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第五章 工程地质勘察
§5-1 绪 论
一、工程地质勘察的任务与目的
工程地质勘察的任务与目的是查明建设地区的工程地质条件，预测和分析工程地质问题，为工程建设的规划、设计、施工和运用提供地质资料的依据，以便选择优良的工程场地，使工程建筑与当地的地质环境相适应，保证工程建筑的稳定安全、经济合理和正常运用。
作为一门实践性极强的学科，工程地质勘察是如何运用地质、工程地质的理论和实践经验,解决与工程建设有关的地质问题的学科，也是一门探讨工程地质调查和勘探方法的学科.因此，随着技术方法、勘探设备的更新与发展，工程地质勘察的理论、方法及手段等将更加完善.
二、工程地质勘察的主要方法和手段
在工程地质勘察过程中,要采用工程地质学所有的研究方法，即:地质学方法、试验方法、工程地质类比法、模型实验法、概率统计法和理论计算法。以上各种研究方法在实际工作中是通过各种工程地质勘察方法和手段来实现的。对于不同工程要求的,不同工作内容的，所采用的工程地质勘察方法与手段也是不一样的.但总的来说，一般包括以下几个方面：
1． 工程地质测绘；如：地面测绘、航测、卫测等,是基础，是根本。
2． 工程地质勘察;包括物探、化探、钻控等。
3． 工程地质室内试验和野外试验；大型现场试验、室内土工试验等.
4． 工程地质长期观测；对房屋变形、地下水位、地面沉降等进行动态的长期观测。
5． 勘察资料的室内整理及计算.
三、工程地质勘察的内容和要求
由于我们的工作对象是不同的工程对象，因而对工程地质勘察的内容和精度的要求是不一样的。即使是同一工程，在不同的勘察阶段对其工作要求和研究的内容也不尽相同.
按照建设工程项目管理中对一般工程项目的阶段划分，可将其分为:预可研、可研、初设、施工图设计、施工、工程使用管理等六个主要阶段,而工程地质勘察工作主要是集中在前四个阶段。
各阶段对应的工勘阶段及内容如下：
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1． 预可研阶段→主要是收集整理已有资料,特别是区域性地质、水文地质、工程地质等资料（包括各种图件、文字报告、影像资料如航卫片等）
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（项目建议书）→根据预可研阶段成果编制项目建议书，可以根据需要做少量
〈踏勘〉
的调研或实地考察。
〈可勘阶段〉
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2． 可研阶段 → 根据批复的项目建议书审查意见，组织安排一次性的工勘工作,主要任务是选址、选线。完成方案比选所需要的工程地质资料及工程地质条件评价,为项目的可研报告的编制提供必要的依据.同时对重大工程还要解决工程项目中主要问题的研究方向等。
〈初勘阶段〉
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3． 初设阶段 → 根据可研报告的批复意见和可研阶段的成果，详细查明所确定的场址、线路等工程地质及水文地质条件.确定场址、线路的具体位置，为初步设计提供必要的工程地质资料及评价。
〈详勘阶段〉
4． 施工图设计阶段→根据初设成果,开展详细勘察和专题研究,有针对性地对需解决的工程地质问题提出设计及措施,为完成施工图设计工作提供一切必需的工程地质资料.
〈补充勘察阶段〉
↓
↓
5． 施工阶段 → 解决施工中遇到的工程地质问题，可做一定程度的专题研究。配合施工（可以少量变更设计图），开展监测工作。
6． 工程使用管理→针对工程交付使用后出现的工程地质问题，研究并加以解决，提出原则性意见。
需要特别指出的是,由于工程对象、内容、行业管理等不同,在工程地质勘察工作的广度、深度和精度的要求上也有所差别，因而有时可适当地合并，但总的原则是随着工程项目的阶段深入,工勘工作的深度将越来越深，精度也会越来越高，而广度则可能越来越小.
