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關(guān)鍵詞:巖土工程;勘察方法
Abstract: This paper carries on the analysis to the investigation of geotechnical engineering problems, and puts forward the corresponding measures.
Key words: geotechnical engineering investigation;
中圖分類號(hào):TU74
引言: 巖土工程勘察工作研究的主要對(duì)象是地基和基礎(chǔ)以及地下工程的關(guān)系。由于地基土是因地而異的,在接受一項(xiàng)巖土工程勘察任務(wù)時(shí),必須明確該工程的主要技術(shù)矛盾是什么,需要解決哪些主要技術(shù)問(wèn)題。在對(duì)設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)要求以及建筑物荷載情況了如指掌的情況下,在巖土工程勘察實(shí)施過(guò)程中,根據(jù)工程的具體情況,就基礎(chǔ)及地下工程的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題,給以充分的論證和分析,最終提出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的解決方案。只有這樣,巖土工程勘察才能提高勘察成果質(zhì)量,才能有較大的市場(chǎng)。
一、巖土工程勘察的方法
1.工程地質(zhì)測(cè)繪。工程地質(zhì)測(cè)繪是巖土工程勘察的基礎(chǔ)工作,一般在勘察的初期階段進(jìn)行。這一方法的本質(zhì)是運(yùn)用地質(zhì)、工程地質(zhì)理論,對(duì)地面的地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察和描述,分析其性質(zhì)和規(guī)律,并藉以推斷地下地質(zhì)情況,為勘探、測(cè)試工作等其他勘察方法提供依據(jù)。在地形地貌和地質(zhì)條件較復(fù)雜的場(chǎng)地,必須進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪但對(duì)地形平坦、地質(zhì)條件簡(jiǎn)單且較狹小的場(chǎng)地,則可采用調(diào)查代替工程地質(zhì)繪。工程地質(zhì)測(cè)繪是認(rèn)識(shí)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法,高質(zhì)量的測(cè)繪工作能相當(dāng)準(zhǔn)確地推斷地下地質(zhì)情況,起到有效地指導(dǎo)其他勘察方法的作用。
2 .勘探。勘探工作包括物探、鉆探和坑探等各種方法。它是被用來(lái)調(diào)查地下地質(zhì)情況的并且可利用勘探工程取樣進(jìn)行原位測(cè)試和監(jiān)測(cè)。應(yīng)根據(jù)勘察目的及巖土的特性選用上述各種勘探方法。物探是一種間接的勘探手段,它的優(yōu)點(diǎn)是較之鉆探和坑探輕便、經(jīng)濟(jì)而迅速,能夠及時(shí)解決工程地質(zhì)測(cè)繪中難于推斷而又急待了解的地下地質(zhì)情況,所以常常與測(cè)繪工作配合使用。它又可作為鉆探和坑探的先行或輔助手段。但是,物探成果判釋往往具多解性,方法的使用又受地形條件等的限制,其成果需用勘探工程來(lái)驗(yàn)證。鉆探和坑探也稱勘探工程,均是直接勘探手段,能可靠地了解地下地質(zhì)情況,在巖土工程勘察中是必不可少的。其中鉆探工作使用最為廣泛,可根據(jù)地層類別和勘察要求選用不同的鉆探方法。當(dāng)鉆探方法難以查明地下地質(zhì)情況時(shí),可采用坑探方法??犹焦こ痰念愋洼^多,應(yīng)根據(jù)勘察要求選用??碧焦こ桃话愣夹枰?jiǎng)佑脵C(jī)械和動(dòng)力設(shè)備,耗費(fèi)人力、物力較多,有些勘探工程施工周期又較長(zhǎng),而且受到許多條件的限制。因此使用這種方法時(shí)應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn),布置勘探工程需要以工程地質(zhì)測(cè)繪和物探成果為依據(jù),切避盲目性和隨意性。
3. 原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)。原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)的主要目的, 是為巖土工程問(wèn)題分析評(píng)價(jià)提供所需的技術(shù)參數(shù),包括巖土的物性指標(biāo)、強(qiáng)度參數(shù)、固結(jié)變形特性參數(shù)、滲透性參數(shù)和應(yīng)力、應(yīng)變時(shí)間關(guān)系的參數(shù)等。原位測(cè)試一般都藉助于勘探工程進(jìn)行,是詳細(xì)勘察階段主要的一種勘察方法。原位測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是試樣不脫離原來(lái)的環(huán)境,基本上在原位應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)所測(cè)定的巖土體尺寸大,能反映宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)巖土性質(zhì)的影響,代表性好。試驗(yàn)周期較短,效率高尤其對(duì)難以采樣的巖土層仍能通過(guò)試驗(yàn)評(píng)定其工程性質(zhì)。缺點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力路徑難以控制、邊界條件也較復(fù)雜有些試驗(yàn)耗費(fèi)人力、物力較多,不可能大量進(jìn)行。室內(nèi)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)條件比較容易控制邊界條件明確,應(yīng)力應(yīng)變條件可以控制等入可以大量取樣。
4 .現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與監(jiān)側(cè)。現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)的主要目的在于保證工程質(zhì)量和安全,提高工程效益?,F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的涵義,包括施工階段對(duì)先前巖土工程勘察成果的驗(yàn)證核查以及巖土工程施工監(jiān)理和質(zhì)量控制?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)朋則主要包含施工作用和各類荷載對(duì)巖土反應(yīng)性狀的監(jiān)測(cè)、施工和運(yùn)營(yíng)中的結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)和對(duì)環(huán)境影響的監(jiān)測(cè)等方面。檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)所獲取的資料,可以反求出某些工程技術(shù)參數(shù),井以此為依據(jù)及時(shí)修正設(shè)計(jì),使之在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)化。
二、巖土工程勘察常見(jiàn)的問(wèn)題
1 .勘察質(zhì)量不高。目前許多勘察單位已實(shí)行企業(yè)化,由原來(lái)的行政撥款改為自負(fù)盈虧,勘察任務(wù)也由原來(lái)的上級(jí)下達(dá)改為單位自找。于是,有的勘察單位為了眼前利益,放松了對(duì)勘察質(zhì)量的管理,造成勘察成果質(zhì)量下降。主要表現(xiàn)有:第一,由于勘察工作量不足,為了能爭(zhēng)取任務(wù),只好壓低預(yù)算價(jià),但又要利潤(rùn),就減少工作量,該做的項(xiàng)目不做或者少做;其次,是鉆探、測(cè)試及取樣不符合規(guī)范要求,現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí),為了搶速度,鉆探取樣不執(zhí)行規(guī)范,往往是2~3m才提一次鉆,結(jié)果往往造成分層位置不準(zhǔn)確,或漏掉一些特殊的地質(zhì)現(xiàn)象,如薄的軟弱透鏡體,小裂隙等。此外取樣時(shí),有的不用取樣器,而直接從巖芯管中取原狀土樣。更有甚的是個(gè)別單位原位測(cè)試時(shí),現(xiàn)場(chǎng)只做少量幾個(gè),其余的照此編造了事。
2. 勘察綱要編制不完整。部分單位勘察綱要內(nèi)容不完整,甚至未經(jīng)審核審定就施工。也沒(méi)有勘探點(diǎn)平面布置圖。個(gè)別單位甚至無(wú)勘察綱要。責(zé)任人簽名或儀器編號(hào)填寫不全。如室內(nèi)土工試驗(yàn)、野外施工記錄、靜探試驗(yàn)記錄缺責(zé)任者簽名及試驗(yàn)日期,缺乏可追溯性,部分漏簽、部分自動(dòng)記錄靜探數(shù)據(jù)無(wú)責(zé)任人簽名。不少單位對(duì)勘察原始資料的校審未真正落到實(shí)處少數(shù)單位原始資料歸檔制度不完善,有的原始資料缺失。
3 .忽視生態(tài)環(huán)境的論證。一些勘察單位對(duì)巖土工程設(shè)計(jì)、施工論證不足,其結(jié)果是導(dǎo)致災(zāi)難性后果。如建筑場(chǎng)地四面緊鄰高層建筑物或馬路,對(duì)于這種建筑場(chǎng)地,巖土工程勘察時(shí),除了按高層建筑巖土工程勘察規(guī)定的一般要求進(jìn)行外,還應(yīng)重點(diǎn)論證工程施工及運(yùn)營(yíng)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響,但勘察報(bào)告中常常忽略這方面的工作,致使無(wú)法滿足巖土工程施工及設(shè)計(jì)的要求?;娱_(kāi)挖時(shí)使用的很多技術(shù)手段很難取得預(yù)期效果,反而造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
三、 強(qiáng)化巖土工程勘察的措施
1 .嚴(yán)格執(zhí)行建設(shè)程序、規(guī)范市場(chǎng)行為、推行全程化監(jiān)理科學(xué)的建設(shè)程序應(yīng)當(dāng)遵循“先勘察、后設(shè)計(jì)、再施工”的原則。不按原則辦事,必然會(huì)受到自然規(guī)律的懲罰。一方面必須仰仗政府主管部門按國(guó)家的法律、法規(guī),對(duì)項(xiàng)目招投標(biāo)和實(shí)施過(guò)程中的行為主體進(jìn)行全面有效的監(jiān)督管理,另一方面應(yīng)積極推行工程監(jiān)理全程化,采用事前、事中、事后控制相結(jié)合的方法,最大限度地避免不當(dāng)行為的發(fā)生,保證勘察質(zhì)量和投資效益最大化。
2. 嚴(yán)格市場(chǎng)準(zhǔn)入、盡快實(shí)施注冊(cè)土木工程師制度,加強(qiáng)相關(guān)人員培訓(xùn)經(jīng)過(guò)近年勘察設(shè)計(jì)資質(zhì)換證,對(duì)勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了一定的清理整頓,對(duì)規(guī)范市場(chǎng)起到了一定的作用。但應(yīng)該清醒地看到,我國(guó)的勘察資質(zhì)門檻很低,尤其是打破行業(yè)壁壘后不同行業(yè)間的銜接過(guò)渡尚未完成,以高級(jí)工程師的數(shù)量來(lái)衡量技術(shù)水平不能如實(shí)反映勘察企業(yè)的技術(shù)實(shí)力。建議盡快實(shí)施注冊(cè)土木工程師制度,通過(guò)采用企業(yè)資質(zhì)和個(gè)人執(zhí)業(yè)資質(zhì)雙重控制來(lái)規(guī)范勘察市場(chǎng)、促進(jìn)勘察技術(shù)水平的提高。
