土木工程地质勘查.ppt

10 土木工程地质勘察 10.1 城市规划与建设的工程地质勘察 城市规划的目的是安排城市的各级建设，指导城市科学地发展，提高城市经济效益，改城市环境。它是一项复杂的多学科进行城市发展的综合手段，具有综合的职能。城市规划的主要任务是使城市在发展过程中取得良好的经济效益、社会效益和环境效益，并使三者相互协调；使传统的以建筑和工程为主体的城市规划，朝着经济、社会和建设的综合规划方向发展。,10.1.1 城市规划的主要工程地质问题 与城市规划有关的主要工程地质问题：区域稳定性问题、地基稳定性问题、供水水源问题、地质环境的合理利用与保护问题等。1区域稳定性问题 它直接影响城市的安全和经济发展，是城市总体规划阶段应首先论证的工程地质问题，以保证城市规划方案的经济合理性和技术可行性。影响区域稳定性的主要因素是地震，它的强度和对建筑物的危害程度常以地震基本烈度来表示。由于地震的活动往往是突发性的，常给工程建筑造成严重的破坏和损害。因此，若震中发生于大城市中或其附近，则将遭受巨大的地震灾害。如1976年我国唐山地震造成的惨重损失。,地震基本烈度主要由地震部门负责提供，它包括规划区的地震基本烈度区划图及其说明书。据此可确定规划区内地震基本烈度，了解地震活动的特征与趋势，强震的构造条件以及可能发生的地震最大震级等。此外，工程地质人员应特别注意搜集区域卫星像片及航空像片，主要构造带及强震震中分布图，地震地质报告，地应力及历史地震记录和现今地震活动等资料。同时，通过实地工程地质调查，为区域稳定性评价收集基本资料和依据。2地基稳定性问题 它始终是各规划阶段的主要问题。地基稳定性主要是指地基中岩土体的强度和变形。地基强度通常以地基容许承载力来表达，按其大小可把城市用地划分为各种用途的地段，为城市的功能分区提供可靠的依据，见表101。,3供水水源问题 城市供水量是城市中工业用水和生活用水量（生态用水）的总和，它在很大程度上取决于城市中工业的性质和数量，以及人口的多少。随着生产的发展和人口的增长，城市供水量不断地增加。因此，在一定条件下它是制约城市发展的重要因素之一。丰富的水源，良好的水质，能给城市的发展创造条件。江河、湖泊及水库等大型地表水体，特别是地下水(冲积层潜水、深层基岩裂隙水、溶洞水)等均可作为城市供水的水源。一个重要的城市，往往需要两个或两个以上的供水水源地。其水质不仅要符合各种工业用水的要求，而且还要达到生活饮用水的标准，同时，其水量必须满足城市远景规划的需要。,4.地质环境的合理利用和保护问题 随着城市的发展，除了修建大量工业与民用建筑、地下建筑、道路、桥梁外，还须进行水库的修建、运河的开拓、农业灌渠网络的形成、地下水开发利用及矿床开采等工程活动。这些必将引起城市地质环境发生剧烈变化，如水库、运河和灌区等的修建，常使地下水位上升，造成地基软化、黄土湿陷、斜坡失稳、建筑物变形和破坏等；又如上海、天津、沈阳、西安等城市过量开采地下水，峰峰、抚顺等矿区持续开采及矿坑大量排水，致使地下水位大幅度下降，引起地面沉降，泉水和地下水水源枯竭，植物枯萎，土地荒芜等。这都是人类不合理地进行各种工程活动，大规模地改变地质环境所带来的不良后果。,10.1.2 城址选择的依据 一个新建城市的城址方案，首先是根据政治和经济发展的需要提出来的。同时，考虑当地的自然因素，人文环境与历史环境特点以及资源情况，进一步确定拟建城市的性质、规模和要求。然后，在几个不同地区，按下列几个主要方面选择较为优良的城址。(1)城址的地理环境应优越 气候条件适宜，交通条件良好，水质优良、水源充足，能满足远景规划的要求。(2)城址应尽量靠近自然资源产地 重视对国民经济具有重大意义的矿产资源、能源资源和天然建筑材料的开发和利用，并兼顾风景优美或有名胜古迹地区。,(3)城址应选取在地貌单元简单的地区 一般无难以治理的不良地质现象，地形平坦宽阔，地形坡度一般为15，局部地区可达1020，全城建筑区的相对高差不超过5060m，土地的开发与利用应满足城市远景规划的要求。(4)城址应首先选择在地震少而基本烈度低的地区 规划区内地下水埋深大，附近无活动断裂，并远离大的主断裂，规划区内地层性质较均匀，持力层厚度大而强度高，地基中无饱和而软弱的及可振动液化的砂土层和淤泥等，避开对工程建筑物抗震危险地段。,10.1.3 城市规划工程地质勘察要点 城市规划工程地质勘察应以搜集整理、分析利用已有资料和工程地质测绘与调查为主，辅以必要的勘探、测试工作。规划区内的各场地，应根据其场地条件和地基的复杂程度，按表102分类。