岩土工程勘察基本知识

任务描述

某地质勘察院接到任务，需完成某教学楼岩土工程勘察，并提交勘察报告。试分析该工程勘察的基本程序和包含的内容。

任务分析

岩土工程勘察是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。

岩土工程勘察要求分阶段进行，各阶段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、进行现场勘察、室内水与土试验、整理勘察资料和编写报告书等。

相关知识

一、岩土工程勘察的目的

岩土工程勘察的目的是查明工程场地岩土技术条件，即获取建筑场地的工程地质条件、水文地质条件及地质灾害情况，结合工程建设规划、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、地基基础工程中实际问题的建议，保证工程的安全和正常使用，提高经济效益。

二、岩土工程勘察的等级

岩土工程勘察等级可根据工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级确定。

1．工程重要性等级

根据工程的规模和特征，以及由于岩土工程问题造成工程破坏或影响正常使用的后果，可分为三个工程重要性等级，见表2-1。

表2-1 工程重要性等级

2．场地复杂程度等级

根据场地的复杂程度，可按下列规定分为三个场地等级：

（1）符合下列条件之一者为一级场地（复杂场地）。

①对建筑抗震危险的地段；

②不良地质作用强烈发育；

③地质环境已经或可能受到强烈破坏；

④地形地貌复杂；

⑤有影响工程的多层地下水、岩溶裂隙水或其他水文地质条件复杂，需专门研究的场地。

（2）符合下列条件之一者为二级场地（中等复杂场地）。

①对建筑抗震不利的地段；

②不良地质作用一般发育；

③地质环境已经或可能受到一般破坏；

④地形地貌较复杂；

⑤基础位于地下水位以下的场地。

（3）符合下列条件者为三级场地（简单场地）。

①地震设防烈度小于或等于6度，或对建筑抗震有利的地段；

②不良地质作用不发育；

③地质环境基本未受破坏；

④地形地貌简单；

⑤地下水对工程无影响。

注：从一级开始，向二级、三级推定，以最先满足的为准；下述“3.地基复杂程度等级”亦按本方法确定地基等级；对建筑抗震有利、不利和危险地段的划分，应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）的规定确定。

3．地基复杂程度等级

根据地基的复杂程度，可按下列规定分为三个地基等级：

（1）符合下列条件之一者为一级地基（复杂地基）。

①岩土种类多，很不均匀，性质变化大，需特殊处理；

②严重湿陷、膨胀、盐渍、污染的特殊性岩土，以及其他情况复杂，需要专门处理的岩土。

（2）符合下列条件之一者为二级地基（中等复杂地基）。

①岩土种类较多，不均匀，性质变化较大；

②除前述规定以外的特殊性岩土。

（3）符合下列条件者为三级地基（简单地基）。

①岩土种类单一、均匀，性质变化不大；

②无特殊性岩土。

4．岩土工程勘察等级

综合工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级把岩土工程分为甲、乙、丙三个等级，其目的在于针对不同等级的岩土工程勘察项目，划分勘察阶段，制订有效勘察方案，解决工程问题。

（1）甲级：在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级中，有一项或多项为一级。

（2）乙级：除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目。

（3）丙级：工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级。

注：建筑在岩质地基上的一级工程，当场地复杂程度等级和地基复杂程度等级均为三级时，岩土工程勘察等级可定为乙级。

三、岩土工程勘察阶段的划分及基本要求

岩土工程勘察阶段大致可分为可行性研究勘察（或选址勘察）、初步勘察、详细（或施工图设计）勘察三个阶段。视工程的实际需要，当工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重大工程地基，还需要进行施工勘察。施工勘察并不作为一个固定勘察阶段，它包括施工阶段勘察和竣工后的一些必要的勘察工作（如检验地基加固效果）。对于场地面积不大，岩土工程条件简单或有建筑经验的地区或单项岩土工程，其勘察可简化为一次性勘察，但勘察工作量布置应满足详细勘察工作要求；对于不良地质作用和特殊性岩土的岩土工程问题，应根据岩土工程的特点和工程性质具体对待；对于专门性工程，如水利水电工程、核电站等工程，应按工程要求，遵循相应标准或规范进行专门性研究勘察。