3. 加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)單位的質(zhì)量認(rèn)證,健全質(zhì)量管理ISO9001∶2000質(zhì)量管理體系確立了以過(guò)程模式作為標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)??辈煸O(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)通過(guò)有效應(yīng)量管理體系的要求,運(yùn)用過(guò)程方法,采用PDCA循環(huán)進(jìn)行巖土工程勘察的實(shí)施和管理,持續(xù)改進(jìn)。提高勘察設(shè)計(jì)的能力,增加顧客的滿意程度。
【關(guān)鍵詞】巖土工程;勘察報(bào)告;編制程序;技能方法。
前言
巖土工程勘察報(bào)告是建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工的重要依據(jù),報(bào)告是否正確反映工程地質(zhì)條件和巖土工程特點(diǎn),關(guān)系到工程設(shè)計(jì)和建筑施工能否安全可靠,措施得當(dāng),經(jīng)濟(jì)合理。
一、如何提高報(bào)告的編寫能力
1、要具備牢固的地質(zhì)地貌和工程理論地質(zhì)基礎(chǔ)理論方面,主要是巖石學(xué),構(gòu)造地質(zhì)學(xué),第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué),工程地質(zhì)方面,主要是土質(zhì)學(xué),土力學(xué),工程地質(zhì)分析,工程動(dòng)力地質(zhì)學(xué),工程地質(zhì)勘察。
2、要熟悉和把握有關(guān)的規(guī)范規(guī)程規(guī)范規(guī)程既是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),又是技術(shù)的指南,具有很強(qiáng)的勘察工作指導(dǎo)性,對(duì)于國(guó)家的,行業(yè)的,省和地方的有關(guān)規(guī)范規(guī)程,必須熟悉把握,并在具體勘察工作中認(rèn)真執(zhí)行。
3、要了解工作工的地質(zhì)情況對(duì)于勘察地段的區(qū)域地質(zhì),水文地質(zhì),工程地質(zhì)資料,應(yīng)盡可能地搜集并熟悉。對(duì)于鄰近地段已有的工程地質(zhì)勘察資料,也要盡可能了解,以便在勘察工作中發(fā)揮其參考作用。
4、要把握工程設(shè)計(jì)的基本要求和基礎(chǔ)施工的技術(shù)要點(diǎn)只要明確了工程設(shè)計(jì)的基本要求和基礎(chǔ)施工方法,作出的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)才能有的放矢,正確客觀,提出的建議才能合理使用。
5、要切實(shí)保證第一手資料的質(zhì)量巖土工程勘察報(bào)告是工程地勘察的最終成果,一份高質(zhì)量的勘察報(bào)告,必須來(lái)自于高質(zhì)量的第一手原始資料。
6、提高綜合知識(shí)方面的技能,如基本的數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí),文字表達(dá)能力,編圖技巧,綜合分析能力。
二、勘察工程報(bào)告的編制程序
1、外業(yè)和實(shí)驗(yàn)資料的匯集,介入統(tǒng)計(jì),此項(xiàng)工作應(yīng)于外業(yè)結(jié)束后即進(jìn)行,首先應(yīng)檢查各項(xiàng)資料是否齊全,特別是實(shí)驗(yàn)資料是否出全,同時(shí)可編制測(cè)量成果表,勘察工作量統(tǒng)計(jì)表和勘探點(diǎn)平面位置圖。
2、對(duì)照原位測(cè)試和土工試驗(yàn)資料,校正現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄。這是一項(xiàng)很重要的工作,但往往被忽視,從而出現(xiàn)野外定名與實(shí)驗(yàn)資料相矛盾,鑒定砂土的狀態(tài)與原位測(cè)試和實(shí)驗(yàn)資料相矛盾,產(chǎn)生諸如此類的矛盾,或由于野外分層深度和定名不正確,或試驗(yàn)資料不準(zhǔn)確,應(yīng)找出原因,并修改校正,使野外對(duì)巖土的定名或狀態(tài)鑒定與實(shí)驗(yàn)資料和原位測(cè)試數(shù)據(jù)相吻合。
3、編制鉆孔工程地質(zhì)綜合柱狀圖。
4、劃分巖土地質(zhì)層,劃分巖土地質(zhì)層,編制分層統(tǒng)計(jì)表,進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì),地基巖土的分層恰當(dāng)與否,直接關(guān)系到評(píng)價(jià)的正確性和準(zhǔn)確性。因此,此項(xiàng)工作必須按地質(zhì)年代,成因類型,巖性,狀態(tài),風(fēng)化程序,物理力學(xué)特征來(lái)綜合考慮,正確地劃分第一個(gè)單元的巖土層,然后編制分層統(tǒng)計(jì)表,包括中巖土層的分布狀態(tài)和埋藏條件統(tǒng)計(jì)表,以及原位測(cè)試和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的物理力學(xué)統(tǒng)計(jì)表等,最后,進(jìn)行分層試驗(yàn)資料的數(shù)理統(tǒng)計(jì),查算分層承載力。
5、編繪工程地質(zhì)沖面圖和其它專門圖件。
6、編寫文字報(bào)告,按以上順序進(jìn)行工作可減少重復(fù),提高效率,避免差錯(cuò),保證質(zhì)量,在較大的勘察場(chǎng)地或地質(zhì)地貌條件比較復(fù)雜的場(chǎng)地,應(yīng)分區(qū)進(jìn)行勘察評(píng)價(jià)。
三、勘察報(bào)告表論述的內(nèi)容
1、地質(zhì)地貌狀況。地質(zhì)地貌概況林地質(zhì)結(jié)構(gòu),地貌形態(tài),可能對(duì)建筑工程產(chǎn)生潛在不良影響的不良地質(zhì)現(xiàn)象等方面進(jìn)行論述。
2、地基巖土層劃分及其物理力學(xué)性質(zhì)。這一部分是巖土工程勘察報(bào)告著重論述的問(wèn)題,是進(jìn)行工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。A、分層原則。土層可按地質(zhì)時(shí)代 成因類型,巖性,狀態(tài)和物理力學(xué)性質(zhì)區(qū)分,巖層按巖性,風(fēng)化程序,物理力學(xué)性質(zhì)劃分,厚度小且分布局限的可作夾層或透鏡體處理,厚度小而反復(fù)出現(xiàn)的可作互層處理。B、分層編號(hào)方法,分層編號(hào)法有多種。
3、場(chǎng)地穩(wěn)定性。場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)從幾個(gè)方面加以論述,。A、場(chǎng)地所處的地質(zhì)構(gòu)造部分,有無(wú)活斷層通過(guò),附近有無(wú)發(fā)震斷層。B、地震基本烈表。C、場(chǎng)地所在地貌部位如地形平緩程序,是否臨江河湖?;蚺R近陡崖深谷。D、場(chǎng)地及其附近有無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象及其發(fā)展趨勢(shì)如何。E、地層產(chǎn)狀,節(jié)理裂隙產(chǎn)狀,地基土中有無(wú)軟弱下臣層,可液化砂土。F、地下水對(duì)基礎(chǔ)有無(wú)不良影響,報(bào)告還應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治,增強(qiáng)建筑物穩(wěn)定性方面的提出建議。
4、地下水簡(jiǎn)述。地下水是決定場(chǎng)工程地質(zhì)條件的重要因素,勘察報(bào)告中必須論及地下水類型,賦存特征,穩(wěn)定水位,地下水的補(bǔ)給和排泄條件,水位季節(jié)變化以及地下水對(duì)混凝土的侵蝕性等,地下水對(duì)混凝土的侵蝕性,應(yīng)根據(jù)地下水試驗(yàn)分析報(bào)告綜合判定。
四、圖表編制要覽
(一)主要圖件的反映(1)神探點(diǎn)(鉆孔)的平面位置圖。表示的主要內(nèi)容A,建筑平面輪廓B、鉆孔類別,編號(hào),深度和孔口標(biāo)高,座區(qū)分出技術(shù)孔,鑒別孔,抽水試驗(yàn)孔,取水樣孔,地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)孔,專門試驗(yàn)孔。C、剖面線和編號(hào),沖面線應(yīng)沿建筑周邊,中軸線,柱列線,建筑群布設(shè),較大的地工,應(yīng)布設(shè)縱橫沖面線。D、地質(zhì)界線和地貌界線。E、不良地質(zhì)現(xiàn)象,特征性地貌點(diǎn)。F、測(cè)量用的坐標(biāo)點(diǎn),水準(zhǔn)點(diǎn)或特征地物。G、地理方位,對(duì)于較小的場(chǎng)地,一般僅表示A、B、C、F、G五項(xiàng)內(nèi)容。標(biāo)注地理方位的最大優(yōu)點(diǎn)在于文中敘述有關(guān)位置時(shí)方便,此圖一般在甲方提供的建筑平面圖上補(bǔ)充內(nèi)容而成。
(二)鉆孔工程地質(zhì)綜合柱狀圖。鉆孔柱狀圖的內(nèi)容主要有地層代號(hào),巖土分層序號(hào),層頂深度,層頂標(biāo)高,層厚,地質(zhì)柱狀圖,鉆孔結(jié)構(gòu),巖心肝要取率,巖土聯(lián)樣深度和樣號(hào),原位測(cè)試深度和相關(guān)數(shù)據(jù),在地質(zhì)柱狀圖上,第四系與下伏基巖應(yīng)表示出不整合接觸關(guān)系,在柱狀圖的上方,應(yīng)標(biāo)明鉆孔編號(hào),坐標(biāo),孔口標(biāo)高,地下水靜止水位埋深,施工日期等,柱狀圖比例尺一般采用1:100或1:200。
(三)主要附表,插表。(1)巖土試驗(yàn)成果表。按巖、土夫婦別分層,按孔號(hào),樣號(hào)順序編制,每一分層之后列出統(tǒng)計(jì)值,如區(qū)間值,一般值,平均值,最大平均值,最小平均值。(2)原位測(cè)試成果表。分層按孔號(hào),試驗(yàn)深度編制,要列統(tǒng)計(jì)值,并查算分層承載力標(biāo)準(zhǔn)值。(3)鉆孔抽水試驗(yàn)成果表。按孔號(hào),試段深度編制,列出靜止水位。降深,涌水量,單位涌水量,水溫和水樣編號(hào)。
(四)合理化建議??辈靾?bào)告要解決的問(wèn)題在于結(jié)論與建議中給出。它是在對(duì)前期各項(xiàng)工作成果進(jìn)行總結(jié)之后提出的簡(jiǎn)明扼要的評(píng)價(jià)和建議,一般包括以下幾點(diǎn)(1)對(duì)場(chǎng)地條件和地基巖土條件的綜合評(píng)價(jià)。(2)結(jié)合建筑物的類型及荷載要求,論述地基各巖土層作為基礎(chǔ)特力層持可能性和適宜性。934)選擇持力層,建議基礎(chǔ)形式和埋深,若采用樁基礎(chǔ),應(yīng)建議樁型,樁狀,樁長(zhǎng),樁周土摩擦力和樁端土承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值。(4)地型、樁徑、樁長(zhǎng)、樁周土摩擦力和樁端土承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值。(5)基礎(chǔ)施工中應(yīng)注意的有關(guān)問(wèn)題。(6)按照國(guó)家抗震規(guī)范要求提供建筑場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度。(7)其它需要專門說(shuō)明的問(wèn)題。根據(jù)工程勘察項(xiàng)目的實(shí)際情況,盡量使勘察報(bào)告內(nèi)容齊伍,重點(diǎn)突出,結(jié)論明確,合理適用。
五、結(jié)束語(yǔ)
