10公路工程地质勘察教案Word格式文档下载.docx
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一、新建公路工程地质勘察
（一）新建公路工程地质勘察的内容
1.路线工程地质勘察
主要查明与路线方案及路线布设有关的地质问题。
选择地质条件相对良好的路线方案，在地形、地质条件复杂的地段，重点调查对路线方案与路线布设起控制作用的地质问题，确定路线的合理布设。
2.路基、路面工程地质勘察
亦称沿线地质土质调查。
在初勘、定测阶段，根据选定的路线位置，对中线两侧一定范围的地带，进行详细的工程地质勘察，为路基路面的设计与施工提供工程地质和水文地质资料。
3.桥涵工程地质勘察
按初勘、详勘阶段的不同深度要求，进行相应的工程地质勘察，为桥涵的基础设计提供地质资料。
大、中桥桥位多是路线布设的控制点，常有比较方案。
因此，桥梁工程地质勘察一般包括两项内容：
一是对各比较方案进行调查，配合路线、桥梁专业人员，选择地质条件比较好的桥位；
二是对选定的桥位进行详细的工程地质勘察，为桥梁及其附属工程的设计和施工提供所需要的地质资料。
4.隧道工程地质勘察
隧道多是路线布设的控制点且影响路线方案的选择。
通常包括两项内容：
一是隧道方案与位置的选择，包括隧道与展线或明挖的比较；
二是隧道洞口与洞身的勘察。
5.天然筑路材料工程地质勘察
修建公路需要大量的筑路材料，其中绝大部分都是就地取材，如石料、砂、粘土、水等。
这些材料质量的好坏和运输距离的远近，直接影响工程的质量和造价，有时还会影响路线的布局。
筑路材料勘察的任务是充分发掘、改造和就近利用沿线的一切材料对分布在沿线的天然筑路材料和工业废料，按初勘和详勘阶段的不同深度进行勘察，为公路设计提供筑路材料的资料。
（二）新建公路地质勘察资料整理
1.全线工程地质说明书
（1）
序言，说明勘察工作的目的、依据、起讫时间、完成情况、主要的工作方法、现有资料利用及有必要说明的问题。
（2）
描述自然地理、地层、地质构造等工程地质条件的情况及对公路的影响。
（3）
地震烈度的分析，并提出抗震措施。
（4）
筑路材料分布、种类、质量、蕴藏量、开采条件及供应方式等。
（5）
说明小桥涵及其它人工构造物的基础地质情况。
（6）
关于岩土物理力学指标的分析评价。
（7）
各比选方案的工程地质评价和方案选择。
（8）
提出全线主要工几程地质问题的处理意见。
2.工程地质平面图
当控制路线选择的路段地质条件复杂时，应绘制地质平面图。
（1）岩层分界线及成因、时代、产状。
（2）地质构造线，如节理、裂隙、断裂、褶曲等。
3.添绘路线纵断面图中的地质说明
主要表明地貌、岩性特征以及土石分类等。
4.各类测试原始资料的汇总分析
勘察资料按各种不同勘察方法和不同测试资料，分类汇总成册。
气象资料、气温、风、降水量、冻结、雪等汇总。
对不良地质地段做专项资料汇总。
二、改建公路工程地质勘察
（一）改建公路工程地质勘察内容
1.收集沿线的地形、地貌、工程地质、水文地质、气象、地震等资料。
2.收集有关桥梁、隧道和防护、排水等构造物的新建、改建或加固工程所需的地质资料。
3.收集原有公路路况资料。
4.调查原有公路的路基、路面、小桥涵等人工构造物的状况及病害，研究病因及防治的效果。
对原有公路的工程地质、不良地质地段的道路病害应力求根治。
5.当路线因提高等级或绕避病害而另选新线的路段，应按新建公路的要求进行工程地质勘察工作。
（二）改建公路工程地质勘察的资料要求
1.工程地质说明书:
全线工程地质说明书，主要论证沿线工程地质条件，评价对原有工程的利用程度；
不良地质、特殊岩土及其它道路病害路段的工点说明，应论证地质现象特征及提出治理方案；
原有公路等级、历史和现状、现有交通量及其组成、交通量的增长率和公路适应情况；
