岩土工程勘察方法

为顺利地实现岩土工程勘察的目的、要求和内容，提高勘察成果的质量，必须有一套勘察方法来配合实施。

岩土工程勘察的基本方法有：工程地质测绘、勘探与取样、原位测试、室内试验等。室内试验包括土的物理性质试验、土的压缩固结试验、土的抗剪强度试验和土的动力性质试验等，有关具体操作和试验仪器可参照《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）。

7.3.1 工程地质测绘

岩石出露或地貌、地质条件较复杂的场地应进行工程地质测绘。工程地质测绘与调查是指采用搜集资料、调查访问、地质测量、遥感解译等方法，查明场地的工程地质要素，并绘制相应的工程地质图。对地质条件简单的场地，可用调查代替工程地质测绘。

工程地质测绘是以标准的地形图或地质图作为底图，运用地质学的理论与方法，通过野外现场观察、量测和描绘与工程建设相关的各种地质要素与岩土工程材料，为初步评价场地的工程地质条件与场地的稳定性、工程地质分区、后期勘察工作的合理布置等提供依据。

工程地质测绘的基本方法是在地形图上布置一定数量的观测点或观测线，以便按点或线观测地质现象。观测点一般选择在不同地貌单元、不同地层的交接处及对工程有意义的地貌构造和可能出现不良地质现象的地段。观测线通常与岩层走向、构造线方向及地貌单元轴线相垂直，以便观测到较多的地质现象。观测到的地质现象应标于地形图上。

工程地质测绘和调查宜在可行性研究或初步勘察阶段进行。在详细勘察阶段可对某些专门地质问题作补充调查。工程地质测绘的比例尺可按以下三种选用：可行性研究勘察1∶5000～1∶50000，初步勘察1∶2000～1∶5000，详细勘察1∶500～1∶2000。条件复杂时，比例尺可适当放大。

在可行性研究勘察阶段进行工程地质测绘与调查时，应搜集、研究已有的地质资料，进行现场踏勘。在初步勘察阶段，当地质条件较复杂时，应继续进行工程地质测绘。测绘与调查的范围应包括场地及其附近与研究内容有关的地段。

7.3.2 勘探和取样

勘探和取样是岩土工程勘察中重要的手段，在建筑工程中，必须掌握地基及地质环境的情况，如岩土层的分布、厚度，物理力学性质，以及地下溶洞、断层、古河道、流砂等的有害地质现象，仅靠工程地质测绘和调查是不能解决对地表以下地质的了解，而工程地质勘探正是解决对深部地质了解的一种可靠的方法。它可以直接深入地下岩土层取得所需的工程地质和水文地质资料，而且，由于这些资料是直接取得的，因而它是真实的、可靠的。

勘探方法可采用钻探、井探、槽探、洞探和地球物理勘探等，勘探方法的选取应符合勘察目的和岩土的特性。

1.钻探

钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分土层。若在钻孔中取土样则可鉴别和测定岩土的物理力学性质指标，并能测定出钻探期间地下水的埋藏深度及变化规律，土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试得到。因此，钻探是目前常用的方法。

钻探分为机械钻探和人工钻探两种。对于大规模的深钻孔并采取原状土样，最常用的方法是机械钻探。机械钻探按钻机的钻进方式又可分为回转式钻进、冲击式钻进、振动钻进和冲洗钻进。

1）回转式钻进

回转式钻进是利用钻头的旋转同时加上压力使钻头向下钻进，如图7-1所示。通常使用管状钻头，可取得柱状土样。最常用的国产钻机的型号有30型、50型和100型等，数字表示的是钻机的最大钻进深度（m）。在钻进中，对不同的地层应选用不同的钻头，如抽筒、钢砂钻头、硬合金钻头为几种常用的钻头。

2）冲击钻进

冲击钻进是利用钻具的重力和冲击力使钻头冲击、破碎孔底土层。根据使用的钻具的不同，可分为钻杆冲击钻进和钢丝绳冲击钻进，其中钢丝绳冲击钻进应用较为普遍。对于土层，一般采用圆筒形钻头，借钻头的冲击力切削土层钻进，但它只能取得扰动土样。

