工程地质勘察的主要方法

- 1 - 第六章 工程地质勘察的主要方法

勘察方法应根据勘察阶段要求的内容和深度、公路的等级、工程规模及其工作难易程度的不同而加以选择。其中可行性研究勘察应符合场地方案确定的要求，一般以收集资料为主；初步勘察应符合初步设计或扩大初步设计的要求，一般以工程地质调查和测绘为主，并有重点的进行勘探和试验；详细勘察应符合施工设计的要求，一般以勘探和试验为主，并对重点或初勘未查明的地段进行工程地质调查和测绘。对工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重要工程，还应进行施工勘察；对面积不大，工程地质条件简单的场地或有建筑经验的地区，可简化勘察阶段。

工程地质勘察的方法主要有收集资料、工程地质调绘和测绘、工程地质勘探、地球物理勘探、工程地质试验、工程地质长期观测等。

工程构建筑物（路基、桥梁、隧道）对水文勘察的要求各不相同，故该部分内容详见相关章节；物探专列为第七章，本章不再赘述。

第一节 收集资料

工程地质勘察首先应全面收集研究当地的区域地质、第四纪地质、地震地质、水文地质及工程地质资料，使工程地质选址落在实处。重点了解当地的水文地质及工程地质条件，了解可能存在的环境工程地质问题，以及特殊不良地质体的分布。我国除少数地区以外，基本均完成了大比例尺地质填图，基础地质方面的研究积累了丰富的资料，充分搜集研究这方面的资料，尤其对于工可阶段有着十分重要的现实意义，对于后期勘察工作的布置也有一定的指导作用。收集和研究既有的有关资料，不仅是外业工作之前准备工作的重要内容，也是工程地质勘察的一个主要方法。

收集的资料一般应包括以下几个方面的内容：

（1）地域地质资料，如地层、地质构造、岩性、土质等；

（2）地形、地貌资料，如区域地貌类型及主要特征，不同地貌单元与不同地貌部位的工程地质评价等；

（3）区域水文地质资料，如地下水的类型、分带及分布情况，埋藏深度、变化规律等；

（4）各种特殊地质地段及不良地质现象的分布情况，发育程度与活动特点等； - 2 - （5）地震资料，如沿线及其附近地区的历史地质情况，地震烈度、地震破坏情况及其与地貌、岩性、地质构造的关系等；

（6）气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪、冻积深度及风速、风向等；

（7）其它有关资料，如气候、水文、植被、土壤等；

（8）工程经验、区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程地质问题及其防治措施等。

第二节 工程地质调查和测绘

工程地质调查和测绘是道路工程地质勘察中一项重要的基础工作，共目的是查明道路构建筑物及其附近的地形地貌、环境地质现象，与遥感、测绘，以及其它勘察手段相配合，来取得道路构建筑物及其附近的工程地质信息资料。对场区的稳定性和适宜性做出初步的评价，同时可以指导进一步勘察方法手段的选择和工作量的布置。在工程地质调查和测绘时应注意以下几个问题：

（1）工程地质调查与测绘宜在可行性研究阶段或初步勘察阶段进行，在详勘阶段可对某些专项的地质问题作补充调查。

（2）工程地质调绘尽可能地在已有区域地质资料的基础上进行补充完善，以减少工作量。重点放在环境工程地质问题的调查，并对其进行必要的分析与评价，指出与构筑物工程建设的相互关系，同时对构筑物的比选提出必要的工程地质建议。

调查与测绘是道路工程地质勘察的主要方法。通过观察和访问，对道路构建筑物通过地区的工程地质条件进行综合性的全面研究，将查明的地质现象和获得的资料，填绘于有关的图表与记录本中，这种工作统称为调查测绘（调绘）。

一、调绘的主要内容

基本内容不外以下几个方面：

（1）地形、地貌：地形、地貌的类型、成因、特征与发展过程，地形、地貌与岩性、构造等地质因素的关系；地形、地貌与工程地质条件的关系，划分地貌单元。

（2）地层、岩性：地层的层序、厚度、时代、成因、分布情况及岩相变化等；岩性、风化程度及风化层厚度。

（3）地质构造：断裂、褶曲的位置、构造线走向，产状等形态特征和地质力学特征；岩层的产状和接触关系，软弱结构面的发育情况及其与路线的关系，对道路建构- 3 - 筑物的稳定影响等。