路基、路面的现状和不符合改建技术标准路段的主要问题；
原有路基、路面、桥涵等的加固、加宽、接茬等处的工程地质特征；
沿线筑路材料的分布及采运条件。
2.不良地质、特殊岩土、路基病害等有关项目的调查表;
3.原有路面整体补强测试图表;
4.工程地质图，按新建公路地质图的有关规定编制;
5.勘探、试验、调查等资料。
10.1.3工程地质勘察的主要方法
工程地质勘察的方法主要有工程地质测绘（详见第9章）、工程地质勘探、地球物理勘探、工程地质试验、工程地质长期观测等。
一、工程地质勘探
在工程地质勘察过程中，当露头不好，不能判别地下隐蔽的地质情况时，可采用工程地质勘探，此项工作一般在工程地质调查与测绘的基础上，通过采用物探、简易钻探、钻探、原位测试等综合方法进行。
工程地质勘探的主要任务是探明地下有关地质情况，如地层、岩性、断裂构造、地下水位、滑动面位置等。
为深部取样及现场原位试验提供场所，利用勘探坑孔可以进行某些项目的长期观测工作以及物理地质现象处理工作。
1.挖探
挖探是工程地质勘探中最常用的一种方法，可分为坑探和槽探。
它就是用人工或机械方式进行挖掘坑、槽，以便直接观察岩土层的天然状态以及各地层之间接触关系等地质结构，并能取出接近实际的原状结构土样，该方法的特点是地质人员可以直接观察地质结构细节，准确可靠，且可不受限制地取得原状结构试样，因此对研究风化带、软弱夹层、断层破碎带有重要的作用，常用于了解覆盖层的厚度和特征。
它的缺点是可达的深度较浅，易受自然地质条件的限制。
（1）坑探
垂直向下掘进的土坑。
浅者称试坑，深者称探井。
断面一般采用1.5mx1.0m的矩形，深度一般为1.5-2.0m，探井深度为2-4m。
坑探用以揭示覆盖层的厚度和性质。
（2）槽探
是一种长槽形开口的坑道，宽0.6一1.0m，长度视需要而定，深小于3m。
常用于追索构造线，查明坡积层、残积层的厚度和性质，揭露地层层序等。
2.简易钻探
是公路工程地质勘探中经常采用的方法，优点是：
体积小，操作简便，进尺较快，劳动强度小。
缺点是不能采用原状土样，在密实或坚硬地层内不易钻进或不能使用。
常用的简易钻探工具有洛阳铲、锥探和小螺纹钻等，其中小螺纹钻是用人工加固回转转进的，适用于粘性土地层，采取扰动土样，钻进深度小于4一6m。
3.钻探
钻探是指用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地表下地层，并可以沿孔深取样的一种勘察方法。
在工程地质勘探中，钻探是直接了解地下地质情况，广泛采用的重要手段。
它可以获得深部地层的可靠地质资料，钻探主要用于桥梁、隧道及大型滑坡等不良地质现象的勘探。
（l）钻探的基本步骤
破碎岩土
使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩土块或岩土芯的现象，岩土借助冲击力、剪切力、研磨和压力来实现破碎。
采取岩土
用冲洗液（或压缩空气）将孔底破碎的碎屑冲到孔外，或者用钻具靠人力或机械将孔底的碎屑或岩芯取出地面。
保全孔壁
为了顺利进行钻探工作，必须保护好孔壁，不使坍塌。
一般采用套管或泥浆来护壁。
（2）钻探要求
钻孔按技术要求可分为技术性钻孔和一般钻孔。
一般钻孔多是为工程需要而布置的，无论从深度上还是取样要求方面低于技术性钻孔。
技术性钻孔要布置在地貌、地质构造、地层变化大且具有代表性的部位，采取原状土样。
钻孔深度，一般以结构物类型、工程规模、岩土类别、持力层深度、桥涵及防护等工程基础深度、隧道埋置深度和其它工程处理深度而定，以满足能评价工程地质条件，确定适宜的基础类型和埋深。
（3）钻探方法
钻探根据钻进时破碎岩石的方法，可分为冲击钻进、回转钻进、冲击一回转钻进、振动钻进、冲洗钻进。
冲击钻进是利用钻具的自重，反复自由下落的冲击力，是钻头冲击孔底以破碎岩石而逐渐钻进，不能取得完整岩芯。
