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调查与测绘、工程地质勘探、工程地质试验、工程地质长期观测等。

1 工程地质调查与测绘

工程地质调查与测绘是工程地质勘察工作中的首项工作。工程地质测绘就是填绘工程地质图，通过野外现场的直接调查综合研究勘察区的地质条件，将地层、岩性、地质构造、地貌条件、水文地质等，填绘在适当比例尺的地形图上加以直观反映。工程地质测绘的目的在于查明勘察区的地貌、地质条件并结合区域地质资料，对场地或建筑地段的稳定性、适宜性作出评价，且为工程地质勘探测试工作及工点布置提供依据。工程地质测绘的特点是经济、快速、有效，是其他勘察工作的基础和依据。为了使测绘工作取得较全面的资料，除了高质量的地表地质调查外，还应进行适当的物探和一些试验工作。多年来，遥感等新技术在工程地质测绘中得到了有效的应用。

对于公路工程来说，高速公路、一级公路、二级公路和独立工点，应进行工程地质测绘工作；对三、四级公路的不良地质地段，也可测绘工程地质平面图和纵断面图。工程地质条件简单的一般公路，可不进行地质测绘。

1．工程地质调查与测绘内容

1)调查研究地形、地貌特征，划分地貌单元，分析各地貌单元的形成过程及其与地层、构造、场地稳定性的因果关系。

2)查明岩土的成因、性质、厚度、时代和分布范围，并查明岩层的风化程度、相互接触关系和软弱夹层特性；对土层应着重分析新近堆积土；对特殊性岩土的类别和工程地质特征应予以查明。

3)调查岩层产状，确定地质构造类型、软弱结构面的产状及其性质，包括断层位置、产状、断距、破碎带宽度及充填物的胶结程度。

4)研究水文地质条件，调查地下水的天然与人工露头，了解地下水的类型、埋藏与补给条件、水位变化及与地表水的联系，并分析地下水对建筑物的影响。

5)调查研究各种物理地质作用、现象的发育程度及分布规律。

6)调查地震烈度大小及影响程度，确定7度以上的烈度界线。

7)研究已有建筑物的变形状况及建筑经验。

8)了解测区天然建筑材料的质量及分布等。

2．工程地质调查与测绘的方法

(1)像片成图法  像片成图法是利用地面摄影或航空卫星摄影的像片，先在室内根据判释标志，并结合所掌握的区域地质资料，把判明的地层岩性、地质构造、地貌、水系及不良地质现象等，描述在单张像片上。然后在像片上选择需要调查的若干点和路线，据此去实地进行调查、校对修正绘成底图。最后，将结果转绘成工程地质图。

(2)实地测绘法  实地测绘法主要用路线法。沿一定的路线，穿越测绘场地，并沿途详细观测地质情况，把走过的路线和沿线的各种地质界线、地貌界线、构造线、岩层及各种不良地质现象等填绘在地形图上。观测路线可沿构造线布置，并尽量布置在露头较好的地方。此外观测点的选择也很重要，观测点的布置、密度和定位应遵循以下要求。

1)在地质构造线、地层接触线、岩性分界线、标准层位和每个地质单元体应有地质观测点。

2)观测点的密度应根据场地地貌、地质条件、成图比例尺及工程特点确定，地质观测点应具有代表性和控制性。

3)地质观测点应充分利用天然或人工露头。当露头少时，可按实际情况布置勘测点。

3．遥感技术在工程地质测绘中的应用

遥感是指根据电磁辐射的理论，应用现代技术中的各种探测器，对远距离目标辐射来的电磁波信息进行接收、传送到地面接收站然后加工处理成遥感资料，用来探测识别目标物的整个过程。将卫星照片和航空照片的解译应用于工程地质测绘，能在很大程度上节省地面测绘的工作量，做到省时、高质、高效、减少劳动强度，节省工程的勘察费用。

