地基與基礎(chǔ)工程(工程地質(zhì)勘察.ppt

1,主 編：曹海成 李 娟,單元1 工程地質(zhì)勘察,地基與基礎(chǔ)工程施工,Di Ji Yu Ji Chu Gong Cheng Shi Gong,2,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,1,單元1 工程地質(zhì)勘察,目 錄,3,單元1 工程地質(zhì)勘察,教學(xué)目標(biāo),1.掌握土的成因與組成、物理性質(zhì)、工程分類與鑒別方法； 2.能夠根據(jù)巖土的基本性質(zhì)與地質(zhì)常識，閱讀建筑場地工程地質(zhì)勘察報告。,4,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,單元1 工程地質(zhì)勘察,5,自然界中土是巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕、破碎、搬運、沉積等過程后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物。土的物理性質(zhì)是指固相、液相、氣相三相的質(zhì)量與體積之間的相互比例關(guān)系及固相、液相兩相相互作用表現(xiàn)出來的性質(zhì)，前者稱為土的基本物理性質(zhì)，主要研究土的密實程度和干濕狀況；后者主要研究黏性土的可塑性、脹縮性及透水性等。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,6,1.土的概念 地球表面3080km厚的范圍是地殼。地殼中原來整體堅硬的巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、破碎、搬運、沉積，形成固體礦物、水和氣體的集合體稱為土。 土是由固相、液相、氣相三相物質(zhì)組成；或者說土是由固體相、液體相、氣體相和有機質(zhì)（腐殖質(zhì)）相四相物質(zhì)組成。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,1.1.1 土的成因,7,2.土的形成和演變 地殼表面廣泛分布著的土體是完整堅硬的巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕等外力作用而瓦解的碎塊或礦物顆粒，再經(jīng)水流、風(fēng)力或重力作用、冰川作用搬運在適當(dāng)?shù)臈l件下沉積成各種類型的土體。 靠近地表的土體經(jīng)過生物化學(xué)及物理化學(xué)變化（即成壤作用）形成土壤；未形成土壤的土，繼續(xù)受到風(fēng)化、剝蝕、侵蝕而再破碎、再搬運、再沉積等地質(zhì)作用。時代較老的土在上覆沉積物的自重壓力及地下水的作用下，經(jīng)受成巖作用，逐漸固結(jié)成巖，強度增高，成為“母巖”。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,8,1.1.2.1 土的組成 土是由固體顆粒、液體水和氣體三部分組成（圖1.1），換句話說，即土是由固相、液相和氣相三相組成。土中的固體礦物構(gòu)成骨架，骨架之間貫穿著孔隙，孔隙中充填著水和空氣，三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也不相同。 固體+氣體（液體=0）為干土，干黏土較硬，干砂松散； 固體液體氣體為濕土，濕的黏土多為可塑狀態(tài)； 固體液體（氣體=0）為飽和土，飽和粉細(xì)砂受震動可能產(chǎn)生液化，飽和黏土地基沉降需很長時間才能穩(wěn)定。,1.1.2 土的組成與結(jié)構(gòu),1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,9,圖1.1 土的三相比例,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,10,土的三相比例如圖1.1所示，其中： m = mw+ms （1.1） Vv=Va+Vw （1.2） V=Vv+Vs （1.3） 式中 m -土的總質(zhì)量； mw-土中水的質(zhì)量； ms -土中固體顆粒的質(zhì)量； V-土的總體積； Va -土中氣體所占的體積； Vw -土中水所占的體積； Vs -土中固體顆粒所占的體積； Vv -土中孔隙所占的體積。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,11,（1）土的固體顆粒 顆粒的大小通常以粒徑表示。