回转钻进是利用钻具回转，是钻头的切刃或加研磨材料削磨岩石而不断钻进，机械回转钻进可适用于软硬不同的地层。
冲击一回转钻进的钻进过程是在冲击与回转综合作用下进行的。
适用于各种不同的地层，能采取岩芯，在工程地质勘察中应用也较广泛。
振动钻进是利用机械动力所产生的振动力，使土的抗剪强度降低，借振动器和钻具的自重，切削孔底土层不断钻进。
冲洗钻探是通过高压射水破坏孔底土层从而实现钻进。
该方法适用于砂层、粉土层和不太坚硬粘土层，是一种简单快速的钻探方式。
但该方法冲出地面的粉屑往往是各种土层的混合物，代表性很差，给地层的判断、划分带来困难，因此一般情况下不宜采用。
（4）钻探成果
钻探的成果可用钻孔柱状图来表示，图中应标出地质年代、岩土层埋藏深度、岩土层厚度、岩土层底部绝对标高、岩土的描述、柱状图、地下水位、测量日期、岩土取样位置等内容，其比例尺一般为l：
100一1:
500，如图10-1所示。
图10-1
钻孔的地质柱状图示例
4.地球物理勘探（物探）
地球物理勘探简称物探，‘它是通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件。
各种地球物理场有电场、重力场、磁场、弹性波的应力场、辐射场等。
由于组成地壳的不同岩层介质往往在密度、弹性、导电性、磁性、放射性及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应的地球物理场的相应变化。
通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知地质资料进行分析研究，就可以达到推断地质性状的目的。
物探方法具有速度快、效率高、成本低、搬运轻便等特点，应用较广泛。
但是物探是一种间接的勘探手段，特别当地质体的物理性质差异不太大时，其成果较粗略，故应与其它勘探手段配合使用，则效果更好。
（l）常用的物探方法有电法勘探、地震波勘探、声波勘探、测井等。
在公路工程地质勘察中常用的是电法勘探和弹性勘探。
表10-1几种常见的地球物理勘探方法简述
①电法勘探，简称电探，是利用仪器测定人工或天然电场中岩土导电性的差异来识别地下地质情况的一种物探方法。
电探的方法有很多种，其中常用的是电测深法和电测剖面法。
电测深法是在地表固定一点为中心测点，逐渐增大供电极的距离，就可以测得地下不同深度处的视电阻率，从而推断出不同深度的地质情况。
用此法可以查明覆盖层、风化层、冻土层的厚度，查明含水层和古河道、掩埋冲积扇的位置，查明溶洞位置及大小，查明滑坡体的滑床的位置，探寻天然建筑材料等。
电测剖面法是以测量电极和供电极间距保持不变，而将测点沿一定剖面线移动，逐点进行电阻率测量，所测得的视电阻值就表示某一深度范围内岩层沿剖面方向上的变化情况。
用此法可以查明陡倾的岩层、断层、含水层、古河道、暗河位置。
②弹性波勘探，是利用人工激发震动，研究弹性波在地质体中的传播规律，以判断地下情况和岩体的特性和状态。
弹性波勘探包括地震勘探和声波勘探。
地震勘探法用人工震源在岩体中产生弹性波，可探测大范围内覆盖层厚度和基岩起伏，探查含水层．追索古河道位置，查寻断层破碎带，测定风化层厚度和岩土的弹性参数等。
声波勘探法原理同上，但只能探测小范围内的岩体，如地下洞室围岩进行分类，测定围岩松动圈，检查混凝土和帷幕灌浆质量，划分岩体和钻孔地层剖面等。
（2）物探的应用
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，自钻孔之间增加地球物理勘察点，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、土对金属的腐蚀等参数。
（3）物探的注意事项
物探工作的测区，一般不宜超过地质测绘的范围，但对物探解释和有对比价值的点，可不受此限制；
