10章道路桥梁或隧道地质勘察

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1、公路工程地质勘察公路工程地质勘察l第一节概述l第二节公路路基工程地质勘察l第三节桥梁工程地质勘察l第四节隧道工程地质勘察l第五节勘察实例四川交通职业技术学院道桥系刘玉洁制作第一节概述第一节概述l一、公路工程地质勘察的目的、任务和阶段划分一、公路工程地质勘察的目的、任务和阶段划分 工程地质勘察的目的工程地质勘察的目的：查明土木工程场地的工程地质条件、分析查明土木工程场地的工程地质条件、分析 存在的工程地质问题、对工程场地做出工程地质评价。存在的工程地质问题、对工程场地做出工程地质评价。勘察阶段的划分：规划勘察；可行性研究勘察阶段；初步设计勘勘察阶段的划分：规划勘察；可行性研究勘察阶段；初步设计勘

2、 察阶段；察阶段；技术设计及施工勘察阶段技术设计及施工勘察阶段l二、公路工程地质勘察内容二、公路工程地质勘察内容l三、工程地质勘察的主要方法工程地质勘察的主要方法l四、勘察资料的内业整理四、勘察资料的内业整理(二二)工程地质勘察的任务工程地质勘察的任务 l1.查明并分析工程场地的工程地质条件；查明并分析工程场地的工程地质条件；l2.分析存在的工程地质问题，进行定性和定量分析；分析存在的工程地质问题，进行定性和定量分析；l3.选择能满足要求的较优越的工程场地和环境；选择能满足要求的较优越的工程场地和环境；l4.对选择的场地进一步勘察后，对照建筑物的适宜性对选择的场地进一步勘察后，对照建筑物的适宜

3、性对场地进行分区，提出各区段所适宜的建筑物类型、对场地进行分区，提出各区段所适宜的建筑物类型、结构、规模、基础及地基处理的合理意见；结构、规模、基础及地基处理的合理意见；l5.预测工程建成后对地质环境的影响；预测工程建成后对地质环境的影响；l6.提出工程地质条件的分析评价及改善不良地质条件提出工程地质条件的分析评价及改善不良地质条件的措施和建议。的措施和建议。二、公路工程地质勘察内容二、公路工程地质勘察内容（一）新建公路工程地质勘察的内容l1.路线工程地质勘察 l2.路基、路面工程地质勘察l3.桥涵工程地质勘察l4.隧道工程地质勘察l5.天然筑路材料工程地质勘察（二）改建公路工程地质勘察内容l

4、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。l2.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。l3.收集原有公路路况资料。l4.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。l5.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。三、工程地质勘察的主要方法三、工程地质勘察的主要方法l(一)工程地质测绘l1.工程地质测绘的主要内容工程地质测绘的主要内容 l2.工程地质测绘的工作方法工程地质测绘的工作方法 l3.航片和卫片在

5、工程地质测绘中的应用航片和卫片在工程地质测绘中的应用l(二)工程地质勘探l(三)工程地质试验及长期观测1.工程地质测绘的主要内容l研究沿线地形地貌特征，划分地貌单元；研究沿线地形地貌特征，划分地貌单元；l查明沿线的地层、岩性、地层层序、成因、厚度、时代查明沿线的地层、岩性、地层层序、成因、厚度、时代及岩相变化等；及岩相变化等；l查明地质构造、土体的成层组合关系、大地构造、构造查明地质构造、土体的成层组合关系、大地构造、构造线方向、断裂褶皱形态、岩层产状和分布、构造形迹和线方向、断裂褶皱形态、岩层产状和分布、构造形迹和构造体系以及它们之间的关系；构造体系以及它们之间的关系；l研究水文地质条件，调

