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1、公路工程地质勘察10.1概述10.1.1公路工程地质勘察的目的任务和阶段划分 公路工程地质勘察，就是运用地质、工程地质的理论和各种技术手段，实地调查、研究公路要穿越地带的工程地质条件。公路工程地质勘察的目的，是为公路选线、测设、施工和使用提供经济合理而又正确完整的工程地质资料。公路工程地质勘察的任务，包括以下几项：1. 查明公路沿线的工程地质条件，如地形与地貌、地层与岩性、地质构造等情况；2. 在路线基本走向范围内，根据工程地质条件，优选路线方案，并对各路段可能布线的区间进行初勘；3. 对定线后的各路段的工程地质条件，作出定性和定量评价；4. 配合路线测设、施工，根据不同路段的工程地质条件，对
2、路基、桥涵、挡防等工程建筑物类型、结构以及施工方法，提出可行性的建议；5. 对不良地质的路段进行开挖、切坡施工时和工程兴建后所要发生的变化，制订出相应的安全措施。 工程地质勘察应分阶段进行，常用的设计阶段与步骤有：可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察。不同的测设阶段，对工程地质勘测工作有不同的要求，在广度、深度和重点等方面面是有差别的。其中可行性研究勘察应符合场地方案确定的要求；初步勘察应符合初步设计或扩大初步设计的要求；详细勘察应符合施工设计的要求。对工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重要工程，还应进行施工勘察；对面积不大，工程地质条件简单的场地或有建筑经验的地区，可简化勘察阶段。10.1.2
3、公路工程地质勘察内容（一）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
4、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
5、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）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
6、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（1） 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。（2） 气象资料、气温、风、降水量、冻结、雪等汇总。（3） 对不良地质地段做专项资料汇总。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
7、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
8、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1.5m x1.0m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
9、，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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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。弹性波勘探，是利用人工激发震动，研
15、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