(1)应用方法将遥感资料应用于工程地质测绘中需经过初步解译、野外踏勘和验证以及成图三个阶段。 初步解译阶段：根据摄影像片上地质体的光学和几何特征，对航空照片和卫星照片进行系统的立体观测，对地貌及第四纪地质进行解译，划分松散沉积物与基岩界线，进行初步构造解译等工作。野外踏勘和验证阶段：由于气候、地形、植被等因素变化会使地质信息随地而异，同时由于视域覆盖的影响和遥感影像的特点，使一些资料难以获得，因此需在野外对遥感像片进行检验和补充。在这阶段，需携带图像到野外，核实典型地质现象在照片上的位置，并选择一些地段进行重点研究，即在该地段内，做一些实测地质剖面和采集必要的岩性地层标本等。现场地质观测点数，宜为工程地质测绘点数的30％一50％。

成图阶段：将解译取得的资料、野外踏勘验证取得的资料以及其他方法取得的资料，集中转绘到地形图上，然后进行图面结构的分析，如有不合理现象，要进行修正，重新解译。必要时到野外复验，直至整个图面结构合理为止。

(2)遥感影像资料的比例尺航空比例尺，宜采用1：25000。1：100000。陆地卫星影像宜采用不同时间各个波段的1：25000～1：500000黑白像片和假彩色合成或其他增强处理的图像。热红外图像的比例尺不宜小于1：50000。

2 工程地质勘探

工程地质勘探是工程地质勘察的重要方法，是获取深部地质资料必不可少的手段。勘探工作必须在调查测绘的基础上进行。在进行勘探时，应充分利用地面调查测绘资料，合理布置勘探点，以减少不必要的工作量，同时应充分利用地面调查测绘资料，分析勘探成果，以避免判断的错误。

在初勘阶段，勘探点的位置与数量，应在工程可行性研究阶段的勘探基础上，视地质条件的复杂程度及实际需要而定。在详勘阶段，勘探点的数量，应满足各类工程施工图设计对工程地质资料的需要。具体要求可查阅有关规程、手册等。

公路工程地质勘探的方法有挖探、钻探、地球物理勘探等几类。下面介绍几种常用方法。

1．挖探

挖探是公路工程地质勘探中广泛采用的一种方法。这种方法最大的优点是取得详尽的直观资料和原状土样，但勘探深度有限，而且劳动强度大。公路工程地质工作中的挖探主要为坑探和槽探。

(1)坑探  坑探是垂直向下掘进的土坑，浅的称为试坑，深的称为探井。坑探断面一般采用1．5m×1．Om的矩形，或直径0．8～1．Om的圆形。坑探深度一般为2—3m，较深的需进行加固。坑探适用于地下水位以上的较稳固地层，主要用来查明覆盖层的厚度和性质、滑动面、断层、地下水位及采取原状土样等。

(2)槽探  槽探挖掘成狭长的槽形，其宽度一般为O．6～1．Om，长度视需要而定，深度通常小于2m。槽探适用于基岩覆盖层不厚的地方，常用来追索构造线，查明坡积层、残积层的厚度和性质，揭露地层层序等。槽探一般应垂直于岩层走向或构造线布置。

2．简易钻探

简易钻探是公路工程地质勘探中经常采用的方法。其优点是工具轻，体积小，操作方便，进尺较快，劳动强度较小。缺点是不能采取原状土样或不能取样，在密实或坚硬的地层内不易钻进或不能使用。常用的简易钻探工具有小螺纹钻、钎探、洛阳铲等。

(1)小螺纹钻勘探  小螺纹钻的钻具结构包括螺纹钻头和钻杆等，用人工加压回转钻进，适用于粘性土及亚砂土地层，可以取得扰动土样。钻探深度小于6m。

(2)钎探  钎探又称锥探，是用钎具向下冲入土中，凭感觉探查疏松覆盖层的厚度或基岩的埋藏深度。探深一般可达lOm左右。常用来查明黄土陷穴，沼泽、软土的厚度及其基底的坡度等。