工程上按粒徑大小分組稱為粒組，即某一級粒徑的變化范圍。 土中各粒組的相對含量稱為土的粒徑級配。土粒含量的具體含義是指一個粒組中的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比，一般用百分比表示。 實驗室常用的顆粒分析方法有篩分法和密度計法。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,12,（2）土中水 組成土的第二種主要成分是土中水。在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以是液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)，存在于土中的液態(tài)水又可分為結(jié)合水和自由水兩大類。土中細(xì)粒越多，即土的分散度越大，水對土的性質(zhì)的影響也越大。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,13,（3）土中氣體 在非飽和土中，土顆粒間的孔隙由液體和氣體充滿。土中氣體一般以下面兩種形式存在于土中：一種是四周被顆粒和水封閉的封閉氣體，另一種是與大氣相通的自由氣體。 當(dāng)土的飽和度較低，土中氣體與大氣相通時，土體在外力作用下，氣體很快從孔隙中排出，則土的強度和穩(wěn)定性提高。當(dāng)土的飽和度較高，土中出現(xiàn)封閉氣體時，土體在外力作用下，體積縮??；外力減小，則體積增大。因此，土中封閉氣體增加了土的彈性。同時，土中封閉氣體的存在還能阻塞土中的滲流通道，減小土的滲透性。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,14,1.1.2.2 土的結(jié)構(gòu) 土顆粒之間的相互排列和連續(xù)形式稱為土的結(jié)構(gòu)。 （1）單粒結(jié)構(gòu) 單粒結(jié)構(gòu)又稱粗顆粒土，如卵石、砂等。 （2）蜂窩結(jié)構(gòu) 當(dāng)土顆粒較細(xì)（粒級在0.0020.02mm）時，會在水中單個下沉，碰到已沉積的土粒時，由于土粒之間的分子吸引力大于顆粒自重，則正常土粒被吸引而不再下沉，形成很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 （3）絮狀結(jié)構(gòu) 粒徑小于0.005mm的黏土顆粒在水中長期懸浮并在水中運動時，形成小鏈環(huán)狀的土集粒而下沉。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,15,按土開挖的難易程度可將土分為松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅硬石八類。 松軟土和普通土可直接用鐵鍬開挖，或用鏟運機、推土機、挖土機施工；堅土、砂礫堅土和軟石要用鎬、撬棍開挖，或預(yù)先松土，部分用爆破的方法施工；次堅石、堅石和特堅硬石一般要用爆破方法施工。表1.1為土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法。,1.1.3 土的工程分類,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,16,表1.1 土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,17,土的物理性質(zhì)指標(biāo)可分為兩類：一類是必須通過試驗測定的，如含水量、密度和土粒相對密度；另一類是可以根據(jù)試驗測定的指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率和飽和度等。,1.1.4 土的物理性質(zhì)指標(biāo),1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,18,1.土的密度（g/cm3） 天然密度（濕密度）:天然狀態(tài)下土的密度以下式表示 干密度:土的孔隙中完全沒有水時的密度，是指土單位體積中土粒的重量，即固體顆粒的質(zhì)量與土的總體積之比值。 干密度反映了土的孔隙性，因而可用以計算土的孔隙率，它往往通過土的密度及含水率計算得來，但也可以通過實測得到。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,19,2.