在测区内测线的方向、间距及测点的疏密、激发点与接收点的距离与布置形式，应按物探方法并结合地形等情况确定，以减少影响地质解释精度的因素；
物探网的最佳布置方案应沿路线中线、桥梁、隧道轴线方向布设测线；
不同的地质体或构造，应有2一3条物探测线穿过，每条测线上至少有3个以上的测点，地质条件复杂时可适当加密。
二、试验
工程地质试验是取得工程设计所需的各项计算指标数值的重要手段和依据，是对土石工程性质进行定量评价时必不可少的方法。
工程地质调查测绘与勘探工作，只能对土石的工程性质进行定性的评价，要进行准确的定量评价必须通过试验工作。
工程地质试验分为室内试验和野外试验两种。
室内试验是通过仪器对采集的样品进行测试、分析，取得所需数据；
野外试验结合工程实际情况在原位进行，亦称原位测试。
（一）室内试验
包括岩、土的物理、水理、力学、化学等试验内容，室内试验一般在中心试验室进行。
如工程规模大，试验多，可考虑在现场设置工地试验室，就地进行试验。
室内试验虽然具有边界条件、排水条件和应力路径容易控制的优点，但是由于试验需要取试样，而土样在采集、运送、保存和制备等方面不可避免地受到不同程度的扰动，特别是对于饱和状态的砂质粉土和砂土，可能根本取不上土样，这使测得的力学指标严重“失真”。
因此，为了取得可靠的力学指标，在工程地质勘察中，必须进行一定的相应数量的野外现场原位试验。
（二）工程地质原位测试
测试的主要项目有：
载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯人试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场剪切试验、波速测试、岩土原位应力测试、块体基础振动测试等。
1．载荷试验
载荷试验就是在一定面积的承压板上向地基逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基变形特性，从而评定地基的承载力，计算地基的变形模量并预测实体基础的沉降量。
它反映的是承压板以下1.5一2.0倍承压板直径或宽度范围内地基强度、变形的综合性状。
由此可见，该种方法犹如基础的一种缩尺真型试验，是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法，因而利用其成果确定的地基容许承载力最可靠、最有代表性。
当试验影响深度范围内土质均匀时，此法确定该深度范围内土的变形模量也比较可靠。
（l）按承压板的形状，载荷试验可以分为平板载荷试验和螺旋板载荷试验。
其中，平板载荷试验适用于浅层地基，螺旋板载荷试验适用于深层地基和地下水位以下的土层，常规的载荷试验是指平板载荷试验。
（2）载荷试验目的
确定地基土的临塑荷载、极限承载力，为评定地基土的承载力提供依据，这是载荷试验的主要目的；
确定地基上的变形模量、不排水抗剪强度和地基土基床反力系数。
2．静力触探试验
静力触探（CPT）是用静力将探头以一定的速率压人土中，同时用压力传感器或直接用量测仪表测试土层对探头的贯入阻力，以此来判断、分析地基土的物理力学性质。
（l）静力触探具有测试连续、快速，效率高，功能多，兼有勘探与测试双重作用的优点，测试数据精度高，再现性好。
静力触探试验适用于粘性土、粉土、疏松到中密的砂土，但对碎石类土和密实砂土难以贯人，也不能直接观测土层。
（2）静力触探试验的目的
划分土层和定名；
估算地基土的物理力学参数；
评定地基土的承载力；
选择桩基持力层，估算单桩极限承载力，判断沉桩可能性。
3．动力触探
动力触探（DPT）是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打人土中，根据每打入土中一定深度所需的能量来判定土的性质，并对土进行分层的一种原位测试方法。