根据城市规划条例，城市规划工程地质勘察阶段应与规划阶段相适应，分为总体规划勘察阶段和详细规划勘察两个阶段。,1总体规划阶段 总体规划勘察应对规划区内各场地的稳定性和工程建设适宜性作出评价。并为确定城市的性质、发展规模、城市各项用地的合理选择、功能分区和各项建设的总体部署，以及编制各项专业总体规划提供工程地质依据。还应研究和预测规划实施过程及远景发展中对地质环境影响的变化趋势和可能发生的环境地质问题，提出相应的建议和防治对策。收集有关城市历史地理和历史变革资料；了解城市的兴废变迁，河、湖、塘等的历史分布与演变，人工填土的分布、类型及其年代；注意收集50年、100年和1000年一遇的洪水位及其淹没界线，当地的工程建筑经验及冻结深度等。,总体规划阶段工程地质勘察工作，其综合性工程地质测绘在大、中城市主要以l：100001：25000为主，各类城市的市区、新开发区及卫星城镇主要以l：5000l：10000为主。结合航、卫像片的判释，着重于规划区内主要断裂的研究和活动断裂的调查；查明规划区内各场地的地形、地貌特征、地基岩土的空间分布规律及其物理力学性质、动力地质作用的成因类型、空间分布、发生与诱发条件等，以及它们对场地稳定性的影响及其发展趋势，并应查明规划区内存在的特殊性岩土的典型性质。同时，查明规划区内各场地的地下水类型、埋藏、径流及排泄条件、地下水位及其变化幅度、地下水污染情况，并采取有代表性的水试样进行水质分析；在缺乏地下水长期观测资料的规划区应建立地下水长期观测网，进行地下水位和水质的长期观测。,对于地震区的城市，应查明规划区的地震地质背景和地震基本烈度，对地震设防烈度等于或大于7度的规划区，还应判定场地和地基的地震效应；在规划实施过程及远景发展中，应调查研究并预测地质条件变化或人类活动引起的环境工程地质问题；综合分析规划区内各场地工程地质的特性及其与工程建设的相互关系，按场地特性、稳定性、工程建设适宜性进行工程地质分区，并紧密结合任务要求，进行土地利用控制分析，编制城市总体规划勘察报告。在城市规划勘察过程中，勘探工作是重要手段之一。勘探孔的间距与深度主要决定于勘察阶段、建筑场地工程地质条件的复杂程度和建筑物的类型与特征。,在工程地质测绘的基础上按下列要求进行勘探工作：勘探线的布置一般应与地貌单元边界线或地质构造线及地层界线相垂直。按勘探线布置勘探点，保证每个地貌单元和地层交接部位不少于一个勘探点，遇其变化较大的地段应适当加密。在工程地质简单的III类场地，可按方格网布置勘探点。勘探线和点的间距可按表103确定。,大、中城市的市区、重点开发区，勘探线、点的间距可按表103中规定的最小值确定；大、中城市的郊区，勘探线、点的间距可按表中规定的最大值确定。总体规划勘察的勘探孔可分一般孔和控制孔两类，其深度应根据任务要求和岩土条件确定：一般性勘探点深度为815m，控制性勘探点深度为1530m，控制性勘探孔应占勘探孔总数的1513，且每个地貌单元均应有控制性勘探点。上述各勘探点达到预定深度时，若遇软弱地层或风化基岩面等，孔深可根据具体情况适当增减。取样与原位测试的勘探点数量，应在平面上均匀分布，其数量不宜少于勘探点总数的12；竖向间距，应按地层特点和土的均匀性确定，一般各土层均需采取试样获取测试数据；同时，应根据地下水埋藏特征，采取有代表性的水试样进行水质全分析，取水试样数量，不宜少于每5 km2取1个。,2详细规划阶段 详细规划勘察应根据各项建设特点和拟建建(构)筑物的要求，详细查明各建筑物场地内岩土体的工程地质性质、持力层性状、水文地质条件和不良地质现象等，对规划区内各建筑地段的稳定性作出工程地质评价，为确定规划区内近期房屋建筑、市政工程、公用事业、园林绿化、环境卫生及其它公共设施的总平面布置，以及拟建的重大工程地基基础设计和不良地质现象的防治等提供工程地质依据、建议及其技术经济依据。,详细规划阶段工程地质勘察工作，主要是在总体规划勘察成果的基础上，进一步对小规划区各地段进行比例尺为l：1 0001：2000的综合性工程地质测绘工作，其内容与总体规划勘察阶段基本一致，但各种工作量相应增多，着重查明与小规划区工程建设有关的主要工程地质问题，进一步分析研究规划区的环境工程地质问题，并对各建筑地段的稳定性作出工程地质评价。在综合整理、分析研究各项勘察工作中所取得的资料的基础上。编制近期建设区洋细规划勘察报告。,控制性勘探孔，一般占勘探孔总数的1513，且每个地貌单元或拟建的重大建筑物均应有控制性勘探孔。取样和进行原位测试的勘探孔，应在平面上适当均匀分布。其数量宜占勘探孔总数的1312。