1．可行性研究勘察阶段（选址勘察）

可行性研究勘察的目的是为了得到若干个可选场址方案的勘察资料，对拟选场地的稳定性、适宜性做出岩土工程评价，进行技术、经济论证和方案比较，以便选取最佳的场址方案。

此勘察阶段主要是在搜集分析已有资料的基础上进行现场踏勘，了解拟建场地的工程地质条件。若场地工程地质条件较复杂，已有资料不足以说明问题时，还应进行必要的工程地质测绘和钻探、工程物探等勘察工作。此勘察阶段的主要内容和任务如下：

（1）调查区域地质构造、地形地貌与环境工程地质问题，如断裂、岩溶、区域地震等；

（2）调查第四纪地层的分布及地下水埋藏性状、岩石和土的性质、不良地质作用等工程地质条件；

（3）调查地下矿藏及古文物分布范围；

（4）必要时进行工程地质测绘及少量勘探工作；

（5）分析场地的稳定性和适宜性；

（6）明确选择场地范围和应避开的地带；

（7）进行选址方案对比，确定最优场地方案。

2．初步勘察阶段

初步勘察的目的是为满足初步设计的要求，在选址勘察的基础上，对初步选定的场址进行进一步的勘察，为确定建筑总平面布置、选择主要地基基础设计方案和不良地质作用的防治对策提供依据。勘察工作的范围是建设场地内的建筑地段。此勘察阶段的主要内容和任务如下：

（1）根据选择方案范围，按本阶段勘察要求，布置一定的勘探和测试工作量；

（2）查明场地内的地质构造及不良地质作用的具体位置；

（3）探测场地土的地震效应；

（4）查明地下水性质及含水层的渗透性；

（5）搜集当地已有建筑经验及已有勘察资料；

（6）根据岩土工程条件分区，论证建设场地的适宜性；

（7）根据工程规模及性质，建议总平面布置应注意的事项；

（8）提供地层结构、岩土层物理力学性质指标；

（9）提供地基岩土的承载力及变形量资料；

（10）地下水对工程建设影响的评价；

（11）指出下阶段勘察应注意的问题。

3．详细勘察阶段（施工图设计阶段）

详细勘察的目的是为满足工程施工图设计的要求，对岩土工程设计、岩土体处理与加固及不良地质作用的防治工程进行计算与评价。经过可行性研究勘察和初步勘察以后，建设场地和场地内建筑地段的工程地质条件已查明，详细勘察的工作范围更加集中，主要针对的是具体建筑物地基或其他（如深基坑支护）具体问题。所以，此勘察阶段所要求的成果资料更详细可靠，而且要求提供更多更具体的计算参数。此勘察阶段的主要内容和任务如下：

（1）取得附有坐标及地形的工程建筑总平面布置图，各建筑物的地面整平设计高程，建筑物的性质、规模、结构特点，可能采取的基础形式、尺寸，预计埋置深度，对地基基础设计的特殊要求等；

（2）查明不良地质作用的成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度，并提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案的建议；

（3）查明建筑范围内各层岩土的类别、结构、厚度、坡度、工程特性，计算和评价地基的稳定性和承载力；

（4）对需进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的沉降、差异沉降或整体倾斜；

（5）对抗震设防烈度大于或等于6度的场地，应划分场地土类型和场地类别；对抗震设防烈度大于或等于7度的场地，尚应分析预测地震效应；

（6）查明地下水的埋藏条件。当进行基坑降水设计时，尚应查明水位变化幅度与规律，并提供地层的渗透性参数；

（7）判定水和土对建筑材料及金属的腐蚀性；

（8）判定地基土及地下水在建筑物施工和使用期间可能产生的变化及其对工程的影响，并提出防治措施及建议；

（9）对深基坑开挖尚应提供稳定性计算和支护设计所需的岩土工程参数，论证和评价基坑开挖、降水等对邻近工程的影响；

（10）提供桩基设计所需的岩土技术参数，并确定单桩承载力，提出桩的类型、长度和施工方法等建议。

4．施工勘察

基坑或基槽开挖后，岩土条件与勘察资料不符或发现必须查明的异常情况时，应进行施工勘察。如在基坑开挖后遇局部古井、水沟、坟墓等软弱部位要求换土处理时，需进行换土压实后进行干密度测试质量检验，若地基中存在岩溶或土洞时，需进一步查明分布范围并提出处理措施。