尽管各阶段的工程地质工作的内容和要求可能会因为实际情况有所不同或有所侧重，但各阶段的工程地质的工作程序却基本相同：
1． 准备工作；（收集资料，组织、编制工作、设计文件和要求……）
2． 工程地质调查测绘；
3． 工程地质勘察；
4． 测试工作;
5． 文件编制。
§5-2 工程地质调查测绘
一、工程地质测绘的目的与任务（作用）
1． 查明拟定工程场址、线路等的工程地质条件；
2． 编制工作区工程地质图件及工勘文字报告,并提交设计部门及人员使用；
3． 可缩小进一步勘察的面积，并初步掌握某些规律和发现需要进一步研究解决的工程地质问题，也为开展其他类型的工勘工作等奠定良好的基础，提供方向上的指导。
二、工程地质调查测绘内容 P185
1． 地形、地貌条件；
2． 地层、岩性条件；
3． 地质构造条件；
4． 水文地质条件；
5． 不良地质作用；
6． 土石工程性质等;
7． 工程地质现象。
对已有的全部的工作区内建筑物,特别是受损建筑物进行调查等。
(1) 建筑物位于不良的地质环境内并有变形标志的；
应注意查明不良地质因素在什么条件下有害于那一类建筑物，并调查各种防护措施的有效性,以便寻求更有效的防护措施。
(2) 建筑物位于不良的地质环境内，但无变形标志：
应注意查明是否采用了特殊结构，或是否以往对工程地质条件的评价过低，这对于重新评价该地区工程地质条件及建筑物的结构设计有重要的意义。
(3) 建筑物位于有利的地质环境内，但有变形标志：
应注意查明是否是由于建材质量或工程质量问题造成的,以便证实与分析以往的工程地质条件评价是否正确。
(4) 建筑物位于有利的地质环境内，无变形标志：
还需注意查明是否采用了特殊结构，以致于将某些不利的地质条件隐蔽起来了。
三、工程地质调查测绘方法
（一） 测绘范围
工程地质测绘的范围主要是依据工程对象及要求和区域地质条件的复杂程度及其研究程度决定的。
1． 建筑物类型不同,规模大小不同,则它与自然条件相互作用的规模及强度也就不同。在选择范围时，首先应考虑到这一点。对于铁路、公路等线状工程而言，一般工程地质测绘是沿线路在带状的范围内进行；
2． 满足场址、线路方案比选、工程设计及病害治理为原则。测绘初期可适当扩大范围,而后期则可集中在相对较小的范围内进行；
3． 地质条件复杂,研究程度越不足，测绘的范围就需要愈大。
(1) 测绘范围内地质条件复杂若仅限于较小的范围内将难于查清测绘区内十分复杂的地质条件;
(2) 工作区内地质条件虽不复杂，但邻近地欧存在能够产生威胁建筑物安全的自然地质作用，如泥石流、强烈地震的发震断层等。
（二） 调查测绘路线的布置及测绘宽度
线路工程地质调查测绘一般沿线路中线或导线进行，测绘宽度多限定在中线两侧各200～300m的范围。
在测绘线路上应根据工程地质勘察的精度、内容、地质条件的复杂程度合理地布置若干观测点。(规范的要求)
（三） 观测点的选择及测绘内容P186
（四） 测绘比例尺及精度
1． 比例尺的确定
不同的工程对象、工作内容、勘察阶段及地质条件的复杂程度等对测绘比例尺的要求是不一样的,即使是不同的部门对测绘比例尺的要求也是不同的。总的原则是必须满足工程阶段对测绘工作的要求和符合国家有关规范与规定。应该说对工程要求越高、测绘内容越全、工程阶段越深入、测区地质条件越复杂等，所要求的比例尺也就越大。这里需要强调的是不同的行业对大、中、小比例尺的认定范围会有所不同，实际工作中要注意相应的行业标准。
2． 测绘精度与测绘方法
测绘精度是与测绘比例尺大小相适应的。不同比例尺的测绘，对于测绘精度(即观测点的数量、类型、内容等)要求也不尽相同，同时还须考虑测区内的地质条件及复杂程度等。
在测绘方法上，预可研、可研及初勘阶段多采用简易工具如地质罗盘、气压计、测斜仪等定向、步测、目测（距离及高程）,而在详勘或对重大工程、不良地质条件发育地段的施工设计阶段，多采用经纬仪、水准仪、钢尺精确定向、定点的仪器进行测绘.