取土试样和原位测试的竖向间距，应按地层特点和土的均匀程度确定，各土层均应采取试样或取得原位测试数据。规划区内拟建重大建筑物的地段、取土试样和进行原位测试的勘探孔不得少于3个，且每幢重大建筑物的控制性勘探孔，均应取试样或进行原位测试。在总体规划勘察阶段所编的工程地质分区图的基础上，根据小规划区的工程地质条件，编制更详细、划分次一级工程地质地段的工程地质分区图及其分区说明表。,10.2 工业与民用建筑工程的工程地质勘察 工业建筑主要包括专供生产用的各种厂房和车间，其特征是：跨度大而复杂，一般跨度为912m，大者达30m；边墙高度大，一般可达2030m，高者可达40m；基础荷载大，承重墙、框架梁、柱和地面的静荷载都很大；基础埋置较深，常设地下室，以深基础为主。民用建筑按其用途可分为住宅建筑和公共事业建筑，其特点是：跨度不大，结构简单；基础的荷载量较小，以静荷载为主，很少考虑动荷载和偏心荷载；基础埋深不大，以浅基础为主。,高层建筑的特点是重心高，荷载大，其结构不但承受竖向荷载，而且还承受很大的水平荷载，基础尺寸大而且埋置深。因此，它要求作为地基的岩土体，其岩性单一而均匀，岩体结构完整而坚硬，构造简单，地下水埋深大，持力层厚度大且延展性好，下卧层中无软弱土层，地基的容许承载力较大。此外，高层建筑不允许地基产生太大的沉降和不均匀沉降，并对倾斜和沉降速率均有严格的要求。,在土基中，确定基础埋置深度的主要因素是：建筑物的类型和用途，结构特征，相邻建(构)筑物的基础埋置深度，建筑物荷载的性质和大小，地基中土体的结构及各土层的工程地质性质，水文地质条件及季节性冻结深度等。同时，它与持力层的选择也有关。10.2.1 工业与民用建筑的主要工程地质问题 工业及民用建筑的主要工程地质问题是：地基稳定性问题、建筑物的合理配置问题、地下水的侵蚀性问题、地基的施工条件问题等。1地基稳定性问题 地基的强度是有一定限度，若超过这一限度，将可能引起地基变形过大，使建筑物出现裂缝，倾斜或地基剪损而发生滑动破坏。所以，地基的稳定性必需同时满足强度和变形两方面的要求。,(2)地基的变形 地基在上部荷载的作用下，土体被压缩而产生相应的变形。若地基的变形量过大，则会影响建筑物的正常使用，甚至危及建筑物的安全。因此，在软弱地基上修建建筑物时，地基的变形与地基的强度具有同等重要的意义。地基的变形是由瞬时沉降、固结沉降和蠕变沉降(次固结)所组成。在大多数工程中，蠕变沉降所占的比重很小，只有当土中含有大量有机物的厚层粘土时，其蠕变结果才是不可忽视的。地基的均匀变形在一定范围内对建筑物不会带来太大的危害，而不均匀变形却往往导致建筑物产生裂缝，严重影响使用，甚至造成破坏，尤其是修建在软弱地基上的建筑物，其沉降量不仅很大而且不均匀，沉降稳定时间很长，容易造成工程事故。有时，地基中相距不远的两点，它们的最终沉降量可能相同或相近，但由于两处土体性质不一样，它们间的沉降速度相差悬殊，建筑物在沉降过程中可能产生不均匀沉降。,地基的变形包括建筑物的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等，它们都应小于地基的容许变形值(表107)，此值是根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求来确定的。若基础总沉降量小于或等于地基容许变形值，则认为该地基已符合设计要求；反之，则需改变设计方案，或采用工程措施来改善地基的变形条件。2建筑物的配置问题 大型的工业建筑往往是一个建筑群，它是由工业主厂房、车间、办公大楼、附属建筑和宿舍所组成。由于它们的用途和工艺要求不同，各建筑物的结构、规模和对地基的要求不一样。因此，它们的合理配置方能保证整个工业建筑的安全稳定、经济合理和正常使用。这是工程地质勘察主要任务之一。在满足各建筑物对气候和工艺要求的条件下，工程地质条件是建筑物配置的主要影响因素之一。只有通过对场地中地基土力学性质的分析，选择较优的持力层，选用合适的基础类型和提出合理的砌置深度，才能为各建筑物的配置提供可靠的依据。,(1)基础砌置深度的选择 一般是在保证建筑物安全可靠的条件下，把基础放在不浅于地表以下05 m深的良好土层上，只要能满足地基稳定和变形的要求，基础的砌置深度不宜过大。否则，不仅给施工带来不便，还会提高工程造价。影响基础砌置深度的因素很多，但归纳起来主要有三方面：一是工程因素，它包括建筑物的用途、结构类型、荷载的大小和性质，以及相邻建筑物的基础埋深；二是地基中土体的工程地质性质和水文地质条件；三是要考虑地基土冻胀和融陷的影响。