所需的能量体现了土的阻力大小，一般可以以锤击数来表示。
（l）动力触探试验具有设备简单、操作及测试方法简便、适用性广等优点，对难以取样的砂土、粉土、碎石土，对静力触探难以贯人的土层，动力触探是一种非常有效的勘探测试手段。
它的缺点是不能对土进行直接鉴别描述，试验误差较大。
（2）适用范围和目的
动力触探适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石和各类土。
它可应用于以下目的：
划分土层；
确定土的物理力学性质，如确定砂土的密实度和粘性土的状态；
评定地基土和桩基承载力；
估算土的强度和变形参数等。
4．标准贯人试验
标准贯人试验（SPT）是利用一定的锤击动能，将一定规格的贯人器打人钻孔孔底的土层中，根据打人土层中所需的能量来评价土层和土的物理力学性质。
标准贯人试验中所需的能量用贯人器贯人土层中30cm的锤击数N63.5来表示，一般写作N称为标贯击数。
标准贯人试验实质上是动力触探试验的一种。
它和动力触探的区别主要是它的触探头不是圆锥形，而是标准规格的圆筒形探头，由两个半圆管合成，且其测试方式有所不同，采用间歇贯人方法。
（l）标准贯人试验的优点是设备简单，操作方便，土层的适应性广，且贯人器能取出扰动土样，从而可以直接对土进行鉴别。
（2）标准贯入试验适用于砂土、粉土和一般粘性土。
它适用于评价砂土的紧密状态和粉土、粘性土的稠度状态，评价土的强度参数、变形参数、地基承载力、单桩极限承载力、沉桩可能性、判定砂土和粉质粘土的液化等。
5十字板剪切试验
十字板剪切试验（VST）是用插人软粘土中的十字板头，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。
它是一种快速测定饱和软粘土层快剪强度的一种简单而可靠的原位测试方法。
这种方法测得的抗剪强度值相当于试验深度处天然土层的不排水抗剪强度，在理论上它相当于三轴不排水剪的粘聚力值或无侧限抗压强度的一半（明＝0）。
（l）十字板剪切试验具有对土扰动小、设备轻便、测试速度快、效率高等优点，因此在我国沿海软土地区被广泛使用。
（2）适用的范围和目的
十字板剪切试验适用于饱和软粘土。
应用的目的：
计算地基承载力；
确定桩的极限端承力和摩擦力；
确定软土地区路基、海堤、码头、土坝的临界高度；
判定软土的固结历史。
三、长期观测
长期观测主要指短期内不能查明的，需要进行多年的季节性观测工作才能掌握其变化规律的工程地质条件。
观测工作可以在勘测设计阶段进行，也可以在施工阶段进行，还可以在运营阶段进行。
长期观测针对工程需要进行安排，主要内容有以下几方面：
（l）对不良地质活动情况的观测与监测；
（2）对岩土受到施工作用及其反应情况的监测；
（3）对施工和运营使用期的工程监测；
（4）对环境条件在施工过程中可能发生的变化进行监测。
工程地质勘察过程中，外业的测绘、勘察和试验等成果资料，应及时整理，绘制草图，以便随时指导补充、完善野外勘察工作。
勘察末期，应系统、全面地综合分析全部资料，以修改补充勘察中编绘的草图，然后编制止式的文字报告和图件等。
它可为规划、设计、施工部门提供参考，是最重要的基础资料。
10.1.4勘察资料的内业整理
一、工程地质勘察报告书
在工程地质勘察的基础上，根据勘测设计阶段任务书的要求，结合各工程特点和建筑区工程地质条件编写工程地质勘察报告书。
它是整个勘察工作的总结，内容力求简明扼要，清楚实用，论证确切，并能正确全面地反映当地的主要地质间题。
1．工程地质勘察成果报告的内容
工程地质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，主要包括以下内容：
（1）勘察目的、要求和任务；
（2）拟建工程概述；
（3）勘察方法和勘察任务布置；