掌握高質(zhì)量的第一手原始資料才能編寫出一份高水平的勘察報(bào)告,因此勘察報(bào)告的編寫者,必須經(jīng)常到施工現(xiàn)場(chǎng)掌握有關(guān)勘察情況,最好是參與現(xiàn)場(chǎng)編錄工作,另外還要提高綜合知識(shí)方面的技能如數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí),文字表達(dá)能力,綜合分析能力等知識(shí)的運(yùn)用,方能編寫出高水平的勘察報(bào)告。
參考文獻(xiàn)
[1]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì),建筑工程勘察文件編制深度規(guī)定[S]。
關(guān)鍵詞:軟土地基;工程勘察;力學(xué)性質(zhì);軟土沉降;
1 前言
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,沿海地區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)也進(jìn)行的如火如荼。在沿海的工程建設(shè)過(guò)程中,時(shí)常會(huì)遇到物理力學(xué)性質(zhì)差且分布面積較大的第四系軟土類區(qū)域。本文以某電廠軟基處理勘察為例,對(duì)軟土的成因類型及沉積特征作了分析,并簡(jiǎn)單闡述了軟土地基勘察的方法和對(duì)軟土地基的評(píng)價(jià)。
2 軟土層類型及沉積特征
《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021―2001)(2009年版)中對(duì)軟土層的定義為“天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限的細(xì)粒土,包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土等”。由于軟土具有高含水量,高孔隙比,高壓縮性,低承載力,低抗剪強(qiáng)度、低滲透系數(shù)等“三高三低”的特征,給工程建設(shè)帶來(lái)了很多問(wèn)題。
某電廠工程場(chǎng)地位于珠江入海口,屬河口三角洲沖積平原邊緣,覆蓋層主要由第四系全新統(tǒng)人工沖填土層、海陸交互相沉積層和殘積層組成。海陸交互相沉積層主要為淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土及砂土層,即本場(chǎng)地內(nèi)淤泥、淤泥質(zhì)土層屬全新統(tǒng)濱海型軟土。其具有濱海相沉積的如下特征:
(1)水平及交錯(cuò)層理發(fā)育:軟土層中發(fā)育近水平微薄層理。由于該軟土沉積于高海平面時(shí)期,頻繁的海侵與海退的交替形成一系列不完全的沉積韻律。潮汐的局部作用力使部分地段軟土層的微層理極其發(fā)育。
(2)砂團(tuán)構(gòu)造:表現(xiàn)為軟土層內(nèi)局部含有封閉的透鏡狀粉細(xì)砂,軟土的工程特性因砂質(zhì)含量多少的差異而變化。
3 軟土地基勘察
3.1 勘察目的
查明軟土地基的厚度、埋深、成層條件、分布規(guī)律、層理特性、排水條件等,透水層的水平和垂直方向的分布,提供設(shè)計(jì)與施工所需的參數(shù)。
3.2 勘察方法
軟土地基工程勘察必須采用綜合的勘察手段,即地面調(diào)查、鉆探和原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合,以獲取軟土的物理、力學(xué)、水理和化學(xué)性質(zhì)。
3.3 勘察特點(diǎn)
3.3.1 鉆探與取樣
鉆探是巖土工程中劃分土層最重要、最關(guān)鍵的一環(huán),能揭示軟土的厚度、狀態(tài)、顏色以及所處的層位,探明地下水的埋深、徑流與排泄條件,確定巖土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等。在軟土地基勘察中,為保證軟土不被擾動(dòng),地層性質(zhì)不被破壞,一般以采用干鉆法為宜,當(dāng)需要采用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí),必須采取措施,防止軟土地基結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而改變土的原始物理力學(xué)性能。
3.3.2 原位測(cè)試
軟土地基勘察的原位測(cè)試方法主要有標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)。
1) 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn):通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定土層中的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù),從而確定粘性土層的天然狀態(tài)以及砂土的密實(shí)程度,并可判定飽和粉土、砂土的液化情況,求算地基土層承載力。
2) 十字板剪切試驗(yàn):用十字板測(cè)定軟粘性土抗剪強(qiáng)度的原位試驗(yàn),目的是原位測(cè)定飽和軟粘土天然壓力下固結(jié)的不排水抗剪強(qiáng)度。
3.3.3 室內(nèi)試驗(yàn)
對(duì)于軟土地基樣品的室內(nèi)試驗(yàn),應(yīng)編制合理的試驗(yàn)方案。試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包括天然含水量、天然密度、土粒相對(duì)密度、粒徑組成、液限、塑限、有機(jī)物含量、滲透(水平和豎向)、酸堿度、易溶鹽含量、壓縮系數(shù)、前期固結(jié)壓力、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、天然快剪、固結(jié)快剪、三軸剪切試驗(yàn)等。
3.3.4 水文地質(zhì)試驗(yàn)
本項(xiàng)目軟土勘察中采用的水文地質(zhì)試驗(yàn)為注水試驗(yàn),且主要在軟土層中進(jìn)行,試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱肆私廛浲翆拥臐B透性。
注水試驗(yàn)是通過(guò)向鉆孔內(nèi)注水,人工抬高水頭,測(cè)定松散土體滲透系數(shù)的一種原位試驗(yàn)方法,目的是為評(píng)價(jià)場(chǎng)地土層滲透性提供依據(jù),用于預(yù)測(cè)基坑排水量、評(píng)價(jià)地基或邊坡發(fā)生滲漏的可能性,是選擇地基處理方案的主要參數(shù)。
4 巖土工程條件分析
4.1軟土地基處理方法分析
軟土由于其性質(zhì)差,強(qiáng)度低,一般無(wú)法滿足工程建設(shè)的要求而需進(jìn)行加固。常見(jiàn)的軟土加固處理措施有:(1)置換法,如換土墊層、擠淤置換等;(2)排水固結(jié)法,如真空聯(lián)合堆載預(yù)壓、袋裝砂井、塑料排水板法等;(3)灌入固化法,如深層攪拌樁、高壓旋噴樁等;(4)振密、擠密法,如強(qiáng)夯法、擠密砂樁、灰土樁等;(5)加筋法,如加筋土墊層法、樹(shù)根樁、混凝土樁復(fù)合地基等。
4.2 軟土層對(duì)工程施工的影響
4.2.1 軟土層的沉降問(wèn)題
淤泥、淤泥質(zhì)土層沉積年代較晚,一般處于欠固結(jié)狀態(tài)。一方面軟土在自重作用下產(chǎn)生固結(jié)沉降,另一方面在上部建(構(gòu))筑荷載作用下,土體中產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力引起軟土產(chǎn)生壓縮變形,引起建筑物基礎(chǔ)的沉降。軟土壓縮沉降包括三個(gè)階段:瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和滯后沉降。瞬時(shí)沉降是由加載期間地基土產(chǎn)生的瞬時(shí)附加應(yīng)力所致,由于超孔隙水壓力來(lái)不及消散,土體體積也沒(méi)有變化,一般瞬時(shí)沉降在施工過(guò)程中也已基本完成。固結(jié)沉降主要指超孔隙水壓力逐漸消散,使土體積壓縮而引起的滲透固結(jié)沉降,隨時(shí)間而逐漸增長(zhǎng)。滯后沉降主要是工程完工后在上部動(dòng)荷載作用下引起的土體體積減少或土體壓縮。
由于軟土厚度變化較大,軟土層分布較厚的地段自重固結(jié)沉降及附加壓力作用下的固結(jié)沉降較分布較薄地段必然沉降量大,沉降歷時(shí)長(zhǎng)。又因?yàn)橛倌?、淤泥質(zhì)土中局部地段夾粉細(xì)砂,由于各個(gè)地段砂夾層厚度不同,導(dǎo)致淤泥滲透性也不盡相同,含砂量多的地段滲透系數(shù)大于含砂量少的地段,滲透系數(shù)大也將導(dǎo)致固結(jié)沉降過(guò)程快,歷時(shí)短。由于上述兩種原因,場(chǎng)地內(nèi)軟土最終沉降量不同,沉降完成時(shí)間也會(huì)相差很大,這樣必然導(dǎo)致場(chǎng)地內(nèi)淤泥在時(shí)間和空間上產(chǎn)生不均勻沉降。
因此場(chǎng)地內(nèi)軟土層如果不處理或處理不當(dāng),在上部荷載或震動(dòng)作用下,軟土被壓縮變形,將導(dǎo)致地基下沉過(guò)大或產(chǎn)生不均勻沉降,可能會(huì)產(chǎn)生地下管線變形斷裂,樓房、墻體變形、開(kāi)裂,地面(路面)沉降開(kāi)裂破壞。
4.2.2 對(duì)樁基工程的影響
進(jìn)行樁基施工時(shí),當(dāng)樁周淤泥因自重固結(jié)及上覆荷載作用下產(chǎn)生的沉降大于樁的沉降時(shí),樁側(cè)將產(chǎn)生負(fù)摩阻力。
由于淤泥、淤泥質(zhì)土層滲透系數(shù)低,樁基施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的超靜孔隙水應(yīng)力,應(yīng)注意其對(duì)樁基施工的影響。
采用沖(鉆)孔樁時(shí),因淤泥、淤泥質(zhì)土層很厚,工程性質(zhì)差,容易產(chǎn)生縮孔,故施工過(guò)程中應(yīng)注意加強(qiáng)泥漿護(hù)壁,防止塌孔,縮孔。
4.2.3 對(duì)基坑開(kāi)挖的影響
基坑開(kāi)挖將使土體內(nèi)部初始應(yīng)力狀態(tài)改態(tài)、巖土結(jié)構(gòu)破壞、地下水滲流途徑改變。如果設(shè)計(jì)、施工等不當(dāng),將可能導(dǎo)致基坑邊坡或側(cè)壁失穩(wěn)和支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、變形、位移,導(dǎo)致軟土流動(dòng)、砂土流砂等滲透破壞現(xiàn)象,給基坑工程本身造成經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)也對(duì)周圍環(huán)境造成不良影響,使得鄰近建筑或其它設(shè)施受到不同程度的影響和破壞。
5 結(jié)束語(yǔ)
軟土地基工程勘察質(zhì)量取決于勘測(cè)方法選擇的正確性和原始資料的可靠性,為了獲得設(shè)計(jì)所需的參數(shù),應(yīng)針對(duì)工程地質(zhì)條件,采用多種勘察手段,把軟土層的工程特性了解清楚,對(duì)軟土地基作出準(zhǔn)確的分析和判斷,采取合理、經(jīng)濟(jì)的處理手段進(jìn)行軟基處理。
參考文獻(xiàn):
[1] 《某電廠軟基處理巖土工程勘測(cè)報(bào)告》
[2] 《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001 2009年版);
[3] 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2011)
[4] 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DBJ 15-31-2003)
[5] 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)
[6] 《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5024-2005)