(3)洛阳铲勘探  洛阳铲勘探是借助洛阳铲的重力冲人土中，钻成直径小而深度较大的圆孔，可采取扰动土样。冲进深度一般为lOre，在黄土层中可达30余米。

3．钻探

钻探是广泛采用的一种最重要的勘探手段，它可以获得深部地层的可靠地质资料。在公路工程地质勘察中，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，一般是在挖探、简易钻探不能达到目的时才采用。

为保证工程地质钻探工作的质量，避免漏掉或弄错重要的地质界面，在钻进过程中不应放过任何可疑的地方，对所获得的地质资料应进行准确的分析判断。任何时候都不能忘记用地面观察所得的地质资料来指导钻探工作，校核钻探结果。

钻探的钻进方法可分为冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进和振动钻进等几种。公路工程地质勘探常用机械回转钻进和冲击回转钻进。

(1)冲击钻进  冲击钻进是将钻具提升到一定高度，利用钻具的重力和冲击力，使钻头冲击孔底来破碎岩土。随着钻孔的延伸可以用钢丝绳或用钻杆连接钻头。这种方法能保持较大的钻孔口径。人力冲击钻进适用于黄土、粘性土、砂性土等疏松的覆盖层，但劳动强度大，难以完整取样。机械冲击钻进适用于砾、卵石层及基岩，不能取得完整岩心。由于这种方法对下面的土层有夯实加密作用，易使土样变形而扰动，因此不适合于取原状试样的钻进。

(2)回转钻进  回转钻进是利用钻具回转，使钻头的切削刃或研磨设备削磨岩土，可分为孔底全面钻进与孑L底环状钻进(岩心钻进)两种。工程地质勘探广泛采用岩心钻进，这种方法能取得原状土和比较完整的岩心。人力回转钻进适用于沼泽、软土、粘性土、砂性土等松软地层。机械回转钻进有多种钻头和研磨设备，可适应各种软硬不同的地层，图5—3为机械回转钻进的装置。

(3)冲击回转钻进冲击回转钻进也称综合钻进，钻进过程是在冲击与回转综合作用下进行的。它适用于各种不同的地层，钻进效率高，能采取岩心，在工程地质勘探中应用也较广泛，目前应用的钻进方法有气动式和液动式两种，其中反循环连续取样冲击回转钻进(或双壁钻杆潜孔锤连续取样钻进)在岩石地层勘探的应用中有发展前途。

(4)振动钻进振动钻进是利用机械动力所产生的振动力，通过连接杆和钻具传到钻头周围的土层中，由于振动器高速振动的结果，使土层抗剪强度急剧降低，借振动器和钻具的重量，切削孔底土层，达到钻进的目的。如加以锤击，则形成振动锤击钻进。振动钻进速度快，主要适用于土层和粒径较小的碎、卵石层。

4．地球物理勘探

地球物理勘探简称物探，它是以各种岩土具有不同的物理性能为基础，采用专门的仪器，观测其天然或人工的物理场的变化，来判断岩土地质情况的方法，统称为物探。物探的优点是效率高，成本低，仪器和工具比较轻便。物探方法是地层在自然状态下，各种物理力学指标均未受到破坏的情况下进行的一种较好的原位测试方法。但是由于不同岩土可能具有某些相同的物理性质，或同一种岩土可能具有某些物理性质差异，因此有时较难得出肯定的结论。必须使用钻孔加以校核、验证，所以物探有其一定的适用条件。

在工程地质勘探中已广泛使用物探。当其与调查测绘、挖探、钻探密切配合时，对指导地质判断、合理布置钻孔、减少钻探工作量等方面都能取得良好的效果。恰当地运用多种物探方法，互相配合，进行综合物探，也能取得良好的效果。 

物探按其工作条件的不同可分为地面物探、井下物探、航空物探、航天物探。按其所利用的岩土物理性质的不同可分为电法勘探、电磁法勘探、地震勘探、声波探测、重力勘探、磁力勘探和放射性勘探等。在公路工程地质工作中，较常用的有电法勘探、地震勘探、地质雷汰勘测等。下面介绍几种物探方法的原理。