（4）第四纪地质：第四纪沉积物的成因类型，土的工程分类及其在水平与垂直方向上的变化规律；土的物理、水理、化学、力学性质；特殊土及地区性土的研究和评价。

（5）地表水及地下水：河、溪的水位、流量、流速、冲刷、淤积、洪水位与淹沿情况；研究水文地质条件，调查地下水的天然和人工露头、井、泉、矿坑和钻孔等，查明地下水的类型、化学成份与分布情况，地下水的补给与排泄条件，地下水的埋藏深度，水位变化规律与变化辐度；地面水及地下水对道路建构筑物工程的影响。

（6）特殊地质、不良地层：各种不良地质现象及特殊地质问题的分布范围和性质、形成条件、发育程度、发生发展及分布规律及其对道路建构筑物工程的影响。

（7）地震：根据沿线地震基本烈度的区域资料，结合岩性、构造、水文地质等条件，通过访问、确定≥7度的地震烈度界线。

（8）筑路材料和弃土场：了解沿线天然建筑材料的质量、数量及分布情况；弃土场的位置、容量、稳定性、与周边的环境及相互影响等情况。

（9）工程经验：对所在地区既有工程及其它建构筑物的变形破坏情况、稳定情况和工程措施进行调查访问，以便借鉴。

二、调绘的的范围和布置

一般可在沿线两侧带状范围内进行，通常采用沿线调查和测绘的方法，对不良地质地段及地质条件复杂的路段，应扩大调绘范围，以提出完整可靠的地质资料。

（1）调绘宽度的确定：一般采用沿程调绘的方法，其宽度一般包括中线两侧各200～300m。对于桥位，调查范围包括桥轴线纵向的河床和两岸谷坡或阶地(约500～1000m)，以及横向河流上、下游各200～500m。

（2）测绘线的布置：为了专门目的或地质条件的重点工程地段而进行的大面积工程地质测绘常采用路线穿越法和顺层追索法。

（3）观测点的选择：观测点的布置必须选在具有代表性的地质现象的天然露头工人工露头处。 - 4 - 三、调绘的方法和手段

（一）工程地质调查

1、直接观察

直接观察是工程地质调查最重要最基本的方法。它主要利用自然迹象和露头，进行由此及彼，由表及里的观察分析工作，以达到认识路线通过地带工程地质条件的目的。

在工程地质调查中，常采用地貌学和地植物学的方法观察分析有关自然现象。前者根据地貌的形态特征，推断其形成原因和条件，并评价其工程地质条件；后者根据植物群落的种属、分布及其生态特征，推断当地的气候，土质及水文地质等条件。

2、访问群众

访问当地群众是工程地质调查常用的方法。

为使调查访问获得较好的结果，一般应注意以下几点：

（1）选择合适的对象。通常应是年纪老的，对所调查的问题有切身经历的人，要多找几个，以避免错误；

（2）进行仔细的询问，认真听取各处意见。需要对应到现场边看边问；

（3）对所提供的情况，应进行核对、分析和判断。

（二）工程地质测绘

测绘的比例尺可在以下范围内选用：可行性研究阶段1：5000～1：50000， 初勘阶段1：2000～1：10000，详勘阶段1：200～1：2000 。下面分两种情况说明。

1、无航（卫）测资料时

工程地质测绘主要依靠野外工作，为此需要讲究测绘方法与量测精度，以求用较少的工作获得符合要求的结果。

（1）标测方法

根据不同比例尺的精度要求，对观察点、地质构造及种地质界线等的标测方法有以下三种：

①目测法：根据地形、地物目估或步测距离。目测法适用于小比例尺的工程地质测绘。

②半仪器法：用简单的仪器（如罗盘、仪器、气压计等）测定方位和高程，用徒步式测绳量距离。此方法适用于中比例尺的工程地质测绘。 - 5 - ③仪器法：仪器法是用测量仪器测定方位和高程的方法，此方法适用于大比例尺的工程地质测绘以及重要地质点。