3． 测绘工作的地位和作用
工程地质测绘是工程地质工作中最基本，也是最重要的基础性工作。它不仅可以帮助我们获得大量的各种第一手的地质基础资料,同时也是进一步开展工勘的其它工作如勘探、试验等的重要基础。
基于上述对测绘工作重要性的讲述，在实际工作中对测绘的原始记录，需做到准确可靠，层次条理清晰，文图要符。要力求对观测点及观测线路的描述全面真实。
近十几年来,各种先进技术如高清晰度、高分辨率卫星影像在工程地质测绘中的应用越来越普及，包括相应的地理信息系统也正在建立。可以相信，工程地质测绘工作一定会有新的发展和突破。
§5-3 工程地质勘探
工程地质勘探工作一般是在测绘工作基本完成后，根据测区内的综合条件,有针对性的布置勘探点、勘探深度的。用勘探工作的成果补充、检验和修改调查测绘工作的成果.
常用的勘探方法有三类：物探、钻探和坑探.
一、简易勘探
1． 挖探：是最简易的勘探方法，常用的有剥土、槽探、坑探等。注意回填。
2． 轻便勘探:使用洛阳铲、锥具及螺纹钻等进行勘探.
二、钻探
当勘探深度较大或地层不适宜采用简易勘探方法时，可采用机具钻探。
常用钻探的方法有回转、冲击及震动钻探。钻头类型有硬质合金肋骨钻头、钢砂钻头、金刚石钻头、牙轮钻头等.钻机类型与孔径、深度的对照关系见P189表8—1。
三、物探
物探是以观测地质体的天然物理场或人工物理场的空间或时间分布状态，不研究地层物理性质和地质构造的方法。
（一） 优点与局限性
物探方法效率高、成本低、装备轻便，能从较大范围勘察地质构造和测定地层各种物理参数等。可以经济而迅速地探测较大范围内的情况：
1． 覆盖层下基岩面的起伏变化;
2． 隐伏断裂构造；
3． 埋藏或隐伏的自然地质现象(如岩溶等）等三维资料。
因此一般在钻探布设前安排物探工作。
但是物探是一种非直观的勘探方法,物探资料往往具有多解性;而且物探方法是否有效要取决于对象是否具备某些基本条件。
（二） 探测对象应满足的三个基本条件
1． 探测对象与围岩的电阻率有显著差异;
2． 探测对象的厚度或直径、宽度与其埋深之比足够大;
3． 用电测深确定地层界面深度时，界面倾角以及界面间夹角小于20°，界面延续长度数倍于埋藏深度。
（三） 常用的物探方法 P189
1． 电法勘探；(高密度电法、瞬变电磁法及可挖源音频大地电磁测深法）
2． 地震勘探；
3． 声波勘探；（声波CT）
4． 磁法勘探；
5． 重力法勘探；
6． 触探;
7． 测井；
8． 地质雷达等.
§5-4 航空工程地质勘察
及遥感技术的应用
一、航空工程地质勘察
简称航空地质，是直接或间接利用飞机或其它飞行工具，借助各种仪器对地面做各种地质调查，通过野外核对工作,编制工程地质图的一种专门方法。
航空地质勘察主要进行两项工作：航空目测和航摄像片判释。
航空地质的作用：
1． 可将部分野外工作转为室内工作;
2． 缩短勘察周期,保证勘察质量；
3． 可以确定露头情况，清楚地分辨小型地貌;
4． 能勾画出不同岩石分界线；
5． 确定观测点，勘探点的大致位置与数量，确定调查测绘路线的方向。
6． 能正确确定地表形态发育阶段；
7． 初步确定建筑材料产地。
二、遥感技术的应用
遥感技术是指从高空（飞机或卫星上）利用多种遥感器接收来自地面物体发射或反射的各种波长的电磁波，从而根据收到的大量信息进行分析判断，确定地面物体的存在及变化状态的一种方法.