6、查地下水的天然和人工露头研究水文地质条件，调查地下水的天然和人工露头-井、井、泉、矿坑和钻孔等；泉、矿坑和钻孔等；l调查研究沿线不良地质现象及特殊地质问题的范围和性调查研究沿线不良地质现象及特殊地质问题的范围和性质、发生发展及分布规律；质、发生发展及分布规律；l调查研究已有建筑物变形破坏情况及建筑经验；调查研究已有建筑物变形破坏情况及建筑经验；l了解铁路沿线天然建筑材料的质量、数量及分布情况。了解铁路沿线天然建筑材料的质量、数量及分布情况。2.工程地质测绘的工作方法l测绘宽度的确定：一般采用沿程测绘的方法，测绘宽度的确定：一般采用沿程测绘的方法，其测绘宽度一般包括中线两侧各其测绘宽度一般包括中

7、线两侧各200300m.l测绘线的布置：为了专门目的或地质条件的重测绘线的布置：为了专门目的或地质条件的重点工程地段而进行的大面积工程地质测绘常采点工程地段而进行的大面积工程地质测绘常采用路线穿越法和顺层追索法。用路线穿越法和顺层追索法。l观测点的选择：观测点的布置必须选在具有代观测点的选择：观测点的布置必须选在具有代表性的地质现象的天然露头工人工露头处。表性的地质现象的天然露头工人工露头处。3.航片和卫片在工程地质测绘中的应用l 航片的应用航片的应用l (1)运用室内光学仪器编制地形图；运用室内光学仪器编制地形图；l (2)通过地质专业判译编绘工程地质图；通过地质专业判译编绘工程地质图；l卫

8、片的应用卫片的应用(优点优点)l (1)卫片拍摄地面范围大；卫片拍摄地面范围大；l (2)反映宏观形态特征较清楚、解释效果比较好；反映宏观形态特征较清楚、解释效果比较好；l (3)卫片中包含的信息量大，可根据色调和形态特卫片中包含的信息量大，可根据色调和形态特征，能够解决工程地质测绘中的很多问题。征，能够解决工程地质测绘中的很多问题。（二）工程地质勘探（二）工程地质勘探l1.山地勘探：山地勘探：剥土、探坑、探槽、探井（分竖井、斜井）、平洞l2.钻探钻探l3.物探物探l4.工程地质坑探工程地质坑探2.钻探l采用钻探机具对深部的工程地质条件进行揭露的一种工作方法。它分为轻便钻采用钻探机具对深部的工

9、程地质条件进行揭露的一种工作方法。它分为轻便钻探和钻探两种。探和钻探两种。轻便钻探利用洛阳铲、锥探和小螺纹钻等进行钻探的方法；轻便钻探利用洛阳铲、锥探和小螺纹钻等进行钻探的方法；钻探一般是利用大型钻机进行钻探的方法，常用的钻机是机械回转钻机。钻探一般是利用大型钻机进行钻探的方法，常用的钻机是机械回转钻机。l钻探过程包括三个基本程序：钻探过程包括三个基本程序：A破碎岩土：采用人力和机械方法，使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩破碎岩土：采用人力和机械方法，使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩土块或岩土芯，破碎一般是借助冲击力、剪切力、研磨和压力来实现的。土块或岩土芯，破碎一般是借助冲击力、剪切力、研

10、磨和压力来实现的。B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（抽筒、勺形钻头、螺旋钻头、取土器、岩芯管等）靠人力或机械将孔底钻具（抽筒、勺形钻头、螺旋钻头、取土器、岩芯管等）靠人力或机械将孔底的碎屑或样心取出于地面。的碎屑或样心取出于地面。C保全孔壁：一般采用套管或泥浆来护壁。保全孔壁：一般采用套管或泥浆来护壁。l钻进方法有以下三种：钻进方法有以下三种：A冲击钻进：采用底部圆环状的钻头，将钻具提升到一定高度，利用钻具冲击钻进：采用底部圆环状的钻头，将钻具提升到一定高度，利用钻具自重，迅猛放落，钻具在下落