在工程施工或使用期间，当地基土、边坡体、地下水等发生未曾估计到的变化时，应进行现场监测，并对工程和环境的影响进行分析评价。

四、勘探方法

勘探分外业和内业，外业勘探常用的方法有钻探、触探和原位试验等。

1．钻探

如图2-1所示，钻探是利用各种钻具钻入地基土层中分层取土，进行鉴别的方法，是目前应用最广泛的方法。

图2-1 钻探

2．触探

触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土层，并量测能表征土对触探头贯入的阻抗能力的指标，从而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。作为勘探手段，触探可用于划分土层，了解地层的均匀性，但应与钻探等其他勘探方法配合使用。

按探头入土方式的不同，触探法可分为静力触探和动力触探两类。

（1）静力触探。静力触探试验（图2-2）是用静力匀速将标准规格的探头压入土中，利用电测技术同时量测探头阻力，测定土的力学特性，具有勘探和测试的双重功能。静力触探试验适用于软土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。

图2-2 静力触探试验

（a）静力触探探头；（b）静力触探现场

（2）动力触探。动力触探是将一定质量的穿心锤，以一定高度自由下落，将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度的锤击次数，以此判别土的性质。动力触探主要有标准贯入试验和圆锥动力触探试验两大类。

标准贯入试验所采用的触探头，是圆筒形探头（图2-3），穿心锤重63.5kg，自由落距为76 cm，将贯入器锤击贯入土中30 cm所需的锤击数，称为标准贯入锤击数N，可用来确定地基土的承载力，估计土的抗剪强度和黏性土的变形指标，判断黏性土的稠度、砂土密实度以及地震时砂土液化的可能性。

圆锥动力触探试验（图 2-4）依据锤击能量的不同分为轻型、重型和超重型三种，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。

3．原位测试

原位测试是在现场条件下直接测定土的性质，避免试样受到挠动。包括静载荷试验、旁压试验、十字板剪切试验等。

（1）载荷试验。在保持地基土天然状态下，在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特性，其试验结果可提供岩土地基承载力和变形模量，是确定地基承载力的最主要方法（图2-5）。

图2-3 标准贯入器

图2-4 圆锥动力触探

图2-5 载荷试验现场

（2）旁压试验。旁压试验（图 2-6）是利用放置在钻孔内的一个可扩张的圆柱形旁压器，通过控制装置对孔壁施加压力，测得土体的横向应力-应变关系曲线，从而得到较深处土层的变形模量和承载力。

（3）十字板剪切试验。十字板剪切试验（图 2-7）是用插入软黏土中的十字头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度的一种测试方法。

图2-6 旁压试验

图2-7 十字板剪切试验

4．室内土工试验

室内土工试验是指在试验室内对野外作业取回来的土样进行物理力学性质试验，包括土的物理性质试验、土的力学性质试验、水和土的腐蚀性试验。

（1）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、相对密度、天然含水量、天然密度、最大和最小干密度。