【關(guān)鍵詞】巖土工程;勘察;方法;措施
0.引言
總所周知,巖土工程勘察在快速的發(fā)展過(guò)程中,不論是在體制還是在勘察方法、計(jì)算機(jī)輔助軟件、勘察報(bào)告編制等各方面工作都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,并且還在在不斷優(yōu)化中。巖土工程勘察工作研究的主要對(duì)象是地基和基礎(chǔ)以及地下工程的關(guān)系。由于地基土是因地而異的,在接受一項(xiàng)巖土工程勘察任務(wù)時(shí),必須明確該工程的主要技術(shù)矛盾是什么,需要解決哪些主要技術(shù)間題。在對(duì)設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)要求以及建筑物荷載情況了如指掌的情況下,在巖土工程勘察實(shí)施過(guò)程中,根據(jù)工程的具體情況,就基礎(chǔ)及地下工程的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題,給以充分的論證和分析,最終提出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的解決方案。只有這樣,巖土工程勘察才能提高勘察成果質(zhì)量,才能有較大的市場(chǎng)。
1.巖土工程勘察的方法
1.1勘探與取樣
勘探工作包括物探、鉆探和坑探等各種方法。它是被用來(lái)調(diào)查地下地質(zhì)情況的并且可利用勘探工程取樣進(jìn)行原位測(cè)試和監(jiān)測(cè)。應(yīng)根據(jù)勘察目的及巖土的特性選用上述各種勘探方法。物探是一種間接的勘探手段,它的優(yōu)點(diǎn)是較之鉆探和坑探輕便、經(jīng)濟(jì)而迅速,能夠及時(shí)解決工程地質(zhì)測(cè)繪中難于推斷而又急待了解的地下地質(zhì)情況,所以常常與測(cè)繪工作配合使用。它又可作為鉆探和坑探的先行或輔助手段。但是,物探成果判釋往往具多解性,方法的使用又受地形條件等的限制,其成果需用勘探工程來(lái)驗(yàn)證。鉆探和坑探也稱勘探工程,均是直接勘探手段,能可靠地了解地下地質(zhì)情況,在巖土工程勘察中是必不可少的。其中鉆探工作使用最為廣泛,可根據(jù)地層類別和勘察要求選用不同的鉆探方法。當(dāng)鉆探方法難以查明地下地質(zhì)情況時(shí),可采用坑探方法??犹焦こ痰念愋洼^多,應(yīng)根據(jù)勘察要求選用??碧焦こ桃话愣夹枰?jiǎng)佑脵C(jī)械和動(dòng)力設(shè)備,耗費(fèi)人力、物力較多,有些勘探工程施工周期又較長(zhǎng),而且受到許多條件的限制。因此使用這種方法時(shí)應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn),布置勘探工程需要以工程地質(zhì)測(cè)繪和物探成果為依據(jù),切避盲目性和隨意性。
1.2原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)
原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)的主要目的,是為巖土工程問(wèn)題分析評(píng)價(jià)提供所需的技術(shù)參數(shù),包括巖土的物性指標(biāo)、強(qiáng)度參數(shù)、固結(jié)變形特性參數(shù)、滲透性參數(shù)和應(yīng)力、應(yīng)變時(shí)間關(guān)系的參數(shù)等。原位測(cè)試一般都藉助于勘探工程進(jìn)行,是詳細(xì)勘察階段主要的一種勘察方法。原位測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是試樣不脫離原來(lái)的環(huán)境,基本上在原位應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)所測(cè)定的巖土體尺寸大,能反映宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)巖土性質(zhì)的影響,代表性好。試驗(yàn)周期較短,效率高尤其對(duì)難以采樣的巖土層仍能通過(guò)試驗(yàn)評(píng)定其工程性質(zhì)。缺點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力路徑難以控制、邊界條件也較復(fù)雜有些試驗(yàn)耗費(fèi)人力、物力較多,不可能大量進(jìn)行。室內(nèi)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)條件比較容易控制邊界條件明確,應(yīng)力應(yīng)變條件可以控制等入可以大量取樣。
1.3現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與監(jiān)側(cè)
現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)的主要目的在于保證工程質(zhì)量和安全,提高工程效益?,F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的涵義,包括施工階段對(duì)先前巖土工程勘察成果的驗(yàn)證核查以及巖土工程施工監(jiān)理和質(zhì)量控制?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)朋則主要包含施工作用和各類荷載對(duì)巖土反應(yīng)性狀的監(jiān)測(cè)、施工和運(yùn)營(yíng)中的結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)和對(duì)環(huán)境影響的監(jiān)測(cè)等方面。檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)所獲取的資料,可以反求出某些工程技術(shù)參數(shù),井以此為依據(jù)及時(shí)修正設(shè)計(jì),使之在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)化。
1.4工程地質(zhì)測(cè)繪
工程地質(zhì)測(cè)繪是巖土工程勘察的基礎(chǔ)工作,一般在勘察的初期階段進(jìn)行。這一方法的本質(zhì)是運(yùn)用地質(zhì)、工程地質(zhì)理論,對(duì)地面的地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察和描述,分析其性質(zhì)和規(guī)律,并藉以推斷地下地質(zhì)情況,為勘探、測(cè)試工作等其他勘察方法提供依據(jù)。在地形地貌和地質(zhì)條件較復(fù)雜的場(chǎng)地,必須進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪但對(duì)地形平坦、地質(zhì)條件簡(jiǎn)單且較狹小的場(chǎng)地,則可采用調(diào)查代替工程地質(zhì)繪。工程地質(zhì)測(cè)繪是認(rèn)識(shí)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法,高質(zhì)量的測(cè)繪工作能相當(dāng)準(zhǔn)確地推斷地下地質(zhì)情況,起到有效地指導(dǎo)其他勘察方法的作用。
2.強(qiáng)化巖土工程勘察的措施
(1)嚴(yán)格市場(chǎng)準(zhǔn)入、盡快實(shí)施注冊(cè)土木工程師制度,加強(qiáng)相關(guān)人員培訓(xùn)經(jīng)過(guò)近年勘察設(shè)計(jì)資質(zhì)換證,對(duì)勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了一定的清理整頓,對(duì)規(guī)范市場(chǎng)起到了一定的作用。但應(yīng)該清醒地看到,我國(guó)的勘察資質(zhì)門檻很低,尤其是打破行業(yè)壁壘后不同行業(yè)間的銜接過(guò)渡尚未完成,以高級(jí)工程師的數(shù)量來(lái)衡量技術(shù)水平不能如實(shí)反映勘察企業(yè)的技術(shù)實(shí)力。建議盡快實(shí)施注冊(cè)土木工程師制度,通過(guò)采用企業(yè)資質(zhì)和個(gè)人執(zhí)業(yè)資質(zhì)雙重控制來(lái)規(guī)范勘察市場(chǎng)、促進(jìn)勘察技術(shù)水平的提高。
(2)加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)單位的質(zhì)量認(rèn)證,健全質(zhì)量管理ISO9001∶2000質(zhì)量管理體系確立了以過(guò)程模式作為標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)??辈煸O(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)通過(guò)有效應(yīng)量管理體系的要求,運(yùn)用過(guò)程方法,采用PDCA循環(huán)進(jìn)行巖土工程勘察的實(shí)施和管理,持續(xù)改進(jìn)。提高勘察設(shè)計(jì)的能力,增加顧客的滿意程度。
【關(guān)鍵詞】巖土工程;勘察;鉆探;原狀土取樣;原位測(cè)試
自20世紀(jì)80年代以來(lái),我國(guó)開(kāi)始實(shí)施巖土工程勘察體制。與地質(zhì)勘察工程相比,巖土工程勘察任務(wù)不僅要正確反映場(chǎng)地和地基的工程地質(zhì)條件,還應(yīng)結(jié)合工程設(shè)計(jì)、施工條件進(jìn)行技術(shù)論證和分析評(píng)價(jià),并服務(wù)于工程建設(shè)。巖土工程勘察主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探、原狀土取樣、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位測(cè)試查明擬建場(chǎng)地的地質(zhì)情況,給出基礎(chǔ)類型建議、地基承載力特征值等可供設(shè)計(jì)使用的重要資料。必須重視每一個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行,同時(shí)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn),才能保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性??辈斐晒臏?zhǔn)確性對(duì)工程的基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)方案有著重要的影響??辈斐晒^(guò)于保守,將會(huì)導(dǎo)致工程的造價(jià)大幅提高;反之,會(huì)嚴(yán)重影響到工程的安全性。
1 鉆探
鉆探在巖土工程勘察中是重要的一項(xiàng)工作,鉆探的好壞直接影響到巖土層劃分和定名以及巖土物理力學(xué)性質(zhì)的準(zhǔn)確性。因此鉆進(jìn)深度和巖土分層深度的量測(cè)必須要精確,符合規(guī)范要求,不應(yīng)少于±5cm,同時(shí)鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制非連續(xù)取芯鉆進(jìn)的回次進(jìn)尺,使分層精度符合要求。對(duì)一些搬機(jī)困難的山坡、洼地可根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)的要求,采用小口徑麻花鉆或洛陽(yáng)鏟進(jìn)行鉆進(jìn),使勘探目的和經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合,既節(jié)省成本又達(dá)到勘察目的。
2 原狀土取樣