3）振动钻进

振动钻进是将振动力通过连接杆及钻具传到圆形钻头周围土层中，依靠钻具和振动器的重量切削土层进行钻进。振动钻进对粉土、黏性土及较小粒径的碎石层较适用，钻进速度较快。

4）冲洗钻进

冲洗钻进是利用水的压力冲击孔底土层，破坏土层结构，土颗粒随水循环出孔外的钻进方法，它主要靠水压直接冲洗土层，因而不能采样观察和鉴别。

除用机械钻探外，还可采用人工钻探，一般用于浅部土层的勘探，如小口径麻花钻、小口径勺形钻、洛阳铲等。最常用的是手摇麻花钻，钻进时，用人力将麻花钻旋入地下，取出土样鉴别土层情况，但取出的土样为扰动土样，钻进深度5～10m。

2.井探、槽探和洞探

当钻探方法难以准确查明地下情况时，可采用探井、探槽等进行勘探。在坝址、地下工程、大型边坡工程等勘察中，当需详细查明深部岩层性质及其构造特征时，可采用竖井或平洞。

井探深度一般都大于3m，小于15m。断面形状有方形的、矩形的和圆形的。方形的或矩形的探井称为浅井，其断面尺寸有1.0m×1.0m，1.0m×1.2m，1.5m×1.5m等；圆形的称为小圆井，其断面直径一般为0.6～1.25m。浅井挖掘过程中一般要采取支护措施，特别是在表土不甚稳固、易坍塌的地层中挖掘时。小圆井一般用于较坚实稳固的地层中，使用小圆井时可以不用支护，这是由于井壁地层稳固且圆形断面可以承受较大的压力。

槽探是在地表挖掘成长条形且两壁常为倾斜的上宽下窄的槽子，其断面有梯形和阶梯形两种。在第四纪土层中，当探槽深度较大时，常用阶梯形断面；否则，探槽的两壁要进行支护。槽探一般在覆土层小于3m时使用。

图7-1 回转式钻机示意图

3.地球物理勘探

地球物理勘探是一种兼有勘探和测试双重功能的技术。在岩土工程勘察中可在下列方面采用地球物理勘探：

（1）作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点；

（2）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；

（3）作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、动剪切模量、卓越周期、电阻率、放射性辐射参数、土对金属的腐蚀性等参数。

4.岩土试样的采取

工程地质钻探的主要任务之一是在岩土层中采取岩芯或原状土试样。岩土试样质量应根据试验目的按表7-4分为四个等级。

表7-4 岩土试样质量等级

不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求。除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用II级土试样进行强度和固结试验，但宜先对土试样受扰动程度作抽样鉴定，判定用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。

试样采取的工具和方法可按表7-5选择。

表7-5 不同等级土试样的取样工具和方法

在钻孔中采取Ⅰ、Ⅱ级砂样时，可采用原状取砂器，并按相应的现行标准执行。

在钻孔中采取Ⅰ，Ⅱ级土试样时，应满足下列要求：

（1）在软土、砂土中宜采用泥浆护壁，如使用套管，应保持管内水位等于或稍高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径的距离；

（2）采用冲洗、冲击、振动等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进；

（3）下放取土器前，应仔细清孔，清除扰动土，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度（活塞取土器除外）；

（4）采取土试样宜用快速静力连续压入法；

（5）具体操作方法应按现行标准《原状土取样技术标准》（JGJ89—92）执行。

Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级土试样应妥善密封，防止湿度变化，严防曝晒或冰冻。在运输中应避免振动，保存时间不宜超过三周。对易于振动液化和水分离析的土试样宜就近进行试验。