,(2)持力层的选择标准 主要是从地基岩土中，选择岩土性质均一，结构致密，强度高，层厚大而分布均匀，含水量不大，变形量小的非新近沉积岩土层，其层面埋滦在当地最大冻深之下并位于地下水位以上，为理想的持力层。最后，按工程地质条件把建筑场地划分为若干区，然后根据建筑物的特点和要求以及各区建筑的适宜性，在全场区进行建筑物的合理配置，完成整个建筑群的总体布置工作。,3地基的施工条件问题 修建工业及民用建筑物基础时，一般都需要进行基坑开挖工作。当基坑在地下水毛细带影响范围以上开挖时，首先遇到是坑壁应采用多大的坡角才能稳定，是否需要支撑；坑底以下有无承压水存在，是否会造成基坑底板隆起或被冲溃。若基坑开挖到地下水位以下时，是否会产生边坡变形，或出现流砂、流土等现象。尤其是基坑底面位于地下水位以下较深时，需预测基坑涌水量的大小，以便基坑开挖时，采用人工降低地下水位，选择排水方法和排水设备。必要时，需进行抽水试验，测定地基土体的渗透系数等。影响地基施工条件的主要因素是地基中岩土体的结构特征、岩土性质、水文地质条件、基坑开挖深度、开挖方法、施工速度以及坑边卸荷情况等。,4地下水的侵蚀性问题 混凝土是工业及民用建筑常用的建筑材料，当混凝土基础埋置在地下水位以下时，必须考虑地下水对混凝土的侵蚀性问题。地下水一般不具侵蚀性，只有当地下水中某些化学成分(如HCO3-、SO42-、Cl-、C02及弱盐基硫酸阴离子等)含量过高时，才对混凝土具有分解性侵蚀，结晶性侵蚀或分解、结晶复合性侵蚀。所以，必须通过环境地质调查，水质分析，提出防治措施。,10.2.2 工业与民用建筑工程地质勘察要点 工业及民用建筑工程地质勘察阶段的划分，一般分为可行性研究勘察阶段，初步勘察阶段和详细勘察阶段。对工程地质条件复杂的或有特殊施工要求的重大建筑地基，当基槽开挖后，地质情况与原勘察资料严重不符而可能影响工程质量时，还应配合设计和施工进行补充性的地质工作或施工地质勘察。对工程规模不大且无特殊要求，建筑场地的工程地质条件简单的地区，可适当简化上述勘察阶段。,1可行性研究勘察阶段 本阶段应对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价。通过踏勘访问，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。初步查明场地的地层、构造、岩土性质、不良地质现象及水文地质等工程地质条件及其危害程度。若上述工作不能满足要求时，应根据具体情况进行工程地质测绘及必要的勘探与测试工作，着重研究场地存在的主要工程地质问题，其比例尺一般采用1：25000l：10000。确定建筑场地时，宜避开下列地区(段)：不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁；地基土性质严重不良；对建筑物抗震危险；洪水或地下水对建筑场地有严重不良影响；地下有未开采的有价值矿藏或未稳定的地下采空区。,2初步勘察阶段 为确定建筑物的平面配置，主要建筑物的基础类型以及对不利地质条件的防治措施等提供可靠的工程地质资料，对场地内建筑地段的稳定性作出评价。因此，本阶段的勘察要点是：进行比例尺为1：100001：5000的工程地质测绘，研究地形地貌特征，划分地貌单元及分析其形成过程、相互关系，及其与地层、构造及不良地质现象的联系；查明不良地质现象的成因，分布范围，危害程度及发展趋势；初步查明地基中土体的成因类型，土层的工程地质性质，特别注意淤泥、人工填土等软弱土层的埋藏条件及分布范围；了解水文地质条件，分析它们对建筑物的影响。对抗震设防烈度大于7度的场地，应判定场地和地基的地震效应。根据场地工程地质条件的复杂程度，结合建筑物的种类，确定岩土工程勘察等级(表108)，布置勘探间距与孔深(表109)。,控制性勘探孔宜占勘探孔总数的15l3，且每个地貌单元或每幢重要建筑物均应有控制性勘探孔；勘探线应满足垂直地貌单元边界线、地质构造线及地层界线的要求；根据场地岩土体结构的变化情况，勘探孔的数量和孔深可适当增减；为了解岩土体工程地质性质在水平和垂直方向的变化规律，适当选择一些坑孔取原状土样进行室内试验和一定数量的原位测试工作，其数量一般为勘探孔总数的14l2。地基中粘性土层均需选取原状土样，每一主要土层不少于6个样，其余分别取24个样，无粘性土选取35个扰动样，每一含水层应取水样2个以上，分析地下水对混凝土的侵蚀性。