遥感技术的主要优势：
1． 摄像范围大；
2． 资料获取方便，不受地形的限制；
3． 影像所包含的信息种类多，数量大，成图迅速，一次成像就可完成；
4． 可分时段重复对某一地区进行扫描,因此可对某一需监测的目标实施动态监测；
5． 成图迅速，可通过数字化图像处理技术进行信息分离,制作有关专业图件，因此成本相对低廉。
遥感技术在国内外已被广泛地应用于政治、军事、工业、农业、城市供水、矿产资源调查、环境与灾害监测等多个领域。遥感技术在道路工程地质工作中的应用研究主要集中在两个方面：一是为地形、地质复杂地区的线路位置及重点工程位置的选择提供依据；二是为不良地质现象如泥石流、滑坡等的分布范围和动态，以及危害工程建筑物的地质构造如大断层等，提供预测预报，作为设计和施工的重要参考资料。
但遥感技术作为一种还处于不断完善与发展的新技术,遥感技术还只是主要用于指导地区测绘或作为其它工勘的一种补充.当然遥感技术也具有局限性,不可能完全替代传统的工勘工作，但可以在地面测绘中大大减少传统工勘数量，缩短工期，对测绘工作质量也可得到提高。
随着遥感技术的应用领域不断扩大,装备不断更新，解译技术日趋完善。可以相信，传统的工勘手段与方法在工勘工作中的比重将会逐渐减少。
§5—5 测试及长期观测
一、测试
（一） 分类
1． 按测试完成场所分为室内试验和现场测试两大类;
2． 按指标类型分为物理力学和化学成分试验（化验）;
3． 按物质性态分为岩土、水。
当然，分类的方法还很多。
（二） 程序
1． 室内程序
(1) 选择取样地点。要根据测试目的，要求和场地条件，合理地选择具有代表性的测试样品。
(2) 使用正确的取样方法、运输方法、包装保存方法等取样、装样、送样和保管。
(3) 按有关测试方法的国标或行规等进行测试。
(4) 编制测试报告。
2． 现场土工试验程序
(1) 选择现场测试地点。一般先在该处取样做室内测试。
(2) 按测试要求平整试验场地。
(3) 安装测试设备。
(4) 按要求（规范、标准、规定）进行测试.
(5) 编制测试报告。
3． 水文地质试验
(1) 水质分析（简分析、全分析、特殊成分分析)
(2) 抽水试验（注水、渗水试验）
(3) 水位联测
一般是在同一时刻某地区内全境的地下水位统测。P192～193。
二、长期观测
由于某些工程地质条件具有随时间变化的特性，如地下水位及地下水化学成分，岩土中的孔隙水压力，季节性冻结层和多年冻结层的温度、物理状态等。仅依靠短时间的试验与观测结果显然是无法得出全面而准确的结论的。因此在某些情况下，适当安排对这些随时间变化的工程地质条件或要素进行长期观测是十分必要的.
对于工程地质条件而言，常遇到的长期观测的问题有：
1． 对已有建筑物变形进行的长期观测；
2． 对不良地质现象发展过程进行的长期观测;
3． 地表水及地下水活动进行的长期观测；
4． 对其它特征内容、对象进行相关因素的长期观测.
对于长期观测工作,随着观测设备的更新及自动化水平的提高,比过去变得容易得多了。
§5-6 文件编制
外业资料应及时分析、整理，在确认原始资料准确、完善的基础上编制图件及文字说明，组成上交资料.上交资料一般包括三部分：工程地质说明书（工程地质勘察报告），各种工程地质图、工程地质断面图，各种勘探、调查访问、试验、化验、观测等原始资料。
一、工程地质说明书
二、工程地质图件