（4）场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质、地下水、不良地质现象的描述与评价；
（5）场地稳定性和适宜性的评价；
（6）岩土参数的分析与选用；
（7）岩土利用、整治、改造方案；
（8）工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题的预测、监控和预防措施的建议；
（9）必要的图件。
2．单项报告内容
除综合性岩土工程勘察报告外，也可根据任务要求，提交单项报告，主要有：
（1）岩土工程测试报告；
（2）岩土工程检验或监测报告；
（3）岩土工程事故调查与分析报告；
（4）岩土利用、整治或改造方案报告；
（5）专门岩土工程问题的技术咨询报告。
二、工程地质图表
工程地质勘察报告应附必要的图表，这些图表是根据各勘察设计阶段的测绘、勘探和试验所得资料，进行分析整理编制而成的。
几种常用的图表有：
1．综合工程地质平面图
简称工程地质图，在图中表示与工程有关的各种地质条件，如」世形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、物理地质作用现象等，并对工程建筑场地进行综合评价。
2．勘探点平面布置图
勘探点平面布置图是在地形图上标明工程建筑物、各勘探点（包括探井、探槽、钻孔等）、各现场原位测试点以及勘探剖面线的位置，并注明各勘探点、原位测试点的坐标及高程。
3．地层综合柱状图
反映场地（或分区）的地层变化情况，在图上标明层厚、地质年代，并对岩土的特征和性质进行概括的描绘，有时还附有各岩土层的物理力学性质指标。
4．工程地质剖面图
以地质剖面图为基础，反映地质构造、岩性、分层、地下水埋藏条件、各分层岩土的物理力学性质指标等。
它的绘制依据是各勘探点的成果和土工试验成果。
由于勘探线的布置常与主要地貌单元或地质构造轴线相垂直或与建筑物轴线相垂直，因此工程地质剖面图能最有效地揭示场地地质条件。
5．土工试验成果表
主要有抗剪强度线、压缩曲线等，一般由土工试验室提供。
6．现场原位测试图件
包括载荷试验、标准贯人试验、十字板剪切试验等的成果图件。
7.其它专门图件
对于特殊地质条件及专门性工程，根据各自的特殊需要，绘制相应的专门图件等。
10.2公路路基工程地质勘察
公路路基包括路堑、路堤等，路基的主要工程地质问题是：
路基边坡稳定性问题；
路基基底稳定性问题；
公路冻害问题以及天然建筑材料问题等。
一、公路选线的工程地质论证
公路是线性建筑物，在数百甚至数千公里的路线上常遇到各式各样的工程地质问题。
如公路沿线山高谷深，地质复杂，不良地质现象发育，或道路要穿过大溶洞和暗河等，这些均说明了在选线中重视工程地质条件的必要性，只有根据地质环境的具体条件才能选出技术可靠而又经济合理的路线。
在选线中，工程地质工作的主要任务是查明各比较路线方案沿线的工程地质条件。
在满足设计规范要求的前提下，经过技术经济比较，选出最优方案。
路线一经选定，对今后的运营则带来长期而深远的影响，一旦发现问题而改线，即使局部改线，都会造成很大的浪费。
因此，选线的任务是繁重的，技术上是复杂的，必须全面而慎重地考虑。
路线的基本类型及其特点如下：
（1）沿河线
其优点是坡度缓，路线顺直，工程简易，挖方少，施工方便。
但在平原河谷选线常遇有低地沼泽、洪水危害；
而丘陵河谷的坡度大，阶地常不连续，河流冲刷路基，泥石流淹埋路线，遇支流时需修较大桥梁。
山区河谷，弯曲陡峭，阶地不发育，开挖方量大，不良地质现象发育，桥隧工程量大。
（2）山脊线
其优点是地形平坦，挖方量少，无洪水，桥隧工程量少。
但山脊宽度小，不便于工程布置和施工。
有时地形不平，地质条件复杂。
若山脊全为土体
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