取土器的技术规格应按表7-6执行。

表7-6 取土器技术参数

注： ①取样管及衬管内壁必须光滑圆整。

②在特殊情况下取土器直径可增大至150～250mm。

③表中符号：

De—取土器刃口内径；

Ds—取样管内径，加衬管时为衬管内径；

Dt—取样管外径；

Dw—取土器管靴外径，对薄壁管Dw=Dt。

5.土的野外鉴别和描述

在勘探过程中取得的土样，必须及时用肉眼鉴别，初步确定土的名称、颜色、状态、湿度、密度、含有物、工程地质特征等，作为划分土层、进行工程地质分析和评价的依据。

1）土的鉴别和定名

土主要是第四纪以来由天然地质作用或人为活动堆积形成的。土的鉴别和定名是描述工作的主要内容，正确的定名可以反映土的基本性质。但是，在自然界中，土的种类很多，光有一个简单定名，还往往不能全面地反映土的真正面目，如黏土，有的沉积年代较老，得到了充分的固结和具有较高的结构强度，而有的沉积年代较近，其固结度与结构强度均要差些。土按沉积年代分为老沉积土和新近沉积土。晚更新世Q3及其以前沉积的土为老沉积土，第四纪全新世Q4中近期沉积的土为新近沉积土。土按成因分为残积土Qel、坡积土Qdl、洪积土Qpl、冲积土Qal、湖积土Ql、海积土Qm、风积土Qeol和冰积土Qgl等。土应在其定名前冠以沉积年代或成因，如第四纪全新世时期河流冲积形成的黏性土可写成“Qal4黏性土”。

2）土的描述

土的描述内容主要是针对影响其工程性质的，反映土的组成、结构、构造和状态的主要特征。因此，对于各种不同的土，描述的侧重点也有所不同。

（1）碎石类土的描述

碎石类土应描述碎屑物的成分，指出碎屑是由哪类岩石组成的；碎屑物的大小，其一般直径和最大直径如何，并估计其含量之百分比；碎屑物的形状，其形状可分为圆形、亚圆形或棱角形；碎屑的坚固程度。

当碎石类土有充填物时，应描述充填物的成分，并确定充填物的土类和估计其含量的百分比。如果没有充填物时，应研究其孔隙的大小，颗粒间的接触是否稳定等现象。

碎石土还应描述其密实度，密实度是反映土颗粒排列的紧密程度，越是紧密的土，其强度大，结构稳定，压缩性小；密实度小，则工程性质就相应要差。一般碎石土的密实度分为密实、中密和稍密等三种。

（2）砂土的描述

砂类土按其Η 的粗细和其干湿程度可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

砂类土应描述其粒径和含量的百分比，以及Η 的主要矿物成分及有机质和包含物。当含大量有机质时，土呈黑色，含量不多时呈灰色；含多量氧化铁时，土呈红色，含少量时呈黄色或橙黄色；含Si O2，Ca CO3及Al（OH）3和高岭土时，土常呈白色或浅色。

（3）黏性土的描述

黏性土的野外鉴别可按其湿润时的状态、人手捏的感觉、粘着程度和能否搓条，将黏性土分为黏土和粉质黏土两种。

黏性土应描述其颜色、状态、湿度和包含物。在描述颜色时，应注意其副色，一般记录时应将副色写在前面，主色写在后面，例如“黄褐色”，表示以褐色为主，以黄色为副。

黏性土的状态是指其在含有一定量的水分时，所表现出来的黏稠稀薄不同的物理状态，它说明了土的软硬程度，反映土的天然结构受破坏后，土粒之间的联结强度以及抵抗外力所引起的土粒移动的能力。土的状态可分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种。

（4）人工填土及淤泥质土的描述

人工填土应描述其成分、颜色、ī 方式、ī 时间、有机物含量、均匀性及密实度，淤泥质土尚需描述颜色、嗅味等特性。

7.3.3 原位测试

岩土工程勘察中的试验包括室内试验和现场原位测试。所谓原位测试，就是在土层原来所处的位置基本保持土体天然结构、天然含水量以及天然应力的状态下，测定土的工程力学性质指标。

