建设工程项目设计一般分为可行性研究,初步设计和施工图设计三个阶段。为了提供各设计阶段所需的工程地质资料,勘察工作也相应地划分为选址勘察(可行性研究勘察)、初步勘察、详细勘察三个阶段。对于工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重要建筑物地基,尚应进行预可行性及施工勘察;对于地质条件简单,建筑物占地面积不大的场地,或有建设经验的地区,也可适当简化勘察阶段。各勘察阶段的任务和工作内容简述如下:
1选址勘察阶段
选址勘察工作对于大型工程是非常重要的环节,其目的在于从总体上判定拟建场地的工程地质条件能否适宜工程建设项目。一般通过取得几个候选场址的工程地质资料进行对比分析,对拟选场址的稳定性和适宜性作出工程地质评价。选择场址阶段应进行下列工作:
①搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验;
②在收集和分析已有资料的基础上,通过踏勘,了解场地的地层、构造、岩石和土的性质、不良地质现象及地下水等工程地质条件;
③对工程地质条件复杂,已有资料不能符合要求,但其它方面条件较好且倾向于选取的场地,应根据具体情况进行工程地质测绘及必要的勘探工作。
选择场址时,应进行技术经济分析,一般情况下宜避开下列工程地质条件恶劣的地区或地段:(1)不良地质现象发育,对场地稳定性有直接或潜在威胁的地段;(2)地基土性质严重不良的地段;(3)对建筑抗震不利的地段,如设计地震烈度为8度或9度且邻近发震断裂带的场区;(4)洪水或地下水对建筑场地有威胁或有严重不良影响的地段;(5)地下有未开采的有价值矿藏或不稳定的地下采空区上的地段。
原位测试和实验室试验
获得工程地质设计和施工参数,定量评价工程地质条件和工程地质问题的手段,是工程地质勘察的组成部分。室内试验包括:岩、土体样品的物理性质、水理性质和力学性质参数的测定。现场原位测试包括:触探试验、承压板载荷试验、原位直剪试验以及地应力量测等(见岩土试验、工程地质力学模拟)。
设计建筑物规模较小,或大型建筑物的早期设计阶段,且易于取得岩、土体试样的情况下,往往采用实验室试验。但室内试验试样小,缺乏代表性,且难以保持天然结构。所以,为重要建筑物的初步设计至施工图设计提供上述各种参数,必须在现场对有代表性的天然结构的大型试样或对含水层进行测试。要获取液态软粘土、疏松含水细砂、强裂隙化岩体之类的、不能得到原状结构试样的岩土体的物理力学参数,必须进行现场原位测试。
钻探过程中有三个基本程序:
破碎岩土:在工程地质钻探中广泛采用人力和机械方法,使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩土块或岩土芯的现象,叫做破碎岩土。岩土的破碎是借助于冲击力、剪切力、研磨和压力来实现的。
采取岩土:用冲洗液(或压缩空气)将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的碎屑或样芯取出于地面。
保全孔壁:为了顺利地进行钻探工作,必须保护好孔壁,不使其坍塌。一般使用套管和泥浆来护壁。
工程地质钻探可根据岩土破碎的方式,将钻进的方法分为以下四种:
冲击钻进
冲击钻进法采用底部圆环状钻头。钻进时将钻具提升到一定高度,利用钻具自重,迅猛放落,钻具在下落时产生冲击动能,冲击孔底岩土层,使岩土层达到破碎之目的而加深钻孔。
回转钻进
回转钻进法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。在土质地层中钻进,有时为有效地完整地揭露标准地层,还可以采用勺形钻钻头进行钻进。
冲击-回转钻进
冲击-回转钻进综合了前两种钻进方法在地层钻进中的优点,以达到提高钻进效率的目的。其工作原理是: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,破坏粒度比回转剪切粒度增大。同时由于冲击力的作用使硬质合金刻入岩石深度增加,在回转中将岩石剪切掉。这样就大大提高了钻进的效率。
冲击-回转-振动钻进
冲击-回转-振动钻进综合了前三种钻进方法在地层钻进中的优点,以达到提高钻进效率的目的。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。由于震动器高速振动的结果,圆筒钻头依靠钻具和振动器的重量使得土层更容易被切削钻进,切钻进速度较快。