测绘精度的要求：相当于测绘底图上宽度不小于2mm的地质现象应尽量标绘在图上；具有重要工程意义的地质体，即使小于图上2mm的宽度也应扩大比例尺的方法标绘在图上；相反，对于工程意义不大的且相近的几种地质体可合并标绘。

（2）工程地质测绘的基本方法

①路线法：沿着一些选择的路线穿越测绘场地，并把观测路线和沿线查明的地质现象，地质界线填绘在地形图上。路线形式有直线形式与“S”线型等。一般用于各类的比例尺测绘。

②布点法：根据地质条件复杂程度和不同的比例尺，预先在地形图上布置一定数量的观测点及观测路线。布点适用于大、中比例尺测绘。

③追索法：沿地层、构造和其它地质单元界线布点追索，以便查明某些局部的复杂构造。追索法多用于中、小比例尺测绘。

（3）工程地质测绘的路线法

采用路线法测绘的两个关键点的环节，是观测路线的布置和观测点的选择。

①观测路线的布置除应沿道路中线进行调查测绘外，尚应在路线及两侧布置观测路线，以求在需要测绘的范围内获得足够的资料绘制工程地质图。

②观察点的选择应根据观察的目的和要求进行选择。例如，为了研究地貌、地质界线、不良地质现象等不同的目的，考虑分别设置观察点。

2、有航（卫）测资料时

遥感技术是根据电磁波辐射（发射、吸收、反射）的理论，应用各种光学、电子学探测器，对远距离目标进行探测和识别综合技术，可用于工程地质调查测绘。

地质体不但在光照条件下能反辐射能，而且由于自身具有一定的温度，也能不断发射出辐射能。地质体在不同波长处，反射或发射电磁辐射的本领是不同的。这种辐射能够随波长改变而改变的特性称为地质体的波谱特性。对这种辐射能以波长为参数记录下来就得到该地质体的波谱分布，不同地质体有其特定的波谱分布，这是遥感技术识别目标的根据。遥感技术对地质体进行探测和识别就是以各种地质体对电磁波辐射的反射或发射的不同波谱分布作为理论基础的。

下面概要介绍航摄资料用于绘制工程地质图的方法：

（1）主体镜判释：立体镜是航空像片立体观察仪器。利用判断标志，结合所需掌- 6 - 握的区域地质资料，将判明的地层、构造、岩性、地貌、水文地质条件，不良地质现象等，调绘在单张像片上，并据以确定需要调查的地点和路线。

（2）实地调查测绘：对判释的内容，通过实地调查测绘进行核对，修改与补充。重要的地质点应剌点纪录。

（3）绘制工程地质图：根据地形、地貌、地物的相对位置，将测绘在像片上的地质资料，利用转绘仪器绘制于等高线图上，并进行野外核对。

相对于航测，卫片的应用有如下优点：①卫片拍摄地面范围大；②反映宏观形态特征较清楚、解释效果比较好；③卫片中包含的信息量大，可根据色调和形态特征，能够解决工程地质测绘中的很多问题。

第三节 工程地质勘探

在工程地质勘察过程中，当露头不好，不能判别地下隐蔽的地质情况时，可采用工程地质勘探，此项工作一般在工程地质调查与测绘的基础上，通过采用物探、简易钻探、钻探、原位测试等综合方法进行。

工程地质勘探的主要任务是探明地下有关地质情况，如地层、岩性、断裂构造、地下水位、滑动面位置等。为深部取样及现场原位试验提供场所，利用勘探坑孔可以进行某些项目的长期观测工作以及物理地质现象处理工作。

一、挖探

挖探是工程地质勘探中最常用的一种方法，可分为剥土、探坑、探槽、探井（分竖井、斜井）、平硐等，它就是用人工或机械方式进行挖掘坑、槽、井、洞等，以便直接观察岩土层的天然状态以及各地层之间接触关系等地质结构，并能取出接近实际的原状结构土样，该方法的特点是地质人员可以直接观察地质结构细节，准确可靠，且可不受限制地取得原状结构试样，因此对研究风化带、软弱夹层、断层破碎带有重要的作用，常用于了解覆盖层的厚度和特征。