原狀土樣是指將天然狀態(tài)下的土以一定的手段從地下取出,并保證土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不變,并將其固定在一定尺寸的容器內(nèi)密封的土樣。容器外要標(biāo)明取土位置和時(shí)間。室內(nèi)通過(guò)對(duì)原狀土樣基本的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試可以獲得表征土原始狀態(tài)的參數(shù)如含水率、密度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等,還可得出基礎(chǔ)設(shè)計(jì)重要參數(shù)指標(biāo),如強(qiáng)度、壓塑性、滲透性等。這是獲取土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)最重要的環(huán)節(jié),但土樣在原位圍壓條件下被取出要經(jīng)受一個(gè)卸荷過(guò)程,從而產(chǎn)生一定程度的膨脹量,同時(shí)土樣在采取過(guò)程中,取土器側(cè)壁與土樣之間的摩擦?xí)雇翗邮軌?。這樣土就會(huì)受到擾動(dòng)土原來(lái)的物理性質(zhì)就會(huì)改變,取土樣必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)取樣規(guī)范,使土樣少受擾動(dòng)。取土質(zhì)量的好壞,由土的類型、取土器的種類、取樣設(shè)備以及取土方法等因素決定。如今取土器種類很多,應(yīng)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)針對(duì)不同土質(zhì)采用,盡量采用模鍛取土管,使刃口處的直徑比管的內(nèi)徑稍小,可減小側(cè)壁的摩擦。軟土應(yīng)采用薄壁取土器,較硬土可采用三重管取土器,確保擾動(dòng)最小。取樣方法的不同會(huì)導(dǎo)致土樣含水率有一定的變化,應(yīng)注意在取土裝置上及時(shí)加裝套管,以避免地下水對(duì)原狀土的影響。取出后應(yīng)迅速密封。天氣炎熱時(shí)為避免蠟封融化,宜采取多種措施密封。天氣寒冷要避免冰凍。土樣保存時(shí)間不宜超過(guò)三周。土樣運(yùn)送過(guò)程中,采用自制的緩震裝置對(duì)土樣加以保護(hù),對(duì)無(wú)粘性土樣應(yīng)盡量避免有過(guò)大的震動(dòng)。
3 原位測(cè)試的應(yīng)用
普通的粘性土可以通過(guò)采取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),對(duì)于無(wú)粘性沉積土或飽和度高的軟土來(lái)說(shuō),由于幾乎不可能獲取不受擾動(dòng)的原狀試樣。所以對(duì)這類土的密實(shí)度、強(qiáng)度和壓縮性評(píng)價(jià)通常需要通過(guò)原位測(cè)試方法獲得。勘察中我們常用的幾種原位測(cè)試手段的作用與適用性如下:
3.1 荷載試驗(yàn)(PLT)
荷載試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)用一個(gè)剛性承壓板逐級(jí)加荷,以測(cè)定天然地基或復(fù)合地基的變形隨荷載的變化而變化,借以確定地基承載力的試驗(yàn)。通常此試驗(yàn)可確定地基土的承載力、變形模量、機(jī)床反力系數(shù)等,也可以用于地基處理效果檢測(cè)。荷載試驗(yàn)應(yīng)布置在有代表性的地點(diǎn),每個(gè)場(chǎng)地不宜少于3個(gè),當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)巖土不均時(shí),應(yīng)適當(dāng)增加。要注意的是荷載試驗(yàn)其影響深度較有限,一般為承壓板寬度的兩倍左右,不能對(duì)深層地基做出評(píng)價(jià)。
3.2 十字板剪切試(VST)
十字板剪切試驗(yàn)是將套管打到預(yù)定的深度,并將套管內(nèi)的土清除。將十字板裝在鉆桿的下端后,通過(guò)套管壓入土中,壓入深度約750mm。然后由地面上的扭力設(shè)備對(duì)鉆桿施加扭矩,使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn),直至土剪切破碎。也可以用靜力的方法,將電測(cè)十字板頭壓入土中,然后施加扭矩,將十字板頭扭轉(zhuǎn),直至土剪切破壞。此試驗(yàn)適用于原位測(cè)定飽和軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度,所測(cè)得的抗剪強(qiáng)度值,相當(dāng)于試驗(yàn)深度處天然土層在原位壓力下固結(jié)的不排水抗剪強(qiáng)度。由于不需要采取土樣,避免土樣擾動(dòng)及天然應(yīng)力狀態(tài)的改變,是一種有效的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。在沿海軟土地區(qū)被廣泛使用。它可在現(xiàn)場(chǎng)基本保持原位應(yīng)力條件下進(jìn)行扭剪,適用于靈敏度St≤10,固結(jié)系數(shù)Cv≤100(m2/a)的均質(zhì)飽和軟粘土,對(duì)于不均勻土層,特別夾有薄層粉細(xì)砂或粉土的軟粘土,該試驗(yàn)會(huì)有較大的誤差,使用時(shí)需謹(jǐn)慎注意。十字板剪切試驗(yàn)成果可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn),確定地基承載力、單樁承載力,計(jì)算邊坡穩(wěn)定,判定軟黏性土的固結(jié)歷史。為避免出現(xiàn)較大的誤差,每次試驗(yàn)前必須對(duì)儀器進(jìn)行校正和嚴(yán)格按規(guī)范操作儀器。
3.3 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT)
圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)是利用一定的錘擊能量,將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中,根據(jù)貫入土中的難易程度(貫入度)來(lái)判別土的性質(zhì)的一種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。根據(jù)它的試驗(yàn)指標(biāo)可用于進(jìn)行地基土的力學(xué)分層,定性地評(píng)價(jià)地基土的均勻性和物理性質(zhì)(狀態(tài)、密實(shí)度),查明土洞、滑動(dòng)面、軟硬土層界面的位置。通過(guò)建立地區(qū)經(jīng)驗(yàn),也可用于評(píng)價(jià)地基土的強(qiáng)度和變形參數(shù),評(píng)價(jià)地基承載力、單樁承載力。圓錐動(dòng)力觸探設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,適應(yīng)性廣,并有連續(xù)貫入的特性,但試驗(yàn)誤差較大,再現(xiàn)性較差。主要存在人為因素、設(shè)備因素、桿長(zhǎng)、地下水和土的性質(zhì)等因素的影響。
3.4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)
標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是利用規(guī)定的落錘能量(錘質(zhì)量為63.5kg,落距76cm)將貫入器打入土中,根據(jù)貫入的難易程度,用貫入30cm的擊數(shù)N判定土的物理力學(xué)性質(zhì)。它操作簡(jiǎn)單,地層適應(yīng)性廣,對(duì)不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粘性土尤為適用,當(dāng)土中含有較大碎石時(shí),使用受限制。通過(guò)試驗(yàn)可取得擾動(dòng)土樣,進(jìn)行鑒別土類的有關(guān)試驗(yàn)。該試驗(yàn)的缺點(diǎn)是離散性比較大,所以只能粗略地評(píng)定土的工程性質(zhì)。與圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)相似,它不能直接測(cè)定地基土的物理力學(xué)性質(zhì),而是通過(guò)與其他原位測(cè)試手段或室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比,建立關(guān)系式,積累地區(qū)經(jīng)驗(yàn),才能用于評(píng)價(jià)地基土的物理力學(xué)性質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)影響的主要因素是桿長(zhǎng)、土的自重壓力以及地下水位。這就要求對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)按規(guī)范或地方經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。
3.5 靜力觸探試驗(yàn)(CPT)
靜力觸探試驗(yàn)是利用準(zhǔn)靜力以恒定的貫入速率將圓錐探頭通過(guò)一系列探桿壓入土中,根據(jù)測(cè)得的探頭貫入阻力大小來(lái)進(jìn)行分層和間接判定土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展有了不同類型的觸探探頭,其中電測(cè)孔壓式是較新的一種靜探方法。它可以利用孔壓測(cè)量的高靈敏度來(lái)修正所測(cè)參數(shù),分辨薄土層的存在,可評(píng)估土的固結(jié)特性等。特別是對(duì)飽和粘土更是如此。但是靜探試驗(yàn)不能對(duì)土進(jìn)行直接的觀察、鑒別,而且對(duì)于含碎石、礫石的土層和很密實(shí)的砂層不適用。根據(jù)靜力觸探資料,利用地區(qū)經(jīng)驗(yàn),可進(jìn)行力學(xué)分層,估算土的塑性狀態(tài)或密實(shí)度、強(qiáng)度、壓塑性、地基承載力、單樁承載力、沉樁阻力,進(jìn)行液化判別等。根據(jù)孔壓消散曲線可估算土的固結(jié)系數(shù)和滲透參數(shù)。
3.6 波速測(cè)試
波速測(cè)試是利用波速確定土的物理力學(xué)性質(zhì)或工程指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。主要用于測(cè)定各種類巖土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速,以此來(lái)劃分場(chǎng)地類型;提供地震反映分析所需的地基土動(dòng)力參數(shù)(動(dòng)剪切模量、阻尼比、動(dòng)剪切剛度等);提供動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需的地基土動(dòng)力參數(shù)(抗壓、抗剪、抗扭剛度及剛度系數(shù)、阻尼等);判定地基土液化的可能性,劃分場(chǎng)地類別,確定場(chǎng)地土的特征周期。另外,波速測(cè)試本身可以用來(lái)評(píng)價(jià)地基土的類別和檢驗(yàn)地基加固效果。
4 結(jié)語(yǔ)
巖土測(cè)試手段很多,各種技術(shù)在不斷的進(jìn)步,這就需要我們熟悉每種試驗(yàn)手段的適用范圍,并及時(shí)掌握最新的技術(shù),以提高工作速度和質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】物探方法;工程地質(zhì);勘查;應(yīng)用;探討
引言
