工程地质勘探方法

为了查明地下岩土性质、分布及地下水等条件,需要进行工程地质勘探。勘探是工程地质勘察的常用手段,它是在地面的工程地质测绘和调查所取得的各项定性资料的基础上,进一步对场地地质条件进行定量的评价。勘探包括坑探、钻探和地球物理勘探等。勘察中具体勘探方法的选择应符合勘察目的、要求和岩土的特性,力求以合理的工作量达到应有的技术效果。下面介绍工业与民用建筑中常用的几种工程地质勘探方法。

1.坑探

坑探是在建筑场地挖深井(槽)以取得直观资料和原状土样,这是一种不必使用专门机具的常用勘探方法。当场地地质条件比较复杂时,利用坑探能直接观察地层的结构和变化,但坑探可达的深度较浅。

探井的平面形状一般采用1.5×1.0m的矩形或直径为0.8～1.0m的圆形,其深度视地层的土质和地下水埋藏深度等条件而定,一般为2～3m。

在探井中取样时,先在井底或井壁的指定深度处挖一土柱,土柱的直径必须稍大于取土筒的直径[图7-1(a)],然后将土柱顶面削平,放上两端开口的金属筒并削去筒外多余的土,一面削土一面将筒压入,直到筒已完全套入土柱后切断土柱。削平筒两端的土体,盖上筒盖,用熔蜡密封后贴上标签,注明土样的上下方向,如图7-1(b)所示。

图7-1　坑探示意图
(a)在探井中取原状土样;(b)原状土样

探井、探槽开挖过程中,应根据地层情况、开挖深度、地下水位情况采取井壁支护、排水、通风等措施。在多雨季节施工时,井、槽口应设防雨棚,开排水沟,防止雨水流入或浸润井壁。土石方不能随意弃置于井口边缘,一般堆土区应布置在下坡方向离井口边缘不少于2m的安全距离。另外,勘探结束后,探井、探槽必须妥善回填。

对探井、探槽除文字描述记录外,还应以剖面图、展示图等反映井、槽壁和底部的岩性、地层分界、构造特征、取样和原位试验位置,并辅以代表性部位的彩色照片。

2.钻探

钻探是勘探方法中应用最广泛的一种。它采用钻机在地层中钻孔,以鉴别和划分土层、观测地下水位,并采取原状土样和水样以供室内试验,确定土的物理、力学性质指标和地下水的化学成分。土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试得到。

按动力来源钻探可分为人工钻和机动钻,人工钻仅适用于浅部土层,机动钻适用于任何土层。钻探的钻进方式可以分为回转式、冲击式、振动式、冲洗式四种。每种钻进方法各有其特点,分别适用于不同的地层,适用范围见表7-8。

表7-8　钻探方法的适用范围

钻探口径应按钻探任务、地质条件和钻进方法综合考虑确定。用于鉴别及划分土层,钻孔直径不宜小于33mm;取不扰动土样段的孔径不宜小于108mm;取岩样段的孔径:硬质岩不宜小于89mm,软质岩不宜小于108mm。当需要确定岩石质量指标RQD时,应采用75mm直径(N型)双层岩芯管,并采用金刚石钻头。

岩芯钻探的岩芯采取率应尽量提高,对完整和较完整岩体不应低于80%,较破碎和破碎岩体不应低于65%;对需要重点查明的部位(如滑动带、软弱夹层等)应采用双层岩芯管连续取芯。

钻孔的记录和编录应符合下列要求:

(1)野外记录应由经过专业训练的人员承担,记录应真实、及时,按钻进回次逐段填写,严禁事后追记;

(2)钻探现场可采用肉眼鉴别和手触方法,有条件或勘察工作有明确要求时,可采用微型贯入仪等定量化、标准化的方法;

(3)钻探成果可用钻孔野外柱状图或分层记录表示,岩土芯样可根据工程要求保存一定期限或长期保存,也可拍摄岩芯、土芯彩照纳入勘察成果资料。

3.地球物理勘探

地球物理勘探是在地面、空中、水上或钻孔中用各种仪器量测物理场的分布情况,对其数据进行分析解释,结合有关地质资料推断预测地质体性状的勘探方法,简称“物探”。

应用地球物理勘探方法时,应具备下列条件:

(1)被勘探对象与周围物理介质之间有明显的物理性质差异;

(2)被勘探对象具有一定的埋藏深度和规模,且地球物理异常有足够的强度;

(3)能抑制干扰,区分有用信号和干扰信号;

(4)在具有代表性地段进行过有效性试验。

地球物理勘探根据地质体的物理场不同可分为电法勘探、地震勘探、磁法勘探、重力勘探、放射性勘探等。它主要用来配合钻探,减少钻探的工作量。作为钻探的先行手段,可以了解隐蔽的地质界线、界面或异常点;作为钻探的辅助手段,在钻孔之间内插地球物理勘探点,可以为钻探成果的内插、外推提供依据。