,3详细勘察阶段 详细勘察应按不同建筑物(群)提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数；对建筑地基应作出岩土工程分析评价，并应对基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案作出论证和建议。本阶段的勘察要点是：查明不良地质现象的成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度，并提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案建议；查明各层岩土的类别、结构、厚度、工程特性等，计算和评价地基的稳定性和承载力，对需要进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的沉降与倾斜；对抗震设防烈度大于或等于6度的场地，应划分场地土类型，大于或等于7度的场地，还应分析预测地震效应，判定饱和砂(粉)土的地震液化；查明地下水的埋藏条件，对建筑材料的侵蚀性等；预测地基建筑物在施工和使用过程中可能发生的工程地质问题，并提出防治建议。,详细勘察阶段勘探孔间距可根据岩土工程地质勘察等级确定。通常一级采取1535m间距，二级工程采取2545m间距，三级采取4065m间距。勘探孔深度自基础底面算起，对按承载力计算的地基，勘探孔深度应能控制地基主要受力层。当基础底面宽度b小于5m，且压缩层内无软弱下卧层时，勘探孔深度一般对条形基础为3b35b，对单独柱基为1.5b，但不应小于5m；若基础底面宽度大于5m，勘探点深度按压缩层的计算深度确定，一般应略大于地基压缩层深度；对需要进行变形验算的地基，控制性勘探孔的深度应穿过地基沉降计算深度，并考虑相邻基础的影响，其深度可按表1010确定；若有大面积地面堆载或存在软弱下卧层，应适当加深勘探孔的深度。,根据地基土的均匀性和设计要求确定取原状土样和进行原位测试的勘探点数量，一般约占勘探点总数的1223，对安全等级为一级的建筑物每幢不少于3个样。其竖向间距，在地基主要受力层内宜为12m；对每个场地或每幢安全等级为一级的建筑物，每一主要土层的原状土试样不应少于6件；软弱土层应适当多取，对不厚的夹层，视其对建筑物基础的影响程度而定。当土质不均或结构松散难以采取土试样时，可采用原位测试。,10.2.3 高层及超高层建筑的主要工程地质问题 由于高层建筑的基础荷重大且分布不均，一般都采用深基础，致使地基变形的影响深度加大，给工程地质工作提出更高的要求和一系列新的工程地质问题。首先是建筑场地的稳定性问题，其次是基础类型选择的工程地质论证。1建筑场地的稳定性问题 高层及超高层建筑物地基变形的影响深度较大，其范围不仅是部分或全部包括地表下的松软土体，而且有时还影响到土体下基岩风化带中。地基土体的稳定性除了密实而厚度大的持力层起主导作用外，下卧层的影响也不可忽视。下卧层的稳定性主要决定于岩性及其成因类型、土体的结构特征、各土层的,压缩性和抗震性能、水文地质条件、场地距主断裂和活动断裂的最小距离、地震基本烈度等。因此，建筑场地的选择必须在完成城市地震基本烈度区划的基础上，通过勘探进一步验证和查明建筑场地及其附近的地质结构和抗震地质条件，经综合分析研究，才能选择较为理想的建筑场地。在地震烈度较高的地区，高层建筑要选择修建在相对稳定的地段，建筑场地的稳定性才能得到可靠的保证。2基础类型选择的工程地质论证 箱基、桩基及其复合基础是当前高层建筑基础的主要型式。,(1)箱形基础 箱形基础主要特点是基底面积大，埋置深，抗弯刚度大，整体性较好。当地基中土体软弱而不均匀时，选用箱基不仅可使建筑物的不均匀沉降大大减少，而且又可利用基础中空部分作为地下室。通常，高层建筑往往设有13层地下室，有些超高层建筑，地下部分达6层。地下室多用以布置一些人防设施，存放车辆以及储存货物等。同时，它还可利用挖去的土重来抵消一部分外加荷重，以降低基底的净压力，其沉降量也相应减少。为了减少采用箱形基础的高层建筑物可能产生的整体倾斜、倾覆或滑动，箱形基础的埋深不宜小于建筑物高度的110。在地震烈度较高地区还要适当加深，使建筑物的重心适当降低，提高建筑物的稳定性。其控制性勘探孔深度应大于压缩层的下限，一般性勘探孔应能控制主要受力层，也可按下式计算：,当采用桩基或墩基时，其勘探点的布置应控制持力层层面坡度、厚度及岩土性状，其间距宜为1030m，相邻勘探点的持力层层面高差不应超过12m，当层面高差或岩土性质变化较大时，应适当加密，且对岩土地质条件复杂地段，每个大口径的桩或墩应布置1个勘探点。