伴隨著改革開(kāi)放的到來(lái),我國(guó)的經(jīng)濟(jì)獲得了前所未有的長(zhǎng)足發(fā)展,所以我國(guó)的經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的狀態(tài),然而,工程地質(zhì)勘查在我國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮了十分重要且不可忽略的作用,工程地質(zhì)勘查也對(duì)我國(guó)的能源資源的發(fā)展建設(shè)有著不言而喻的作用,特別是在當(dāng)前比較關(guān)注的城市地下工程的建設(shè)領(lǐng)域中,工程地質(zhì)勘查起到了不可替代的關(guān)鍵性作用。然而在當(dāng)前的工程地質(zhì)勘查中,由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,我國(guó)的地質(zhì)勘查技術(shù)以及相關(guān)的的地質(zhì)勘查理論和與之配套的地質(zhì)勘查設(shè)備都獲得了不同程度的進(jìn)步更新,并且還在不斷的進(jìn)行創(chuàng)新當(dāng)中,新的地質(zhì)勘查技術(shù)、理論與方法將會(huì)層出不窮。物探方法作為當(dāng)前地質(zhì)勘查工作中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)和手段,伴隨著物探方法在地質(zhì)勘查中的不斷實(shí)踐,我國(guó)的工程勘查的水平也得到了進(jìn)一步的提升。本文將會(huì)通過(guò)分析工程地質(zhì)勘查中的物探方法的實(shí)際應(yīng)用,分析物探方法的具體技術(shù)和相關(guān)理論,來(lái)探討我國(guó)物探方法的發(fā)展事宜。
一、工程地質(zhì)勘查中物探方法的含義
(一)物探方法的概念
工程地質(zhì)勘查工作能夠有效地為現(xiàn)代化工程建設(shè)提供有力的保障,是工程建設(shè)高效完成的有力保障,因此,工程地質(zhì)勘查中物探方法是當(dāng)前的建設(shè)中是適用最為廣泛的一種地質(zhì)探測(cè)方法。物理地質(zhì)探測(cè)手段指的是運(yùn)用地球底層以及周邊存在的物理場(chǎng)展開(kāi)一系列的探測(cè)工作,其中,物理常識(shí)是在物理作用的物質(zhì)空間下形成的。地球物理探測(cè)技術(shù)是物探技術(shù)的全稱,在具體的工程地質(zhì)勘查工作中,物探技術(shù)是運(yùn)用專業(yè)的技術(shù)以及與之相配套的專業(yè)設(shè)備對(duì)地球的無(wú)立場(chǎng)的變化進(jìn)行勘察,然后收集數(shù)據(jù),進(jìn)而整理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù),為后續(xù)的工程建設(shè)提供有效地?cái)?shù)據(jù)支持。
(二)物探方法的原理
物探技術(shù)是一項(xiàng)運(yùn)用專業(yè)的探測(cè)設(shè)備對(duì)地球表層地質(zhì)分布情況進(jìn)行探測(cè)分析的光譜電磁技術(shù)。地球物理是物探方法的主要針對(duì)對(duì)象。具體方法是事先安放測(cè)線L,之后運(yùn)用探地雷達(dá)發(fā)射高頻寬帶電磁波,然后由專門的接收裝置進(jìn)行接受,后續(xù)對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析和整合,以此來(lái)了解地質(zhì)具體狀況。
(三)物探方法的特征
目前的物探方法具有十分穩(wěn)定的特點(diǎn),能夠?yàn)閷?shí)際的工程地質(zhì)勘查帶來(lái)十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益,此外物探方法還具有收集到的信息可靠、探測(cè)的范圍廣泛、適用范圍廣等優(yōu)良特點(diǎn)。在物探方法中有地震法和磁場(chǎng)法兩種探測(cè)技術(shù),這兩種技術(shù)能夠十分輕松的避開(kāi)相關(guān)電場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理干擾,應(yīng)用的環(huán)境十分廣泛,即便是在比較不理想的探測(cè)環(huán)境下也能夠獲得比較可靠精準(zhǔn)的數(shù)據(jù),為后續(xù)的工程地質(zhì)勘查工作提供有力的保障。在實(shí)際應(yīng)用中,物探方法能夠探測(cè)的地質(zhì)淺層范圍十分廣泛,并且它還具有探測(cè)速度快、探測(cè)信息精準(zhǔn)可靠等優(yōu)良特點(diǎn)。
二、在工程地質(zhì)勘查中物探方法的應(yīng)用方法
(一)大地電磁探測(cè)
所謂的大地電磁探測(cè)四肢運(yùn)用天然的交變電磁場(chǎng)作為場(chǎng)源,進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)的一種新興技術(shù)。它的主要特點(diǎn)是能夠?qū)Ψ植驾^深的地質(zhì)進(jìn)行探測(cè),并且效果十分良好。此外,大地電磁探測(cè)技術(shù)還能夠擺脫高阻層的屏蔽作用,具有相對(duì)較高的良導(dǎo)介質(zhì)分辨能力,其設(shè)備輕便,故應(yīng)用的場(chǎng)所十分廣泛,經(jīng)濟(jì)效益十分理想。所以,這種探測(cè)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到地震預(yù)測(cè)、地?zé)崽锏目辈橐约笆偷目辈楣ぷ髦?,?yīng)用十分廣泛。
(二)連續(xù)電導(dǎo)率剖面測(cè)量系統(tǒng)
連續(xù)電導(dǎo)率剖面測(cè)量系統(tǒng)指的是應(yīng)對(duì)探測(cè)信號(hào)不足、必須進(jìn)行人工后期補(bǔ)充的一種勘查技術(shù)系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是能夠連續(xù)的補(bǔ)充電導(dǎo)率,能夠有效地提升電阻的分辨率,確??辈榻Y(jié)果的精準(zhǔn)度和可靠度。
(三)航空地面甚低頻電磁技術(shù)
航空地面甚低頻電磁技術(shù)是上世紀(jì)末期有國(guó)外發(fā)明并引進(jìn)的一項(xiàng)比較高端的勘查技術(shù),它的工作原理是根據(jù)良導(dǎo)層的斷裂、破碎以及腐蝕帶圈定方向,運(yùn)用低電阻率在巖脈和礦脈之間進(jìn)行追蹤補(bǔ)償尋找。這種地質(zhì)探測(cè)技術(shù)能夠有效地探測(cè)出礦物質(zhì)結(jié)構(gòu),還能夠有效的圈定地質(zhì)礦化范圍。航空地面甚低頻電磁技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是其探測(cè)設(shè)備十分輕盈,能夠適用于大部分環(huán)境,其收集到資料的速度十分迅速,觀測(cè)的方法也相對(duì)簡(jiǎn)便,但是航空地面甚低頻電磁技術(shù)在接受相對(duì)較弱的異常信息變化時(shí)的效果不是很好。因此,這種探測(cè)方法主要適用于淺覆蓋區(qū)以及剖面的地質(zhì)勘查工作當(dāng)中。
(四)瞬間變化電磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù)
瞬間變化探測(cè)技術(shù)主要依靠的是電磁場(chǎng)的感應(yīng)原理,通過(guò)運(yùn)用專業(yè)的儀器設(shè)備對(duì)電磁場(chǎng)的變化進(jìn)行感應(yīng),然后對(duì)一起顯示的渦流場(chǎng)進(jìn)行分析,以便分析目標(biāo)地質(zhì)的地質(zhì)特點(diǎn)和相關(guān)結(jié)構(gòu),分析相應(yīng)的空間形態(tài)。
以上不同的探測(cè)方法根據(jù)其自身的特點(diǎn)以及具體的探測(cè)要求,都有著不同的適用范圍,十分靈活多變。因此,在具體的物探工作中,根據(jù)每項(xiàng)工作的具體要求,采用不同的物探方法,以便提升工程勘查工作的效率和經(jīng)濟(jì)效益。
結(jié)語(yǔ)
根據(jù)以上介紹,不難看出,在工程地質(zhì)勘查中物探方法的發(fā)展,是與相關(guān)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備的更新有著密不可分的關(guān)系,此外,還需要物探方面的技術(shù)人員的不斷資料收集與分析作為保障。在當(dāng)今快速發(fā)展的社會(huì)形態(tài)下,物探技術(shù)在不斷的實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)獲得更加飛速的發(fā)展。
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關(guān)鍵詞:聯(lián)合剖面法;視電阻率;工程地質(zhì)勘查;推斷分析
中圖分類號(hào):TU195
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1008-0422(2008)07-0169-02
1 擬建場(chǎng)址地質(zhì)概況
1.1 勘查目的任務(wù)
湖南一新建大型工業(yè)廠房工程,占地約40hm2。第四紀(jì)浮土覆蓋,野生植被不發(fā)育;地形由西向東逐漸抬高,標(biāo)高在200m~225m之間。本次勘查的目的任務(wù)是:初步查明場(chǎng)地覆蓋層厚度,洞穴分布及斷裂分布特征,為場(chǎng)地建筑的適宜性作出評(píng)價(jià)。
1.2 地質(zhì)地球物理特征
1.2.1 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)特征
場(chǎng)區(qū)均被第四系(Q4)沖積層覆蓋,總厚約6~18m。上部主為粉質(zhì)粘土(含耕植土),下為5~10m的砂層和砂卵石土層,砂卵石層中含有砂金,場(chǎng)地內(nèi)留下了顯露和隱覆的古采金空洞,大多垮塌或半充填,分布無(wú)規(guī)律,給工程勘察和設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。
下覆基巖為白堊系下統(tǒng)(K1)紅色粉砂巖和礫巖。
1.2.2 地球物理特征
場(chǎng)區(qū)地質(zhì)斷面模型為:粉質(zhì)粘土――砂卵石土(采金空洞)――粉砂巖――砂礫巖,經(jīng)物性調(diào)查,該地質(zhì)模型的視電阻率特征如表1:
從表1中可見(jiàn):
①第四第全新統(tǒng)與下覆自堊系地層存在一個(gè)數(shù)量級(jí)的視阻率差異,二者存在較明顯的電性界面,利用視電阻率探測(cè)法,可圈出第四系厚度及基巖起伏面。
②殘留采金空洞表現(xiàn)為高電阻特性,其與砂卵石土與下覆紅色粉砂巖有明顯的電性界面、電剖面中的高阻異常為采金空洞的表征。
③充水裂隙為低電阻特征,其與完整圍巖(砂礫巖)存在顯著的電性差異。
2 勘查方法技術(shù)
根據(jù)勘查目的任務(wù)及場(chǎng)區(qū)地球物理特征,本次勘查采用電阻率探測(cè)法中的聯(lián)合剖面法和測(cè)深法。
2.1 聯(lián)合剖面法
主要探查采金洞和基巖中的斷層裂隙帶。根據(jù)探測(cè)目標(biāo)的大小和形態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),測(cè)量裝置為AO(BO)極距120m,MN=20m,點(diǎn)距10m,無(wú)窮遠(yuǎn)極。C>5AO。
測(cè)線方向基本垂直預(yù)測(cè)目標(biāo)的走向,即111°~291°(線距20m)。除此設(shè)計(jì)了4條21°~201°方向的測(cè)線。
數(shù)據(jù)處理和圖件繪制均在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn),最終編制聯(lián)合剖面曲線平面圖(見(jiàn)圖1、圖2)。
2.2電測(cè)深法
目的主要探查第四系覆蓋層厚度及基巖起伏形態(tài)。從地球物理特征中可知,第四系各巖性土層與下覆自堊系砂礫巖電性差異較大,采用電測(cè)深可以解決覆蓋層厚度問(wèn)題。
場(chǎng)地較平坦,且覆蓋層厚度小于20m,為此選用四極對(duì)稱電測(cè)深裝置,最大供電極距(AB)220m,測(cè)線方向?yàn)?11°~291°,測(cè)點(diǎn)距40m。
數(shù)據(jù)處理與成圖:各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取――各測(cè)深點(diǎn)高程提取和格式化一同剖面測(cè)深點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RES2DINV格式――反演――結(jié)果輸出――在 AutoCAD2000中制作視電阻率測(cè)深斷面圖和基巖等深線圖(見(jiàn)圖3)。