(1)地质雷达(属电磁法勘探)  它是利用高频电磁脉冲波的反射，探测地层构造和地下埋藏物体的电磁装置，故又称探地雷达。它通过发射天线向地下辐射宽带的脉冲波，宽带的脉冲波在地下传播中遇到不同介质时，其介电常数和电导率就存在差异，将反射不同的电磁波，返回到地表的电磁波被接收天线接收，根据接收到的回波来判断目标的存在，并计算其距离和位置，可用于空中、地面与井中探测，但主要用于地面。

(2)声波探测  是利用声波在岩土中的传播特性及其变化规律，测试岩土的物理力学性质，也可利用在压力作用下岩体(岩石)的发声特性对岩体进行稳定性监测。

(3)电法勘探是通过仪器测定岩土导电性的差异来判断岩土地质情况的一种物探方法。当具备以下条件用电法勘探能取得较好的效果。

1)地层之间具有一定的导电性差异时。

2)所测地层具有一定的长度、宽度和厚度，相对的埋藏深度不太大时。

3)地形比较平坦，游散电流与工业交流电等干扰因素不大时。

4)地震勘探地震勘探是根据岩土弹性性质的差异，通过人工激发弹性波的传播，来

探测岩土地质情况的一种物探方法。具体做法是由敲击或爆炸引起的弹性波，在不同地层的分界面上发生反射和折射，产生可以返回地面的反射波和折射波，利用地震仪记录它们传播到地面各接收点的时间，并研究振动波的特性，就可以确定引起反射和折射的地质界面的埋藏深度、产状及岩石性质等。地震勘探较其他物探方法准确，且探测深度很大。主要用于探测覆盖层的厚度、岩层的埋藏深度及厚度、断层破碎带的位置及产状等；也可用于研究岩石的弹性，测定岩石的弹性系数等。

3 工程地质试验

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，是对岩土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，只能对岩土的工程性质进行定性的评价，要进行准确的定量评价必须通过试验测定。工程地质试验分为室内试验和原位测试两种。

(1)室内试验是在实验室通过仪器对采集的试样进行测试、分析，取得所需的数据，它包括岩土的物理、水理、力学、化学等试验内容，具体的试验内容和试验方法应根据工程要求和岩土性质的特点确定。室内试验虽然具有边界条件、排水条件和应力路径容易控制的优点，但是由于试验需要取原状试样，而原状试样在采集、运送、保存和制备等方面不可避免地会受到不同程度的扰动，特别是对于饱和状态的砂质粉土和砂土，可能根本取不上土样，这使测得的力学指标严重“失真”。因此，为了取得可靠的力学指标，在工程地质勘察中，必须进行一定数量的野外现场原位试验。

(2)原位测试结合工程实际情况在施工现场原位进行。测试的主要项目有载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场剪切试验和水文地质测试等，具体采用何种方法应根据岩土条件、设计时对参数的要求、地区经验和测试方法的适用性等因素选用。

4 工程地质长期观测

长期观测主要指短期内不能查明的，需要进行长期的季节性的观测工作才能掌握其变化规律的工程地质条件。观测时间应根据观测对象、工程性质、工程类别及工作需要情况等，安排在勘测设计阶段进行，也可以在施工阶段进行，还可以在运营阶段进行。长期观测的结果，可对某些预期性状的差异进行分析，也可对原来勘察设计成果进行评价。

长期观测应针对工程需要进行具体安排，主要内容有以下几方面。

1)对不良地质活动情况的观测与监测。

2)对岩土受到施工作用及其反应性状的监测。

3)对施工和运营使用期的工程监测。

4)对环境条件(包括工程地质条件、水文地质条件及相邻结构、设施等)在施工过程中可能发生的变化进行监测。

注意：室内试验、原位测试及长期观测等方法取得的各种数据应相互对比，结合调查与测绘、勘探结果，进行综合分析，以提高工程地质勘察质量和设计质量。