地質工程領域是以自然科學和地球科學為理論基礎,以地質調查、礦產資源的普查與勘探、重大工程的地質結構與地質背景涉及的工程問題為主要對象,以地質學、地球物理和地球化學技術、數學地質方法、遙感技術、測試技術、計算機技術等為手段,為國民經濟建設服務的先導性工程領域。 國民經濟建設中的重大地質問題、所需各類礦產資源、水資源與環(huán)境問題等是社會穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的條件和基礎。地質工程領域正是為此目的而進行科學研究、工程實施和人才培養(yǎng)。地質工程領域服務范圍廣泛,技術手段多樣化,從空中、地面、地下、陸地到海洋,各種方法技術相互配合,交叉滲透,已形成科學合理的、立體交叉的現代化綜合技術和方法。
工程地質勘探 包括工程地球物理勘探、鉆探和坑探工程等內容。 ①工程地球物理勘探。簡稱工程物探,其目的是利用專門儀器,測定各類巖、土體或地質體的密度、導電性、彈性、磁性、放射性等物理性質的差別,通過分析解釋判斷地面下的工程地質條件。它是在測繪工作的基礎上探測地下工程地質條件的一種間接勘探方法。按工作條件分為地面物探和井下物探(測井);按被探測的物理性質可分為電法、地震、聲波、重力、磁法、放射性等方法。工程地質勘察中常用的地面物探為電法中的視電阻率法,地震勘探中的淺層折射法,聲波勘探等;測井則多采用綜合測井。 物探的優(yōu)點在于能經濟而迅速地探測較大范圍,且通過不同方向的多個剖面獲得的資料是三維的。以這些資料為基礎,在控制點和異常點上布置勘探、試驗工作,既可減少盲目性,又可提高精度。測井則可增補鉆探工作所得資料并提高其質量。開展多種方法綜合物探,根據綜合成果進行對比分析,可以顯著提高地質解釋的質量,擴大物探解決問題的范圍,縮短工程地質勘探周期并降低其成本。由于物探需要間接解釋,所以只有地質體之間的物理狀態(tài)(如破碎程度、含水率、喀斯特化程度)或某種物理性質有顯著差異,才能取得良好效果。 ②鉆探和坑探。采用鉆探機械鉆進或礦山掘進法,直接揭露建筑物布置范圍和影響深度內的工程地質條件,為工程設計提供準確的工程地質剖面的勘察方法。其任務是:查明建筑物影響范圍內的地質構造,了解巖層的完整性或破壞情況,為建筑物探尋良好的持力層(承受建筑物附加荷載的主要部分的巖土層)和查明對建筑物穩(wěn)定性有不利影響的巖體結構或結構面(如軟弱夾層、斷層與裂隙);揭露地下水并觀測其動態(tài);采取試驗用的巖土試樣;為現場測試或長期觀測提供鉆孔或坑道。 鉆探比坑探工效高,受地面水、地下水及探測深度的影響較小,故廣為采用。但不易取得軟弱夾層巖心和河床卵礫石層樣品,鉆孔也不能用來進行大型現場試驗。因此,有時需采用大孔徑鉆探技術,或在鉆孔中運用鉆孔攝影,孔內電視或采用綜合物探測井以彌補其不足。但在關鍵部位還需采用便于直接觀察和測試目的層的平洞、斜井、豎井等坑探工程。 鉆探和坑探的工作成本高,故應在工程地質測繪和物探工作的基礎上,根據不同工程地質勘探階段需要查明的問題,合理設計洞、坑、孔的數量、位置、深度、方向和結構,以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質資料,并保證必要的精度。