3 勘查成果
3.1 根據(jù)聯(lián)合剖面和電測(cè)深資料,場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在兩個(gè)砂金古采空區(qū)。
一區(qū)位于5、4、3線間,長(zhǎng)約60m,寬約30m,走向NE22°左右,埋深3~10m。(見(jiàn)圖1)。
二區(qū)位于場(chǎng)區(qū)東南角,長(zhǎng)大于100m,寬度大于40m(東南超出場(chǎng)地,未見(jiàn)邊界。走向NE30度,埋深3~8m)。
推斷分析依據(jù):
①聯(lián)合剖面pAs~pBs出現(xiàn)同步高阻的特點(diǎn),其阻值多在150~300Ω?m間,兩側(cè)為相對(duì)的低阻區(qū)塊。見(jiàn)圖1。
②電測(cè)深成果反映了第四系厚度加厚區(qū),其厚度10~18m,為砂卵石層加厚區(qū),有利于砂金礦的富集,是砂金的目標(biāo)區(qū)。
③地面調(diào)查兩處均有古老的人工堆積土,據(jù)訪問(wèn),上世紀(jì)三十年代有采金活動(dòng)。
3.2 根據(jù)聯(lián)合剖面資料分析,場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在一條斷層裂隙帶。
該斷裂帶異常特征是,在2、3、4、5及9、10線上,有明顯的低阻正交點(diǎn),見(jiàn)圖1及圖4。在圖4中,pAs與pBs出現(xiàn)低阻正交點(diǎn),根據(jù)物性特征,在基巖中出現(xiàn)的線性低阻應(yīng)是斷裂裂隙所致,根據(jù)pAs與pBs的不對(duì)稱性及pBs曲線斜度特征,斷層面傾向北西西,傾角45~50度的張性正斷層。斷層走向NE20度左右,斷續(xù)延長(zhǎng)約750m左右,規(guī)模較小。
3.3 基本查明了第四系土層厚度和基巖起伏面特征
根據(jù)電測(cè)深曲線類型并經(jīng)定量解釋,構(gòu)制了場(chǎng)區(qū)第四系等厚度圖(見(jiàn)圖3)。
場(chǎng)區(qū)內(nèi)電測(cè)深曲線類型有兩種,即G型和HK型(見(jiàn)圖5、圖6)。
G型曲線為兩層地質(zhì)斷面,曲線的前支為低阻,阻值為35~50Ω?m,其視電阻率相當(dāng)?shù)谒南捣圪|(zhì)粘土和砂卵石土(含水),故推斷為第四系沖積層。尾支為高阻層,曲線呈30~40度角度上升,經(jīng)定量解釋,視電阻率1000Ω?m以上,應(yīng)為下覆白堊系砂礫巖(見(jiàn)圖5)。因此G型曲線反映了第四系與基巖接觸的地電斷面特征。
KH型曲線反映了四層地電斷面特征,曲線的前支為低阻層,應(yīng)為第四系粉質(zhì)粘土和砂卵石土;第二支曲線呈35度以上的角度上升,定量解釋其阻值大于2000Ω?m的高阻,且厚度小于10m,推斷為采金空洞或塌落洞,第三支曲線為下降曲線,定量解釋阻值多在80~120Ω?m間,且厚度多小于5m,推斷為第四系砂卵石土(含水);曲線末支呈35°左右的上升曲線,阻大干1000Ω?m,且厚度大,應(yīng)為下覆白堊系砂礫巖(見(jiàn)圖6)。因此,該類型曲線的前三層為第四系沖積層,H特征點(diǎn)為第四系與下覆基巖的分界點(diǎn)。
據(jù)此對(duì)電測(cè)深曲線進(jìn)行了正、反演計(jì)算,計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)第四系厚度值,最終構(gòu)制了場(chǎng)地基巖面等深線平面圖(圖3)。從圖3中可見(jiàn),場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在兩個(gè)基巖凹陷段,其他地段,基巖面較平整。
4 結(jié)語(yǔ)
4.1 運(yùn)用聯(lián)合剖面和對(duì)稱四極電測(cè)深法,基本查明了場(chǎng)地覆蓋層厚度和基巖起伏面特征,圈出了兩個(gè)砂金采空洞穴區(qū)和一條斷裂帶,為擬建工程規(guī)劃和詳勘提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞:地球物理勘查;水文地質(zhì)工程;運(yùn)用
伴隨著我國(guó)工業(yè)化水平的不斷提高水資源短缺問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前時(shí)代背景下制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素,而地下含水構(gòu)造的分析在環(huán)保、地下工程建設(shè)、農(nóng)業(yè)以及礦產(chǎn)開(kāi)采等方面均有著不容忽視的意義,也使得水文地質(zhì)工程逐漸發(fā)展成為地質(zhì)工作的一項(xiàng)重要任務(wù),如何進(jìn)行高精度、高效率的地下水勘查,成為地質(zhì)工作者需要重點(diǎn)研究的課題。
1地球物理勘查的相關(guān)概念
地球物理勘查簡(jiǎn)稱物探,是一種間接的勘探方法,主要是應(yīng)用物理學(xué)的原理和方法,針對(duì)地球的各種物理場(chǎng)分布及變化進(jìn)行探測(cè),探索地球本體和近地空間介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、演化特征,研究相關(guān)的各種自然現(xiàn)象及變化規(guī)律,在工程建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、礦產(chǎn)勘探等方面均有著廣泛的應(yīng)用。地球物理勘探技術(shù)常用的巖石物理性質(zhì)包括密度、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、彈性、熱導(dǎo)率等,因此物探方法也是多種多樣的,包括重力勘探、電法勘探、磁法勘探、地震勘探、地溫勘探等[1]。在進(jìn)行水文地質(zhì)工程勘查時(shí),地球物理勘查方法的勘查依據(jù)包括了三個(gè)方面的內(nèi)容:
(1)含水量,在地下巖層水中,含有豐富的礦物質(zhì),其自身良好的導(dǎo)電性會(huì)直接影響巖層的視電阻率值,可以作為判斷地下水是否存在的依據(jù);
(2)磁性,在巖層中,含有類型和數(shù)量各不相同的金屬元素,也使得其在磁性方面存在著較大的差異性,一般情況下,金屬元素含量越多,巖層的磁性也就越強(qiáng);
(3)放射性與熱輻射,在富水巖層與貧水巖層之間,放射性和熱輻射的強(qiáng)度存在著較大的差異,以輻射溫度為例,貧水巖層平均在7℃~11℃左右,遠(yuǎn)高于富水巖層。
2地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的應(yīng)用
2.1地面物探法
2.1.1自然電場(chǎng)法
這種方法主要是將地下巖石氧化還原、地下水滲透擴(kuò)散、巖石顆粒吸附等作用下所形成的自然電場(chǎng)作為勘查依據(jù),進(jìn)行水文地質(zhì)的勘查。由于天然存在的電場(chǎng)與地下水在巖層縫隙滲透、運(yùn)動(dòng)以及吸附作用密切相關(guān),因此可以通過(guò)專業(yè)的設(shè)備對(duì)地下水電場(chǎng)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè),以此來(lái)判斷地下水的埋深、位置、分布及運(yùn)動(dòng)變化。自然電場(chǎng)法適用于古河道的勘查,可以準(zhǔn)確判斷地下巖層是否存在含水破碎帶,并對(duì)河床、水庫(kù)、堤壩存在的滲漏位置進(jìn)行明確,具有良好的應(yīng)用效果。
2.1.2激發(fā)極化法
激發(fā)極化法主要是分析供電極電流斷開(kāi)后,形成的地下巖層與地下水的放電電場(chǎng)衰減特點(diǎn),對(duì)地下水進(jìn)行勘查,結(jié)合電場(chǎng)的衰減度和衰減時(shí),可以在判斷是否存在地下水的同時(shí),對(duì)放電電場(chǎng)的衰減特點(diǎn)進(jìn)行反映。這里的衰減時(shí)指地下水放電電場(chǎng)的電位差在衰減到一定程度時(shí)花費(fèi)的時(shí)間,而衰減度則能夠充分體現(xiàn)極化電場(chǎng)衰減的速度。一般情況下,由于地下巖層中的水資源水分子偶極距較大,同時(shí)其放電電場(chǎng)的衰減速度普遍較慢,可能會(huì)導(dǎo)致衰減度與衰減時(shí)數(shù)值差距較大的情況。在水文地質(zhì)工程中,比較常用的是激發(fā)極化測(cè)探法,可以對(duì)地下巖層的狀態(tài)和分布位置進(jìn)行勘探,結(jié)合勘查數(shù)據(jù),判斷是否存在地下水或者溶洞含水帶,并且對(duì)地下水分布的深度進(jìn)行測(cè)算??紤]到激發(fā)極化所形成的極化電場(chǎng)數(shù)值較小,因此這種方法并不適用于巖層厚度超過(guò)80m、或者工業(yè)分布密集區(qū)域。
2.1.3高密度電法
高密度電法的基本原理與普通電阻率法相同,在進(jìn)行水文地質(zhì)測(cè)量時(shí),需要將全部的電極放置在剖面上,結(jié)合程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以及相應(yīng)的微機(jī)工程電測(cè)儀,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電極排列方式和不同電極距數(shù)據(jù)的自動(dòng)高效采集。相比較常規(guī)電阻率法,高密度電法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在四個(gè)方面:
(1)一次性完成所有電極的布設(shè),在提升效率的同時(shí),也可以減少電機(jī)設(shè)置過(guò)程中的故障和干擾因素;
(2)選擇多種不同的電極排列方式進(jìn)行測(cè)量,獲得更加全面的地電斷面信息;
(3)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化或者半自動(dòng)化,在提高數(shù)據(jù)采集效率的同時(shí),也減少了人工采集的誤操作;
(4)在地球物理反演方法的帶動(dòng)下,高密度電法中的電阻率成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一維到二維再到三維的轉(zhuǎn)變,提升了資料的解釋精度。
2.1.4瞬變電磁法
即TEM法,其基本原理,是利用不接地或者接地源,向地下發(fā)送一次場(chǎng),并且在一次場(chǎng)的間歇期間,對(duì)由地質(zhì)體產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行測(cè)量。結(jié)合二次場(chǎng)的衰減特征曲線,可以對(duì)不同深度地質(zhì)體的規(guī)模、分布和電性特征進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。考慮到瞬變電磁法是針對(duì)純二次場(chǎng)進(jìn)行的觀測(cè),因此消除了一次場(chǎng)產(chǎn)生的設(shè)備耦合噪聲,在實(shí)際應(yīng)用中,具有橫向分辨率高、體積效應(yīng)小、探測(cè)范圍深、受旁側(cè)地質(zhì)體影響小等優(yōu)點(diǎn),在金屬礦產(chǎn)、石油、煤炭、地?zé)岬鹊刭|(zhì)勘查中有著廣泛的應(yīng)用,將其運(yùn)用到水文地質(zhì)工程勘查中,同樣能夠取得良好的勘查效果。
2.1.5地質(zhì)雷達(dá)法