当需要计算沉降时，应取勘探孔总数的1312作为控制性孔，其深度应达到压缩层计算深度或桩尖下取基础底面宽度的1015倍，一般性勘探孔深度应进入持力层35m，大口径桩或墩，其勘探孔深度应达到桩尖下桩径的3倍。,(2)桩基 包括灌注桩、预制桩、钢管和墩基等，这类基础不仅承载力高，沉降速度缓慢，沉降量小而均匀，又能抵抗上拔力、机器震动或机械动力，而且不存在基坑边坡稳定性和施工排水等问题。它适用于上覆较厚软弱土层的地基，或地基上部为季节变化的冻胀性或膨胀性等土层，而其下在适宜的深度处有承载力较大的持力层。因此，可根据地基的工程地质特性和施工条件，选择合适的桩基类型。有时虽然地基土体强度较高，但考虑到高层建筑的重要性，荷载较大，对地基不允许有过大的沉降或对不均匀沉降非常敏感等因素，或由于施工技术条件，经济合理性以及其它原因也常选用桩基。,当单独采用上述任一种基础都满足不了高层建筑对地基强度和变形的要求，或不够经济或施工有困难时，则可采用箱基下加桩的复合基础类型，这不仅具有箱形基础可作为地下室等优点，而且也兼容桩基承载力高、变形小的特性，但施工复杂，造价较高，可根据建筑物的要求和建筑场地的工程地质条件，酌情选用。不论采用何种基础方案，都需要预估施工过程中和建筑物建成后的使用期间，可能引起地基土性质的变化。同时，也要分析施工对邻近建筑物和周围环境的影响。必须结合上部结构和建筑物的特点，分析地基变形所产生的后果，并提出预防措施。高层建筑抗震设防要求高，均要通过对其地基液化、震陷、震动强度、地震影响系数等进行详细分析，并作出可靠的结论。,10.2.4 高层及超高层建筑的工程地质勘察要点 高层建筑物工程地质勘察是在城市详细规划的基础上进行的。其勘察阶段的划分可分为初步勘察和详细勘察两阶段。1.初步勘察阶段 初步查明与地基稳定性有关的地震地质条件及其危害；了解地基中的地层岩性、成因类型和水文地质条件；收集区内建筑经验和水文气象资料等。对建筑场地的建筑适宜性和地基稳定性作出明确结论，为确定建筑物的规模、平面造型、地下室层数以及基础类型等提供可靠的地质资料。,首先收集城市规划中已有的气候、水文、工程地质和水文地质等资料。通过踏勘，着重研究地质环境中的地震地质条件以及地基中是否存在软弱土层和其它不稳定因素。查明建筑场地深部有无影响工程建筑稳定性的不良地质因素。在地震烈度较高地区，须查明地基中可能液化砂土层的埋深和分布情况，并提供有关抗震设计所需的参数。勘探工作，孔距不小于30m，每一建筑场地的孔数为35个，保证每一单独高层建筑不少于1孔并应联成纵贯场地而平行地质地形变化最大方向的勘探线，以便作出说明地质变化规律的工程地质剖面图。对关键性的软弱土层作少量试验工作，初步确定其工程地质性质。,2详细勘察阶段 进一步查明建筑场地的工程地质条件，详细论证有关工程地质问题，并为基础设计和施工措施提供准确的定量指标和计算参数。详细勘察阶段需进行大量的钻探和室内试验，配合大型现场原位测试。其目的是查明地基中建筑物影响范围内土体的成因类型及其分布情况；各土层的成分、结构；提交各土层的物理力学指标，对地基的强度和变形作出工程地质评价。查明地下水位及其季节性变动情况，各含水层的分布及其透水性大小、水质的侵蚀性等，为设计施工提供有关的参数。,勘探工作以钻探为主，适当布置一些坑槽和浅井。勘探坑孔按网格布置以便能制图，反映地基土层的分布、厚度变化、状态和地下水的埋藏条件等。获得建筑场地工程地质条件的可靠资料，并作出确切的结论。每幢高层建筑的孔数不少于4孔，按建筑物的轮廓布置，其中有3个以上是控制性勘探孔。箱基勘探孔的间距，一般根据地层的变化和建筑物的具体要求而定，通常为2035m，各孔的深度是从箱基底面算起，按式(101)算取；若遇基岩、硬土或软土时，孔深可适当减小或增大。桩基勘探孔的间距，一般根据桩尖持力层顶板起伏情况而定。当其起伏不大时，孔距为1224m。否则，应适当加密，甚至按每桩一孔布置。,控制孔的深度，自预定桩尖深度算起再往下与群桩相当的实体基础宽度的052倍。一般勘探孔的深度与持力层岩性有关，持力层为砂土或卵石层；钻孔宜钻入该层顶板以下2m；持力层为粘性土，钻孔宜钻人该层顶板以下3m；若持力层为基岩时，应打穿强风化层，宜钻人微风化带不小于5倍桩径；此外，由于高层建筑基础具有深基的特点，标贯深度应不受21m的限制。高层建筑不仅对整体倾斜要有严格限制，而且对抗震和抗风等有较高要求，因此，在室内试验工作中，除了进行一定数量的物理力学试验外，箱基工程还要作前期固结压力试验，反复加卸荷载作固结试验，为估算基底土层隆胀提供参数；同时还要在加载和卸载条件下测定弹性模量以及无侧限抗压强度，三轴剪切试验等。