粉土：颗粒级配、液限、塑限、相对密度、天然含水量、天然密度和有机质含量。

黏性土：液限、塑限、相对密度、天然含水量、天然密度和有机质含量。

此外，根据工程需要有时还要进行土的渗透性试验和击实试验测定土的渗透系数、最大干密度和最优含水量。

（2）土的力学性质试验。土的力学性质试验包括土的固结（压缩）试验、直接剪切试验、三轴剪切试验、无侧限抗压强度试验等。

（3）水和土的腐蚀性试验。为评价地下水和土对建筑材料的腐蚀性，需对水和土进行室内化学成分分析。

任务实施

勘察程序有承接勘察项目、筹备勘察工作、编写勘察纲要、进行现场勘察、室内水与土试验、整理勘察资料和编写报告书等。

一、承接勘察项目

通常由建设单位会同设计单位即委托方（简称甲方），委托勘察单位即承包方（简称乙方）进行。签订合同时，甲方需向乙方提供相关文件和资料，并对其可靠性负责。

二、筹备勘察工作

筹备勘察工作，是保证勘察工作顺利进行的重要步骤，包括组织踏勘、人员设备安排、三通一平等工作。

三、编写勘察纲要

应根据合同任务要求和踏勘调查的结果，分析预估建筑场地的复杂程度及其岩土工程性状，编写勘察纲要，包括拟采用的勘察方法、勘察内容，确定并布置勘察工作量等。

四、进行现场勘察和室内水土试验

勘探方法有钻探、井探、槽探和物探等，并可配合原位测试和采取原状土试样、水试样进行室内土水试样分析。勘探完后，还要对勘探井孔进行回填，以免影响场地地基的稳定性。

五、整理勘察资料和编写报告书

岩土工程勘察成果整理是勘察工程的最后程序。勘察成果是勘察全过程的总结并以报告书形式提出。编写报告书是以调查、勘探、测试等许多原始资料为基础的，报告书要做出正确的结论，必须对这些原始资料进行认真检查、分析研究、归纳整理、去伪存真，使资料得以提炼。

六、报告的审查、施工验槽等

完成的勘察报告，除应经过本单位严格细致的审查、审核外，尚应经由施工图审查机构审查合格后方可交付使用，作为设计的依据。

验槽是一般岩土工程勘察工作的最后一个环节。当施工单位将基槽（坑）挖完并普遍钎探后，由建设单位会同质检、勘察、设计、监理、施工单位技术负责人，共同到施工现场验槽。

1．验槽的目的

（1）检验通过有限钻孔资料得到的勘察成果是否与实际符合，勘察报告的结论与建议是否正确和切实可行。

（2）根据基槽开挖实际情况，研究解决新发现的问题和勘察报告遗留的问题。

2．验槽的基本内容

（1）核对基槽开挖的平面位置与槽底标高是否与勘察、设计要求相符。

（2）检验槽底持力层土质与勘察报告是否相符。参加验槽的各方负责人需下到槽底，依次逐段检验，发现可疑之处，用铁铲铲出新鲜土面，用土的野外鉴别方法进行鉴定。

（3）审阅施工单位的钎探记录并做现场对比钎探，检验钎探记录的正确性，判别地基土质是否均匀。对异常点需找出分布范围，总结分布规律并查明原因。如局部存在古井、菜窑、坟穴、河沟等不良地基，则还需用钎探等方法查明其深度。

（4）研究决定地基基础方案是否需要修改以及局部异常地基处理方案。

3．验槽的方法

验槽的方法以肉眼观察为主，并辅以轻便触探、钎探等方法。观察时应重点关注柱基、墙角、承重墙下或其他受力较大的部位，观察槽底土的颜色是否均匀一致，土的坚硬程度是否一样，有无局部含水量异常现象等。

4．验槽的注意事项

（1）验槽前应完成合格钎探，提供验槽的数据。

（2）验槽应尽早完成，基槽挖好立即组织验槽。避免下雨泡槽、冬季冰冻等不良影响。

（3）槽底设计标高位于地下水位以下较深时，必须做好基槽排水，保证槽底不泡水。

（4）验槽时应验看新鲜土面，清除超挖回填的虚土。冬季冻结的表土和夏季日晒后的干土看似很坚硬，但都是虚假状态，应用铁铲铲去表层再检验。

拓展实训

一、填空题

1．建筑物的岩土工程勘察一般划分为四个阶段，即______________ 、______________ 、______________ 和______________。

2．岩土工程勘察的主要方法有______________ 、______________ 、______________ 等。

3．勘察程序包括 ______________、______________ 、______________ 、 ______________、______________ 、 ______________。

4．室内土工试验包括 ______________、______________ 、 ______________。

5．常用的勘探方法有______________ 、______________ 、______________ 等。

6．岩土工程勘察等级可分为 ______________级。

二、简答题

1．岩土工程地质勘察一般可划分为哪几个阶段？各阶段的具体任务是什么？

2．岩土工程勘察的目的是什么？

3．简述岩土工程勘察的方法。

4．验槽的目的是什么？验槽的内容有哪些？

5．验槽的方法有哪些？

课外学习指要

（1）中华人民共和国国家标准．GB50021—2001岩土工程勘察规范（2009年版）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2004．

（2）中华人民共和国国家标准．GB／T50123—1999 土工试验方法标准[S]．北京：中国计划出版社，1999．