11、时产生冲击动能，冲击孔底岩土层，使岩土达到自重，迅猛放落，钻具在下落时产生冲击动能，冲击孔底岩土层，使岩土达到破碎。破碎。B回转钻进：采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进中施回转钻进：采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进中施加钻压，使钻头在回转中切入岩土层，达到加深钻孔的目的。加钻压，使钻头在回转中切入岩土层，达到加深钻孔的目的。C振动钻进：采用机械动力所产生的振动力，通过连接杆和钻具传到圆筒振动钻进：采用机械动力所产生的振动力，通过连接杆和钻具传到圆筒形钻头周围土中。形钻头周围土中。D综合式钻进：综合冲击回转两种钻进方法；在钻进过程中，钻头克取岩综合式钻进：综合冲击回

12、转两种钻进方法；在钻进过程中，钻头克取岩石时，施加一定的动力，对岩石产生冲击作用，使岩石的破碎速度加快，同时石时，施加一定的动力，对岩石产生冲击作用，使岩石的破碎速度加快，同时由于冲击力的作用使硬质合金刻人岩石深度增加，在回转中将岩石剪切掉。由于冲击力的作用使硬质合金刻人岩石深度增加，在回转中将岩石剪切掉。3.物探l电法勘探：可分为自然电场法和人工电场法两种。工电法勘探：可分为自然电场法和人工电场法两种。工程地质勘探中常采用人工电场法的电阻率法，它主要程地质勘探中常采用人工电场法的电阻率法，它主要利用仪器测定岩、土体导电性的差异来识别地质情况利用仪器测定岩、土体导电性的差异来识别地质情况的一种

13、方法的一种方法 l弹性波法：包括地震勘探、声波及超声波探测。它是弹性波法：包括地震勘探、声波及超声波探测。它是人式激发振动，来研究地质体中的传播规律，以判定人式激发振动，来研究地质体中的传播规律，以判定地质情况、岩体状态及特性。地质情况、岩体状态及特性。l地球物理测井：利用地层之间的物性差异，采用不同地球物理测井：利用地层之间的物性差异，采用不同的物理方法，了解钻井中的地质和水文地质情况的方的物理方法，了解钻井中的地质和水文地质情况的方法。法。l地质雷达地质雷达：是一种高频电磁波，利用电磁波在不同是一种高频电磁波，利用电磁波在不同介质中的传播规律，探明地质条件的一种方法。介质中的传播规律，探明

14、地质条件的一种方法。3.工程地质坑探l(1)试坑、浅井试坑、浅井l(2)探槽探槽l(3)斜井和平洞斜井和平洞(三三)工程地质试验及长期观测工程地质试验及长期观测l1.室内外试验室内外试验室内试验：在现场取有代表性的试样，送到试验室进行相关项目的试验。室内试验：在现场取有代表性的试样，送到试验室进行相关项目的试验。原位测试：在野外现场进行测试，主要包括：原位测试：在野外现场进行测试，主要包括：A.岩石力学性质指标；静力载荷试验岩石力学性质指标；静力载荷试验(CPT)、静力触探试验、圆锥动静力触探试验、圆锥动力触探力触探、标准贯入试验标准贯入试验、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验十字板剪切试验、扁铲侧

15、胀试验、旁压试旁压试验验、波速测试波速测试、现场大型直剪试验现场大型直剪试验、块体基础振动试验块体基础振动试验 B.水文地质实验水文地质实验 C.岩体中地应力的测试岩体中地应力的测试 D.地基工程地质实验地基工程地质实验 l2.工程地质长期观测工程地质长期观测 与工程有关的地下水的动态观测；与工程有关的地下水的动态观测；不良地质现象的观测；不良地质现象的观测；建筑物修建与周围环境相互作用的动态观测。建筑物修建与周围环境相互作用的动态观测。静力载荷静力载荷试验试验(CPT)l静力载荷试验指在拟建场地上，在挖至设计的基础置深度的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承压板，在其上逐级加荷载，测定相应荷载