原位测试与室内试验相比，具有以下主要优点：

（1）可以测定难以取得的不扰动土样（如饱和砂土、粉土、流塑淤泥及淤泥质土、贝壳层等）的有关工程力学性质；

（2）可以避免取样过程中应力释放的影响；

（3）原位测试的土体影响范围远比室内试验大，因此代表性也强；

（4）可大大缩短地基土层勘察周期。

原位测试的主要方法有：静力载荷试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、波速试验等。静力载荷试验见第八章第四节内容，以下简要介绍常用的静力触探试验、圆锥动力触探试验和标准贯入试验，十字板剪切试验见第四章第三节内容。

1.静力触探试验（CPT）

静力触探试验是通过加压装置将连接在触探杆上的探头用静力以一定速率（1.2±0.3） m/min压入土中，利用探头内力传感器，通过电子量测仪器将贯入阻力记录下来，根据贯入阻力的大小判定土层性质。静力触探适用于黏性土、粉土、软土、砂土和填土。

静力触探设备的核心是触探头，触探头分为单桥探头和双桥探头。

单桥探头所测到的是包括锥尖阻力和侧壁摩阻力在内的总贯入阻力P（k N），通常用比贯入阻力ps（k Pa）表示，即

式中，A为探头截面面积，m2。

双桥探头的结构比单桥探头复杂些，可以同时分别测出锥尖总阻力Qc（k N）和侧壁总摩阻力Qs（k N），通常以锥尖阻力qc（k Pa）和侧壁摩阻力fs（k Pa）表示：

式中，Fs为外套筒的总表面积，m2。

根据锥尖阻力和侧壁摩阻力可计算同一深度处的摩阻比Rs：

为了直观反映勘探深度范围内土层的性质，可绘制比贯入阻力ps与深度z的关系曲线、侧壁摩阻力fs与深度z的关系曲线、摩阻比Rs与深度z的关系曲线等，图7-2给出了用双桥探头测得的有关曲线。

静力触探能快速、连续地测定比贯入阻力、锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力，探测土层及其性质的变化。根据静力触探资料，利用地区经验关系，可以划分土层，估算土的强度、土的压缩性、地基承载力、单桩承载力，选择桩端持力层，判定土的液化势。

2.圆锥动力触探试验（DPT）

圆锥动力触探是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的阻力大小判别土层的物理力学性质。通常以打入土中一定距离所需的锤击数来表示土的阻力。圆锥动力触探的优点是设备简单、操作方便、工效较高、适应性广，并具有连续贯入的特性。对难以取样的砂土、粉土、碎石类土等及静力触探难以贯入的土层，动力触探是十分有效的勘探测试手段。圆锥动力触探的缺点是不能采样对土进行直接鉴别描述，试验误差较大，再现性差。

图7-2 静力触探图

圆锥动力触探试验的类型可分为轻型、重型和超重型三种，其规格和适用土类应符合表7-7的规定。

表7-7 圆锥动力触探类型

根据圆锥动力触探试验指标和地区经验，可进行力学分层，评定土的均匀性和物理性质（状态、密实度）、土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力，查明土洞、滑动面、软硬土层界面，检测地基处理效果等。应用试验成果时是否修正或如何修正，应根据建立统计关系时的具体情况确定。

3.标准贯入试验（SPT）

标准贯入试验实质上属于动力触探类型之一，所不同的是，其触探头不是圆锥形探头，而是标准规格的圆筒形探头（两个半圆管合成的取土器），称之为贯入器。因此，标准贯入试验就是利用一定的锤击动能，将一定规格的对开管式贯入器打入钻孔孔底的土层中，根据打入土层中的贯入阻力，评定土层的变化和土的物理力学性质。贯入阻力用贯入器贯入土层30cm的锤击数用N表示，也称标贯击数。标准贯入试验适用于砂土、粉土和一般黏性土。

标准贯入试验的设备应符合表7-8的规定。

表7-8 标准贯入试验设备规格

标准贯入试验锤击数N值，可对砂土、粉土、黏性土的物理状态，土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力，砂土和粉土的液化，成桩的可能性等做出评价。应用试验成果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。