震烈度為8度或9度且鄰近發(fā)震斷裂帶的場區(qū);(4)洪水或地下水對建筑場地有威脅或有嚴重不良影響的地段;(5)地下有未開采的有價值礦藏或不穩(wěn)定的地下采空區(qū)上的地段。
原位測試和實驗室試驗
獲得工程地質(zhì)設計和施工參數(shù),定量評價工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問題的手段,是工程地質(zhì)勘察的組成部分。室內(nèi)試驗包括:巖、土體樣品的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學性質(zhì)參數(shù)的測定?,F(xiàn)場原位測試包括:觸探試驗、承壓板載荷試驗、原位直剪試驗以及地應力量測等(見巖土試驗、工程地質(zhì)力學模擬)。
設計建筑物規(guī)模較小,或大型建筑物的早期設計階段,且易于取得巖、土體試樣的情況下,往往采用實驗室試驗。但室內(nèi)試驗試樣小,缺乏代表性,且難以保持天然結(jié)構(gòu)。所以,為重要建筑物的初步設計至施工圖設計提供上述各種參數(shù),必須在現(xiàn)場對有代表性的天然結(jié)構(gòu)的大型試樣或?qū)畬舆M行測試。要獲取液態(tài)軟粘土、疏松含水細砂、強裂隙化巖體之類的、不能得到原狀結(jié)構(gòu)試樣的巖土體的物理力學參數(shù),必須進行現(xiàn)場原位測試。
鉆探過程中有三個基本程序:
破碎巖土:在工程地質(zhì)鉆探中廣泛采用人力和機械方法,使小部分巖土脫離整體而成為粉末、巖土塊或巖土芯的現(xiàn)象,叫做破碎巖土。巖土的破碎是借助于沖擊力、剪切力、研磨和壓力來實現(xiàn)的。
采取巖土:用沖洗液(或壓縮空氣)將破碎的碎屑沖到孔外,或者用鉆具(抽筒、勺形鉆頭、螺旋鉆頭、取土器、巖芯管等)靠人力或機械將孔底的碎屑或樣芯取出于地面。
保全孔壁:為了順利地進行鉆探工作,必須保護好孔壁,不使其坍塌。一般使用套管和泥漿來護壁。
工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式,將鉆進的方法分為以下四種:
沖擊鉆進
沖擊鉆進法采用底部圓環(huán)狀鉆頭。鉆進時將鉆具提升到一定高度,利用鉆具自重,迅猛放落,鉆具在下落時產(chǎn)生沖擊動能,沖擊孔底巖土層,使巖土層達到破碎之目的而加深鉆孔。
回轉(zhuǎn)鉆進
回轉(zhuǎn)鉆進法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進行鉆進。鉆進中施加鉆壓,使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切入巖土層,達到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進,有時為有效地完整地揭露標準地層,還可以采用勺形鉆鉆頭進行鉆進。
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進綜合了前兩種鉆進方法在地層鉆進中的優(yōu)點,以達到提高鉆進效率的目的。其工作原理是:在鉆進過程中,鉆頭克取巖石時,施加一定的動力,對巖石產(chǎn)生沖擊作用,使巖石的破碎速度加快,破壞粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻入巖石深度增加,在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大提高了鉆進的效率。
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動鉆進
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動鉆進綜合了前三種鉆進方法在地層鉆進中的優(yōu)點,以達到提高鉆進效率的目的。采用機械動力所產(chǎn)生的振動力,通過連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周圍土中。由于震動器高速振動的結(jié)果,圓筒鉆頭依靠鉆具和振動器的重量使得土層更容易被切削鉆進,切鉆進速度較快。