含水率（含水量） 土的含水量定義為土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即 3. 孔隙率 孔隙率是土的孔隙體積與土體積之比，或單位體積土中孔隙的體積，即,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,20,4.孔隙比 孔隙比是土的孔隙體積與土粒體積之比，以小數(shù)表示，即 常見的物理性質(zhì)指標(biāo)及相互關(guān)系換算公式如表1.2所示（見教材第12頁）。,1.1 土的物理性質(zhì)與工程分類,21,1.2 工程地質(zhì)勘察,1.2 工程地質(zhì)勘察,22,工程地質(zhì)勘察是為查明影響工程建筑物的地質(zhì)因素而進行的地質(zhì)調(diào)查研究工作。所需勘察的地質(zhì)因素包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)構(gòu)造；地貌、水文地質(zhì)條件、土和巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，自然（物理）地質(zhì)現(xiàn)象和天然建筑材料等，這些通常又稱為工程地質(zhì)條件。查明工程地質(zhì)條件后，需根據(jù)設(shè)計建筑物的結(jié)構(gòu)和運行特點，預(yù)測工程建筑物與地質(zhì)環(huán)境相互作用（即工程地質(zhì)作用）的方式、特點和規(guī)模，并做出正確的評價，為確定保證建筑物穩(wěn)定與正常使用的防護措施提供依據(jù)。,1.2.1 工程地質(zhì)勘察概述,1.2 工程地質(zhì)勘察,23,1.2.1.1 編制地質(zhì)勘察報告的程序 （1）外業(yè)和實驗資料的匯集、檢查和統(tǒng)計。 （2）對照原位測試和土工試驗資料，校正現(xiàn)場地質(zhì)編錄。 （3）編繪鉆孔工程地質(zhì)綜合柱狀圖。 （4）劃分巖土地質(zhì)層，編制分層統(tǒng)計表，進行數(shù)理統(tǒng)計。 （5）編繪工程地質(zhì)剖面圖和其他專門圖件。 （6）編寫文字報告。,1.2 工程地質(zhì)勘察,24,1.2.1.2 工程地質(zhì)勘察報告的主要內(nèi)容 工程地質(zhì)勘察報告應(yīng)敘述工程項目、地點、類型、規(guī)模、荷載、擬采用的基礎(chǔ)形式；工程勘察的發(fā)包單位、承包單位；勘察任務(wù)和技術(shù)要求；勘察場地的位置、形狀、大小；鉆孔的布置和布置原則，孔位和孔口標(biāo)高的測量方法以及引測點；施工機具、儀器設(shè)備和釬探取樣及原位測試方法；勘察的起止時間；完成的工作量和質(zhì)量評述；勘察工作所依據(jù)的主要規(guī)范、規(guī)程；其他需要說明的問題。報告應(yīng)附勘探點(鉆孔)平面位置圖、勘探點測量成果表和勘察工作量表。若勘察工作量少，可只附圖而省去表。,1.2 工程地質(zhì)勘察,25,（1）地質(zhì)地貌概況 地質(zhì)地貌決定了一個建筑工地的場地條件和地基巖土條件，應(yīng)從地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地貌、不良地質(zhì)現(xiàn)象三個方面加以論述。 地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要闡述的內(nèi)容是:地層(巖石)、巖性、厚度；構(gòu)造形跡，勘察場地所在的地質(zhì)構(gòu)造部位；巖層中節(jié)理、裂隙發(fā)育情況和風(fēng)化、破碎程度。由于勘察場地大多地處平原，應(yīng)劃分第四系的成因類型，論述其分布埋藏條件、土層性質(zhì)和厚度變化。 地貌包括勘察場地的地貌部位、主要形態(tài)、次一級地貌單元劃分。如果場地小且地貌簡單，應(yīng)著重論述地形的平整程度、相對高差。 闡述勘察場地及其周圍有無滑坡、崩塌、塌陷、潛蝕、沖溝、地裂縫等不良地質(zhì)現(xiàn)象。,1.2 工程地質(zhì)勘察,26,（2）地基巖土分層及其物理力學(xué)性質(zhì) 這一部分是巖土工程勘察報告應(yīng)著重論述的問題，是進行工程地質(zhì)評價的基礎(chǔ)。下面介紹分層的原則和分層敘述的內(nèi)容。 土層按地質(zhì)時代、成因類型、巖性、狀態(tài)和物理力學(xué)性質(zhì)劃分；巖層按巖性、風(fēng)化程度、物理力學(xué)性質(zhì)劃分。厚度小、局部分布的可作夾層處理，厚度小而反復(fù)出現(xiàn)的可作一層處理。