地質(zhì)雷達(dá)簡(jiǎn)稱GPR,是利用地面發(fā)射天線,將特定的電磁波送到地下,經(jīng)地下目標(biāo)反射后,重新被接收天線接收,并對(duì)接收到的電磁波的振幅、時(shí)頻等特征進(jìn)行分析,結(jié)合分析結(jié)果,對(duì)地質(zhì)體的展布形態(tài)和性質(zhì)進(jìn)行評(píng)估和判斷。電磁波的頻率直接影響了雷達(dá)的穿透深度,使其無(wú)法得到突破性的增加,不過(guò)在分辨率上較高,可以達(dá)到0.05m以下。受技術(shù)條件的制約,傳統(tǒng)的地質(zhì)雷達(dá)僅僅能夠探測(cè)數(shù)米范圍內(nèi)的目標(biāo),應(yīng)用范圍有限,而伴隨著技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)如今地質(zhì)雷達(dá)的最大探測(cè)深度已經(jīng)達(dá)到100m,也因此成為水文地質(zhì)工程勘察中一種非常有效的物探方法。
2.2地球物理測(cè)井法
地球物理測(cè)井法簡(jiǎn)稱測(cè)井,主要是在相應(yīng)的位置鉆孔,然后利用能夠針對(duì)電、聲、熱等進(jìn)行測(cè)量的儀器,辨識(shí)地下巖石和流體的性質(zhì),是進(jìn)行油氣田勘探和開(kāi)發(fā)的主要手段。不僅如此,測(cè)井法也可以針對(duì)水文地質(zhì)工程中的各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,對(duì)含水層進(jìn)行確定,然后結(jié)合鉆孔剖面,做好地下巖性的分層處理,并通過(guò)鉆探取芯以及水文地質(zhì)勘查的方式,推測(cè)水文地質(zhì)工程所處區(qū)域的地下含水層、巖溶發(fā)育帶等,更能夠?qū)λ牡刭|(zhì)工程的相關(guān)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行明確。事實(shí)上,在缺乏鉆進(jìn)取芯的情況下,測(cè)井法是一種非常有效的勘查方法,相比于地面物探而言,具有更高的勘查精度。
3結(jié)語(yǔ)
在水文地質(zhì)工程勘察中,地球物理勘查方法有著非常廣泛的應(yīng)用,也發(fā)揮著不容忽視的作用,能夠得到完善、準(zhǔn)確的勘查資料,有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)地下巖層水資源分布的合理分析和判斷,為工程的規(guī)劃建設(shè)提供良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),應(yīng)該得到足夠的重視。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:地球物理;水文;地質(zhì)工程;勘察方法
中圖分類號(hào):P336文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
引 言
物探是地球物理勘探的簡(jiǎn)稱,它是根據(jù)各種巖石之間的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異,利用地球物理的原理,采用不同的物探儀器和物理方法,對(duì)工程區(qū)的地球物理場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,以解決地質(zhì)問(wèn)題的一種物理勘探方法。 當(dāng)?shù)叵聠卧械叵滤?,它的含水量將與電導(dǎo)率、滲透率、地層孔隙度、礦化度等諸多因素相關(guān)。 此外放射異常、彈性波阻抗異常、磁異常等均可以運(yùn)用在水文地質(zhì)實(shí)際工作中去。 在實(shí)際中,水文地質(zhì)工作可以采用很多種類的地球物理勘探方法。 本文將對(duì)其中幾種主要方法進(jìn)行介紹,如高密度電阻率法、激發(fā)極化法、CSAMT、瞬變電磁法和地面核磁共振法等。
1 高密度電阻率法
巖石電阻率是由多種因素共同決定的。 這些因素包括含水量及水的礦化度、孔隙度、顆粒結(jié)構(gòu)、礦物成分等。 在同一層巖石中有沒(méi)有含水,會(huì)在很大的限度上決定電阻率的數(shù)值。 運(yùn)用電阻率物探方法進(jìn)行水文地質(zhì)勘查,其實(shí)就是通過(guò)測(cè)定含水層的電阻率在其空間的分布規(guī)律,探查和發(fā)現(xiàn)含水巖層的儲(chǔ)水條件、空間展布,最終進(jìn)行水文地質(zhì)勘查,這種方法是一種間接找水的方法。高密度電法實(shí)際上是電剖面法和電測(cè)深法相結(jié)合的產(chǎn)物。其基本原理與普通電阻率法相同, 通過(guò) A、B 電極向地下供電流,然后在 M、N 極間測(cè)量電位差,從而可求得該點(diǎn)(M、N 之間)的視電阻率值。 高密度電阻率法原理如圖 1 所示。
圖1 高密度電阻率法原理圖
由于在觀實(shí)際測(cè)中布置了高密度的觀測(cè)點(diǎn),所以高密度電阻率法是陣列思想應(yīng)用于電阻率法的產(chǎn)物。 高密度電阻率法為地下水資源勘查提供了有效、快捷的工具。 它不但可以運(yùn)用非含水地層和含水介質(zhì)之間的電性差異,來(lái)直觀的獲取水循環(huán)條件、富水特性和含水層位置等方面的信息;還可以通過(guò)建立含鹽量與電阻率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)含鹽量的動(dòng)態(tài)原位監(jiān)測(cè)。 除此之外,因?yàn)楹橘|(zhì)導(dǎo)電特性和導(dǎo)水性之間非常相似,高密度電阻率法便為水文地質(zhì)參數(shù)的校正、確定提供了一種有效的手段。
2 激發(fā)極化法
激發(fā)極化法(或激電法)就是以巖、礦石激發(fā)極化效應(yīng)的差異為基礎(chǔ)來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題的一類勘探方法。 當(dāng)對(duì)地下地質(zhì)體供入一直流脈沖 ΔV1,在供電電流不變的情況下,可觀測(cè)到如下現(xiàn)象:地面上兩個(gè)測(cè)量電極的地位差 ΔV(t)隨時(shí)間增加而趨于飽和值。 在供電電流斷開(kāi)之后,會(huì)發(fā)現(xiàn)電極間電位差將快速的衰減,在衰減帶一定的數(shù)值后,衰減的速度將開(kāi)始變慢,經(jīng)過(guò)一點(diǎn)時(shí)間后,其可衰減為零。 這種在放電和充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)現(xiàn)象,被稱為激發(fā)極化效應(yīng)。在實(shí)際地質(zhì)應(yīng)用方面,初期的激電法主要用于勘查硫化金
屬礦床,后來(lái)發(fā)展到諸多領(lǐng)域,如氧化礦床、非金屬礦床、工程地質(zhì)問(wèn)題等。 近年來(lái),激電法找水效果十分顯著,被譽(yù)為“找水新法”。 利用激電法確定地層的含水性,這種方法最好與高密度電阻率法相結(jié)合,這樣就可以提高找水的成功率,降低地球物理解釋的多解性。
3 (CSAMT)可控源音頻大地電磁法
CSAMT 是在(AMT)音頻大地電磁和(MT)大地電磁法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種可控源頻率測(cè)深方法。 可控源音頻大地電磁法運(yùn)用可控制的人工場(chǎng)源來(lái)測(cè)量從電偶極源到地下的電磁場(chǎng)分量,兩個(gè)電極的電源距離在 1~2km,測(cè)量是在距離場(chǎng)源5~10km 之外的地方進(jìn)行 。 CSAMT 方法的工作頻率一般從10kHz~0.125Hz,因此,勘探深度一般可從地表到地下幾千米 。由于該方法運(yùn)用巨大的人工信號(hào)源,能夠壓制干擾,所以可以采集到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。 CSAMT 方法的基本理論是基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組, 導(dǎo)出電場(chǎng) Hy、ρs磁場(chǎng)與視電阻率的關(guān)系式為:
可控源音頻大地電磁法的出現(xiàn)展示出了較好的應(yīng)用前景,其作為激發(fā)極化法和普通電阻率法的補(bǔ)充,可以深層次的解決地質(zhì)問(wèn)題。 例如地?zé)峥辈楹退墓こ痰刭|(zhì)勘查、推覆體或火山巖下找煤、油氣構(gòu)造勘查等方面,都取得了良好的地質(zhì)效果。 在地下水資源中,可控源音頻大地電磁法適合尋找深部的基巖裂隙水。
4 (TEM)瞬變電磁法
TEM 是運(yùn)用接地線或者不接地線源向地下發(fā)送一次場(chǎng) ,在一次場(chǎng)的間歇期間,測(cè)量出電磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化,依據(jù)二次場(chǎng)的曲線衰弱特征判斷出地下不同深度地質(zhì)體的規(guī)模大小及電性特征等。 因?yàn)樗沧冸姶欧ㄊ怯^測(cè)純二次場(chǎng),消除了由一次場(chǎng)而產(chǎn)生的裝置偶合噪音,其有著受旁側(cè)地質(zhì)體影響小、與探測(cè)地質(zhì)體有最佳偶合、對(duì)低阻反映靈敏、探測(cè)深度深、橫向分辨率高、體積效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。TEM 與其他測(cè)深方法進(jìn)行比較,它具有探測(cè)深度大、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)。 近年來(lái),該方法得到迅速發(fā)展,特別是對(duì)探測(cè)低阻覆蓋層下的良導(dǎo)電地質(zhì)體取得了顯著的地質(zhì)效果。 由于上述特點(diǎn),針對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題,TEM 不僅僅可以確定水文地質(zhì)構(gòu)造類型和在沖積層地區(qū)估算基巖的埋深和地下水位;還可以在濱海含水層中查明繪制人為和自然發(fā)生的海水入侵分布圖以及咸淡水界面、監(jiān)測(cè)和圈定地下水污染通道。
5 (SNMR)地面核磁共振法
地面核磁共振(SNMR)是近年發(fā)展起來(lái)的找水方法也是目前世界上唯一的直接找水的地球物理新方法。 通過(guò)運(yùn)用了不同物質(zhì)原子核弛豫的性質(zhì),從而產(chǎn)生了 SNMR 效應(yīng)。SNMR 效應(yīng)利用地面核磁共振找到水儀器,研究并觀測(cè)在地層中水質(zhì)子產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的變化的規(guī)律,進(jìn)而探測(cè)地下水的時(shí)空賦存和存在性的特征。
地面核磁共振法找水的原理決定了可以找多少水,尤其是淡水。 在 SNMR 方法的探測(cè)范圍之內(nèi),只要有自由水存在,就可以感應(yīng)到核磁共振信號(hào)響應(yīng),反之就沒(méi)有響應(yīng)。 另外地面核磁共振方法受到地質(zhì)因素的影響比較小,這樣就可以用來(lái)區(qū)別電磁測(cè)深法的電阻率和間接找水法的電阻率的異常地質(zhì)。 當(dāng)前, 地面核磁共振法不足之處在于不能用來(lái)探測(cè)埋藏深度在150m 以下的地下水,并且易受電磁噪聲的干擾。
6 結(jié) 語(yǔ)
從發(fā)展的角度看,從高密度電阻率法、激發(fā)極化法到可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、瞬變電磁法(TEM),再到地面核磁共振法,地球物理勘探方法總體上在不斷進(jìn)步。 盡管如此,在復(fù)雜的地質(zhì)背景下,沒(méi)有一種方法是萬(wàn)能的,只有根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工作要求,針對(duì)性地采取某種方法或幾種方法的組合,才能提高成果的解譯程度,更加精確地完成地球物理勘探工作。 多種方法的結(jié)合使用已經(jīng)開(kāi)始普遍用于地下水的勘探研究,也取得好的結(jié)果。 隨著勘探難度的加大,還有更多的問(wèn)題需要探索和研究。 相信隨著人們認(rèn)識(shí)程度的提高,物探在地下水勘察中的作用會(huì)越來(lái)越明顯, 水資源勘察也將進(jìn)入一個(gè)新階段。
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