16、作用下地基土的稳定沉降量，分析研究地基土的强度与变形特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。静力载何试验分为平板载何试验、螺旋板载荷试验、深层平板载荷试验等。用以确定地基土的临塑荷载、极限荷载，为评定地基土的承载力提供依据；估算地基土的变形模量、不排水抗剪强度和基床反力系数。其试验装置为承压板、加荷与传压装置及沉降观测装置等。根据实测结果绘制沉降与时间(st)关系曲线及荷载与沉降(ps)关系曲线，由此确定地基承载力、地基土的变形模量、估算地基土的不排水抗剪强度、估算地地基土基床反力系数。静力触探试验静力触探试验 l静力触探试验指通过一定的机械装置，将某种规格的金属肩探头用静力压人土层中

17、，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯人阻力，以此来判断、分析、确定地基土的物理力学性质。静力触探试验适用于粘性土、粉土和砂土，主要用于划分土层、估算地基土的物理力学指标参数、评定地基土的承载力、估算单桩承载力及判定砂土地基的液化等级等。静力触探试验装置主要设备为静力触探仪，其由贯人装置（包括反力装置）、传动系统和量测系统三部分组成。常用的静力触探探头分为单桥探头和双桥探头 单桥探头结构1-顶柱；2-电阻应变片；3-传感器；4-密封垫圈套；5-四芯电缆；6-外套筒 双桥探头结构1-传力杆；2-磨擦传感器；3-摩擦筒；4-锥尖传感器；5-顶柱；6-电阻应变片；7-钢珠；8-锥尖头 圆锥

18、动力触探圆锥动力触探 l圆锥动力触探指利用锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打人土中的阻抗大小判别土层的变化，对土层进行力学分层，并确定土层的物理力学性质，对地基土作出工程地质评价。动力触探试验适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石及各类土。试验装置动力触探设备主要由探头和落锤两部分组成，可分为轻型、重型及超重型三类。标准贯入试验标准贯入试验 1-穿心锤；2-锤垫；3-钻杆；4-贯入器头；5-出水孔；6-贯入器身；7-贯入器靴 标准贯入试验是动力触探类型之一，其利用规定重量的穿心锤，从恒定高度上自由落下，将一定规格的探头打人士中，根据打人的难易程度判别土的性质。标准贯入试验可适

19、用于砂土、粉土和一般粘性土，最适用于N=250击的土层。其目的为：采取扰动样，鉴别和描述土类，按颗粒分析结果定名。根据标准贯入击数N，利用地区经验，为砂土的密实度和粉土、粘性土的状态、土的强度参数、变形模量、地基承载力等作出评价。估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性。判定饱和粉砂、砂质粉土的地震液化可能性及液化等级。l将十字板头压入被测土层中，施加一定的扭转力矩，将土体剪坏，测定土体对抵抗扭剪的最大力矩，通过换算得到土体的抗剪强度值。十字板剪切试验适用于灵敏度不大于10，固结系数不大于100m2/年的均质饱和软粘土。其目的为：测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度Cu、估算软粘性土的灵敏度。十

20、字板剪切试验十字板剪切试验 1-手摇柄；2-齿轮；3-蜗轮；4-开口钢环；5-固定夹；6-导杆；7-百分表；8-转盘；9-底板；10-固定套；11-弹子盘；12-底座；13-制紧轴；14-接头；15-套管；16-钻杆；17-导轮；18-轴杆；19-十字板头 扁铲侧胀试验扁铲侧胀试验 l 指用静力将扁铲形探头贯入土中，达试验深度后，利用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向外扩张进行试验。扁铲侧胀试验适用于一般粘性土、粉土、中密以下砂土、黄土等，不适用于含碎石的土、风化岩等 l试验成果主要有：根据A、B、C压力及A、B 计算p0、p1、p2 与深度的变化曲线；绘制扁胀模量、水平应力指数、扁胀指数、扁胀孔压力