對每一層巖土，要敘述如下的內(nèi)容:分布、埋藏條件、巖性和狀態(tài)、取樣和實驗數(shù)據(jù)、原位測試情況和承載力。,1.2 工程地質(zhì)勘察,27,（3）地下水簡述 地下水是決定場地工程地質(zhì)條件的重要因素。報告中必須論及:地下水類型，含水層分布狀況、埋深、巖性、厚度，靜止水位、降深、涌水量、地下水流向、水力坡度；含水層間和含水層與附近地表水體的水力聯(lián)系；地下水的補給和排泄條件，水位季節(jié)變化，含水層滲透系數(shù)，以及地下水對混凝土的侵蝕性等。對于小場地或水文地質(zhì)條件簡單的勘察場地，論述的內(nèi)容可以簡化。有的內(nèi)容，如水位季節(jié)變化，并非在較短的工程勘察期間能夠查明，可通過調(diào)查訪問和搜集區(qū)域水文資料獲得。,1.2 工程地質(zhì)勘察,28,（4）場地穩(wěn)定性 場地所處的地質(zhì)構(gòu)造部位有無活動斷層通過，附近有無發(fā)震斷層。 地震基本烈度，地震動峰值加速度。 場地所在地貌部位的地形平緩程度，是否臨江、臨河、臨湖、臨海，或是臨近陡崖深谷。 場地及其附近有無不良地質(zhì)現(xiàn)象，其發(fā)展趨勢如何。 地層產(chǎn)狀，節(jié)理裂隙產(chǎn)狀，地基土中有無軟弱層或可液化砂土。 地下水對基礎(chǔ)有無不良影響。,1.2 工程地質(zhì)勘察,29,（5）其他專門要求 對于設(shè)計部門提出的一些專門問題，報告應(yīng)予以論述，如飽和砂土的震動液化、基坑排水量計算、動力機器基礎(chǔ)地基剛度的測定、樁基承載力計算、軟弱地基處理、不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治等。,1.2 工程地質(zhì)勘察,30,（6）結(jié)論與建議 對場地條件和地基巖土條件的評價。 結(jié)合建筑物的類型及荷載要求，論述各層地基巖土作為基礎(chǔ)持力層的可能性和適宜性。 選擇持力層，建議基礎(chǔ)形式和埋深。若采用樁基礎(chǔ)，應(yīng)建議樁型、樁徑、樁長、樁周土摩擦力和樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值。 地下水對基礎(chǔ)施工的影響和防護措施。 基礎(chǔ)施工中應(yīng)注意的有關(guān)問題。 建筑是否作抗震設(shè)防。 其他需要專門說明的問題。,1.2 工程地質(zhì)勘察,31,1.2.2.1 工程概況 市垃圾綜合處理場是政府立項的重點環(huán)保項目。場區(qū)利用丘陵區(qū)的自然溝谷進行建設(shè)。溝的全長1250m，平均寬度154m，平均深度25m，容量220104m3，總占地面積349畝。 該工程是2009年進行的勘察，目的是滿足環(huán)境評價和初步設(shè)計的要求，2010年動工興建，2011年建成投入使用。,1.2.2 某垃圾場工程地質(zhì)勘察實例,1.2 工程地質(zhì)勘察,32,1.2.2.2 主要工作方法 該工程勘察時依據(jù)巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021-2009）等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及市環(huán)境保護局、環(huán)衛(wèi)處提出的技術(shù)要求，制定了此次勘察的主要工作方法： （1）搜集資料 （2）地質(zhì)、工程地質(zhì)調(diào)查與測繪 （3）物探工作 （4）探井（坑）與取樣 （5）水文地質(zhì)調(diào)查 （6）對場地內(nèi)地下水和地表水及溝內(nèi)地下水徑流方向的下游取水樣進行化學(xué)分析,1.2 工程地質(zhì)勘察,33,1.2.2.3 工程地質(zhì)條件 1.地形地貌與地層巖性 2.地質(zhì)構(gòu)造與斷裂活動 3.物理地質(zhì)作用 4.地震活動 5.場區(qū)巖土的物理力學(xué)性質(zhì),1.2 工程地質(zhì)勘察,34,1.2.2.4 水文及水文地質(zhì)條件 1.水文 2.水文地質(zhì) 1.2.2.5 場地適宜性評價 （1）有利條件 （2）不利條件,1.2 工程地質(zhì)勘察,35,1.2.2.6 場地適宜性評價 （1）地表水的導(dǎo)排。 （2）地下水導(dǎo)排。 （3）根據(jù)場區(qū)工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，為防止垃圾滲濾液向地下水滲漏與擴散，報告