对重要基础，还要作三轴剪力试验。在高地震烈度地区，还要作动三轴试验，求得动剪切模量，动阻尼等，为抗震设计提供动力参数。,高层建筑地基勘察的取原状土样工作，对箱基和桩基的持力层以及摩擦桩所穿过各土层，每层取原状土样不少于8个，原位试验不少于3个；对端承桩及爆扩桩的持力层以上各上覆层和箱基底面以上各土层以及下卧层等各土层的测试数量可适当减少，每层取原状土样12个，以满足实验室研究之用。根据地基土的工程地质性质，结合建筑物结构的特点和基础类型，在建筑物的关键部位，进行现场原位试验，如静力触探、标准贯入试验、波速试验、十字板剪切试验、载荷试验、回弹测试和基底接触反力的测试等，以校核室内试验的成果，提供可靠的计算参数。箱基还要作渗透试验，求得地基中地下水位以下至设计基础底面附近各土层的渗透系数，为基坑水设,设计和计算沉降稳定时间提供计算参数。桩基需作压桩试验，以求单桩及群柱的承载力和沉降，通过拔桩试验求得桩的抗拔力以及验证单桩的摩擦力，有时也要作推桩试验，求得桩的侧向抗推力及其水平位移。必要时，还要作单桩及群桩刚度试验，从而求得桩基的刚度系数及阻尼比。有时在箱基开挖前，在少量足够深度的孔底中设置基点，为基坑施工时对坑底的隆胀进行观测。对重大的或有科研价值的高层建筑物，还须进行基础的沉降观测、建筑物整体倾斜观测、建筑物水平位移观测以及建筑物裂缝观测等长期观测工作。,10.3 道路与桥梁工程的工程地质勘察 10.3.1 概述 道路是陆地交通运输的干线，由公路和铁路共同组成运输网络。桥梁是道路跨越河流、山谷或不良地质现象发育地段等而修建的构筑物，它是道路选线时考虑的重要因素之一。作为既是线型建筑物，又是表层建筑物的道路与桥梁，往往要穿过许多地质条件复杂的地区和不同的地貌单元，使道路的结构复杂化。在山区线路中，塌方、滑坡、泥石流等不良地质现象对它们构成威胁，而地形条件又是制约线路的纵向坡度和曲率半径的重要因素(见表1011和表1012)。,道路的结构由三类建筑物所组成：第一类为路基工程，它是线路的主体建筑物(包括路堤和路堑)；第二类为桥隧工程(如桥梁、隧道、涵洞等)，它们是为了使线路跨越河流、深谷、不良地质现象和水文地质地段，穿越高山峻岭或使线路从河、湖、海底下通过；第三类是防护建筑物(如明洞、挡土墙、护坡、排水盲沟等)。在不同的线路中，各类建筑物的比例也不同，主要取决于线路所经地区工程地质条件的复杂程度。因此，道路工程地质勘察，通常包括以下几个方面的内容：,(1)路线工程地质勘察 查明各条路线方案的主要工程地质条件，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，确定路线的合理布设，重点调查对路线方案与路线布设起控制作用的地质问题，并得出正确结论。(2)特殊地质条件与不良地质现象地段的工程地质勘察 盐渍土、多年冻土、岩溶、沼泽、风沙、积雪、滑坡、崩塌、泥石流等，往往影响路线方案的选择、路线的布设与构筑物的设计。在勘察各阶段均应作为重点，进行逐步深入的勘察，查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势和危害程度，提出处理措施。,(3)路基路面工程地质勘察 又称沿线土质地质调查。根据选定的路线方案和确定的路线位置，对中线两侧一定范围的地带，进行详细的工程地质勘察。为路基路面的设计和施工提供地质及水文地质资料。(4)桥梁工程地质勘察 大桥桥位影响路线方案的选择，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。,(5)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。(6)筑路材料勘察 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、改造和利用沿线的一切就近材本节主要讨论路线、路基、桥梁中的一些主要工程地质问题。,10.3.2 道路选线的工程地质论证 道路是线性建筑物，在数百甚至数千公里的线路上常遇到各式各样的工程地质问题。如道路沿线山高谷深，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能而又经济合理的线路。在选线中，工程地质工作的主要任务是查明各比较线路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。