按工程建設的階段,工程地質勘察一般分為規(guī)劃選點至選址的工程地質勘察、初步設計工程地質勘察和施工圖設計工程地質勘察。工程地質勘察方法或手段,包括工程地質測繪、工程地質勘探、實驗室或現場試驗、長期觀測(或監(jiān)測)等。 工程地質測繪 在一定范圍內調查研究與工程建設活動有關的各種工程地質條件,測制成一定比例尺的工程地質圖,分析可能產生的工程地質作用及其對設計建筑物的影響,并為勘探、試驗、觀測等工作的布置提供依據。它是工程地質勘察的一項基礎性工作。測繪范圍和比例尺的選擇,既取決于建筑區(qū)地質條件的復雜程度和已有研究程度,也取決于建筑物的類型、規(guī)模和設計階段。規(guī)劃選點階段,區(qū)域性工程地質測繪用小比例尺(1:10萬,1:5萬);設計階段,水庫區(qū)測繪大多用中比例尺(1:2.5萬,1:1萬),壩址、廠址則用大比例尺(1:5000,1:2000,1:1000,1:500)。工程地質測繪所需調研的內容有地層巖性、地質構造、地貌及第四紀地質、水文地質條件、天然建筑材料、自然(物理)地質現象及工程地質現象。對所有地質條件的研究,都必須以論證或預測工程活動與地質條件的相互作用或相互制約為目的,緊密結合該項工程活動的特點。當露頭不好或這些條件在深部分布不明時,需配合以試坑、探槽、鉆孔、平洞、豎井等勘探工作進行必要的揭露。 工程地質測繪通常是以一定比例尺的地形圖為底圖,以儀器測量方法來測制。采用衛(wèi)星像片、航空像片和陸地攝影像片,通過室內判讀調繪成草圖,到現場有目的地復查,與進一步的照片判讀反復驗證,可以測制出更的工程地質圖。并可提高測繪的精度和效率,減少地面調查的工作量。
詳細勘察階段: 在初步設計完成之后進行詳細勘察,它是為施工圖設計提供資料的。此時場地的工程地質條件已基本查明。所以詳細勘察的目的是提出設計所需的工程地質條件的各項技術參數,對建筑地基作出巖土工程評價,為基礎設計、地基處理和加固、不良地質現象的防治工程等具體方案作出論證和結論。詳細勘察階段的主要工作要求是: ①取得附有坐標及地形的建筑物總平面布置圖,各建筑物的地面整平標高、建筑物的性質和規(guī)模,可能采取的基礎形式與尺寸和預計埋置的深度,建筑物的單位荷載和總荷載、結構特點和對地基基礎的特殊要求; ②查明不良地質現象的成因、類型、分布范圍、發(fā)展趨勢及危害程度,提出評價與整治所需的巖土技術參數和整治方案建議; ③查明建筑物范圍各層巖土的類別、結構、厚度、坡度、工程特性,計算和評價地基的穩(wěn)定性和承載力; ④對需進行沉降計算的建筑物,提出地基變形計算參數,預測建筑物的沉降、差異沉降或整體傾斜, ⑤對抗震設防烈度大于或等于6度的場地,應劃分場地土類型和場地類別。對抗震設防烈度大于或等于7度的場地,尚應分析預測地震效應,判定飽和砂土和粉土的地震液化可能性,井對液化等級作出評價; ⑥查明地下水的埋藏條件,判定地下水對建筑材料的腐蝕性。當需基坑降水設計時,尚應查明水位變化幅度與規(guī)律,提供地層的滲透性系數; ⑦提供為深基坑開挖的邊坡穩(wěn)定計算和支護設計所需的巖土技術參數,論證和評價基坑開挖、降水等對鄰近工程和環(huán)境的影響; ⑧為選擇樁的類型、長度,確定單樁承載力,計算群樁的沉降以及選擇施工方法提供巖土技術參數。 詳細勘察的主要手段以勘探、原位測試和室內土工試驗為主,必要時可以補充一些地球物理勘探、工程地質測繪和調查工作。詳細勘察的勘探工作量,應按場地類別、建筑物特點及建筑物的等級和重要性來.確定。對于復雜場地,必要時可選擇具有代表性的地段布置適量的探井。