21、指数与深度的变化曲线。由试验成果可划分土类、确定静止侧压力系数、评定应力历史、确定不排水抗剪强度、确定土的变形参数、确定水平固结系数、可设计侧向受荷桩。旁压试验旁压试验 l旁压试验（PMT）是将圆柱形旁压器竖直地放人土中，通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜（或护套）将压力传给周围土体（或岩层），使土体或岩层产生变形直至破坏，通过量测施加的压力和土变形之间的关系，可得到地基土在水平方向上的应力应变关系。l适用于测定粘性土、粉土、砂土、碎石土、软质岩石和风化岩的承载力、旁压模量和应力应变关系等 l旁压试验的成果主要为压力和扩张体积曲线、压力和半径增量曲线。根据旁压曲线可评定地基承

22、载力、确定旁压模量。波速测试波速测试 l波速测试就是测定土层的波速，依据弹性波在岩土体内的传播速度间接测定岩土体在小应变条件下（10-410-6）动弹性模量和泊松比。l适用于测定各类岩土体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速。根据任务要求可采用单孔法、跨孔法或面波法。l根据波速，可按有关公式计算动剪切模量、动弹性模量和泊松比。a-检层法；b-面波法：c-试验布置图 现场大型直剪试验现场大型直剪试验 l大型直剪试验适用于求测各类岩土体以及岩土体沿软弱结构面和岩土体与混凝土接触面或滑动面的抗剪强度，可分为岩土体试样在法向应力作用下沿剪切面剪切破坏的抗剪断试验、岩土体剪断后沿剪切面继续剪切的抗剪试验（摩擦

23、试验）、法向应力为零时岩体剪切的抗切试验。试验装置有大剪仪、加载设备、量测设备等 1-手轮；2-测力计；3-剪切环；4-压力盖；5-垂压部分；6-水平框架；7-地锚；8-水平推力部分 块体基础振动试验块体基础振动试验 l通过块体基础振动试验直接测得地基土的刚度、阻尼比和参振质量等动力参数，可分为块体基础强迫振动试验和块体基础自由振动试验两类。根据块体基础振动试验实测的频率和振幅作振幅随频率变化的共振幅频曲线，依据幅频曲线计算地基阻尼比、刚度及参振质量。(a)垂直振动试验(b)垂直自由振动试验(c)水平回转振动试验 水文地质实验水文地质实验 高压粘性土渗透变形试验装置 大型三向电阻网渗流试验装置

24、 岩体中地应力的测试岩体中地应力的测试 第二节公路路基工程地质勘察第二节公路路基工程地质勘察一、公路选线的工程地质论证 （1）沿河线（2）山脊线 （3）山坡线（4）越岭线二、公路路基的主要工程地质问题 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 三、公路路基工程地质勘察的基本内容四、公路路基工程地质勘察的要点 （一）初步勘察阶段（二）详细勘察阶段第三节桥梁工程地质勘察第三节桥梁工程地质勘察 一般应包括两项内容：首先应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；然后再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

25、所需要的地质资料。一、桥梁工程地质问题 桥墩台地基稳定性问题；桥墩台地基的冲刷问题二、桥梁工程地质勘察要点 （一）初步勘察（二）详细勘察阶段第四节隧道工程地质勘察第四节隧道工程地质勘察 包括两项内容：一是隧道方案与位置的选择；二是隧道洞口与洞身的勘察。前者除隧道方案的比较外，有时还包括隧道展线或明挖的比较；对重点隧道或工程地质和水文地质条件复杂的隧道，应进行区域性的工程地质调查、测绘。当地下水对隧道影响较大时，应进行地下水动态观测，并计算隧道涌水量。一、隧道工程地质问题：山岩压力及洞室围岩的变形与破坏问题；地下水及洞室涌水问题；洞室进出口的稳定问题。二、隧道位置选择的一般原则 洞身位置的选择；洞口位置选择；隧道围岩的稳定性三、隧道工程地质勘察要点 （一）初步勘察阶段（二）详细勘察阶段第五节勘察实例第五节勘察实例l各种勘察方法的适用范围、操作方法、成果整理l新建公路、改建公路、桥梁工程与隧道工程地质勘察要点本章重点回顾与复习