线路一经选定，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。,线路的基本类型及其特点如下：(1)河谷线 其优点是坡度缓，线路顺直，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、泥石流淹埋线路，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。若山脊全为土体组成，则需外运道渣，更严重的是取水困难。,(3)山坡线 其最大优点是可以选任意线路坡度，路基多采用半填半挖。但线路曲折，土石方量大，不良地质现象发育，桥隧工程多。(4)越岭线 其最大优点是能通过巨大山脉，降低线路坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线复杂，不良地质现象发育，要选择适宜的垭口通过。(5)跨谷线 需造桥跨过河谷或山谷，其优点是缩短线路和降低坡度，但工程量大，费用高，需选择河面窄，河道顺直，两岸岩体稳定的地方通过。,工程地质选线实例(图101)。其线路A、B两点间共有三个基本选线方案；“1”方案需修两座桥梁和一座长隧洞，线路虽短，但隧洞施工困难，不经济；“2”方案需修一座短隧洞，但西段为不良物理地质现象发育地区，整治困难，维修费用大，也不经济；“3”方案为跨河走对岸线，需修两座桥梁，比修一座隧洞容易，但也不经济。综合上述三个方案的优点，从工程地质观点提出较优的第“4”方案：把河湾过于弯曲地段取直，改移河道，取消西段两座桥梁而改用路堤通过，使线路既平直，又避开物理地质现象发育地段，而东段则联接“2”方案的沿河路线。此方案的路线虽稍长，但工程条件较好，维修费用少，施工方便，长远来看还是经济的，故为最优方案。,10.3.3 路基的主要工程地质问题 路基包括路堤、路堑等。在平原地区修建路基比较简单，工程地质问题较少。但在丘陵区，尤其是在地形起伏较大的山区修建道路时，路基工程量较大，往往需要通过高填或深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，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、道路冻害问题以及天然建筑材料问题等。1路基边坡稳定性问题 路基边坡包括天然边坡，半填半挖的路基边坡以及深路堑的人工边坡等。边坡都具有一定坡度和高度，边坡岩土体均处于一定的应力状态，在重力作用、河流的冲刷或工程的影响下，边坡发生不同形式的变形与破坏。其破坏形式主要表现为滑坡和崩塌。,路堑边坡不仅可能产生滑坡，且在一定条件下，还能引起古滑坡复活。由于古滑坡发生时间较长，在各种外营力的长期作用下，其外表形迹早已被改造成平缓的山坡地形，若不注意观察，很难发现。当施工开挖使其滑动面临空时，易引起处于休止阶段的古滑坡重新活动，造成滑坡灾害。人工边坡一经开挖，有的立即发生变形，威胁施工的安全。也有的需要相当长时间才发生变形，使道路的正常运营受到影响。滑坡对路基的危害程度，主要决定于滑坡的性质、规模；滑体中含水情况以及滑动面的倾斜程度。只有掌握滑坡变形发生和发展的规律，才能得出正确的结论，提出有效的防治措施，减少或避免滑坡对道路工程的危害。,2路基基底稳定性问题 路基基底稳定性多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为滑移、挤出和塌陷。一般路堤和高填路堤对路基基底的要求是要有足够的承载力，它不仅承受车辆在运营中产生的动荷载，而且还承受很大的填土压力。基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度、软弱夹层或软弱结构面的性质与产状等。此外，水文地质条件也是促进基底不稳定的因素；它往往使基底发生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，或在其下方开挖取土或在其上方填土加重，都会引起路基路堤整个滑移。当高填路堤通,过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形。也有因基底下岩溶洞穴的塌陷而引起路堤严重变形。路基基底若为软粘土、淤泥、泥炭、粉砂、风化泥岩或软弱夹层所组成，应结合岩土体的地质特征和水文地质进行稳定性分析，若不稳定时，可选用下列措施进行处理：放缓路堤边坡，扩大基底面积，使基