工程地质测绘.

岩土工程勘察技术第1章工程地质测绘工程地质测绘是工程地质勘察中一项最重要最基本的勘察方法，也是诸勘察工作中走在前面的一项勘察工作。它是运用地质、工程地质理论对与工程建设有关的各种地质现象，进行详细观察和描述，以查明拟定工作区内工程地质条件的空间分布和各要素之间的内在联系，并按照精度要求将它们如实的反映在一定比例尺的地形地图上。配合工程地质勘探编制成工程地质图，作为工程地质勘察的重要成果提供给建筑物设计和施工部门考虑。在基岩裸露山区，进行工程地质测绘，就能较全面地阐明该区的工程地质条件，得到岩土工程地质性质的形成和空间编号的初步概念，判明物理地质现象和工程地质现象的空间分布、形成条件和发育规律，即使在第四系覆盖的平原区，工程地质测绘也仍然有着不可忽视的作用，只不过测绘工作重点应放在研究地貌和松软土上。由于工程地质测绘能够在较短时间内查明地区的工程地质条件，而且费用又少，在区域性预测和对比评价中能够发挥重大作用，在其它工作配合下能够顺利地解决工作区的选择和建筑物的原理配置问题，所以在规划设计阶段，它往往是工程地质勘察的主要手段。工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘两种.综合性工程地质测绘是对工作区内工程地质条件的各要素全面并进行综合，为编制综合工程地质图提供资料。专门性工程地质测绘是为某一特定建筑物服务的，或者是对工程地质条件的某一要素进行专门研究以掌握其编号规律，为编制专用工程地质图或工程地质分析图提供依据，无论那种工程地质测绘都是为建筑物的规划，设计和施工服务的，都有特定的研究项目。例如，在沉积岩分布区应着重研究软弱岩层和次生泥化夹层的分布、层位、厚度、性状、接触关系，可溶岩类的岩溶发育特征等；在岩浆岩分布区，侵入岩的边缘接触带，平缓的原生节理，岩脉及风化壳的发育特征等；凝灰岩及其泥化情况，玄武岩中的气孔等则是主要的研究内容，在变质岩分布区其主要的研究对象则是软弱变质岩带和夹层等。工程地质测绘对各种有关地质现象的研究除要阐明其成因和性质外，还要注意定量指标的取得，如断裂带的宽度和构造岩的性状，软弱夹层的厚度和性状，地下水位标高，裂隙发育程度，物理地质现象的规模，基岩埋藏深度，以作为分析工程地质问题的依据。1.1准备工作1.1.1资料搜集与研究在室内查阅已有的资料，如区域地质资料（区域地质图，地貌图，构造地质图，地质剖面图及其文字说明），遥感资料，气象资料，水文资料，地震资料，水文地质资料，工程地质资料及建筑经验。依据研究成果，制定测绘计划。工程地质测绘和调查，包括下列内容：（1）查明地形、地貌特征及其与地层、构造、不良地质作用的关系，划分地貌单元。（2）岩土的年代、成因、性质、厚度和分布；对岩层应鉴定其风化程度，对土层应区分新近沉积土、各种特殊性土；（3）查明岩体结构类型各类，结构面（尤其是软弱结构面）的产状和性质，岩、土接触面和软弱夹层的特性等，新构造活动的形迹及其与地震活动的关系；（4）查明地下水的类型、补给来源、排泄条件，井泉位置，含水层的岩性特征、埋藏深度、水位变化、污染情况及其与地表水体的关系；（5）搜集气象、水文、植被、土的标准冻结深度等资料；调查最高洪水位及其发生时间、淹没范围；（6）查明岩溶、土洞、滑坡、崩塌、泥石流、冲沟、地面沉降、断裂、地震震害、地裂缝、岸边冲刷等不良地质作用的形成、分布、形态、规模、发育程度及其对工程建设的影响；（7）调查人类活动对场地稳定性的影响，包括人工洞穴、地下采空、大挖大填、抽水排水和水库诱发地震等；（8）建筑物的变形和工程经验。1.1.2现场踏勘现场踏勘是在搜集研究资料的基础上进行的，其目的在于了解测绘区地质情况和问题，以便合理布置观察点和观察路线，正确选择实测地质剖面位置，拟定野外工作方法。踏勘的方法和内容：（1）根据地形图，在工作区范围内按固定路线进行踏勘，一般采用“Z”字型，曲折迂回而不重复的路线，穿越地形地貌，地层，构造，不良地质现象等有代表性的地段。（2）为了了解全区的岩层情况，在踏勘时选择露头良好，岩层完整有代表性的地段做出野外地质剖面，以便熟悉地质情况和掌握地区岩层的分布特征。（3）寻找地形控制点的位置，并抄录坐标，标高资料。（4）询问和搜集洪水及其淹没范围等情况。（5）了解工作区的供应、经济、气候、住宿及交通运输条件。1.1.3编制测绘纲要测绘纲要一般包括在勘察纲要内，其内容包括以下几个方面。（1）工作任务情况（目的、要求、测绘面积及比例尺）；（2）工作区自然地理条件（位置、交通、水文、气象、地形、地貌特征）；（3）工作区地质概括（地层、岩性、构造、地下水、不良地质现象）；（4）工作量、工作方法及精度要求；（5）人员组织及经济预算；（6）材料物资器材的计划；（7）工作计划及工作步骤；（8）要求提出的各种资料、图件。1.2工程地质测绘内容1.2.1测绘范围和比例尺1.工程地质测绘范围的确定工程地质测绘一般不像普遍地质测绘那样按照图幅逐步完成，而是根据规划与设计建筑物的要求在与该工程活动有关的范围内进行。测绘范围大一些就能观察到更多的露头和剖面有利于了解区域观察地质条件，但是增大了测绘工作量，如果测绘范围过小则不能查明工程地质条件以满足建筑物的要求。选择测绘范围的根据一方面是拟建建筑物的类型，规模和设计阶段，另一方面是区域工程地质的复杂程度和研究程度。工程地质条件复杂，研究程度差，工程地质测绘范围就大。分析工程地质条件的复杂程度必须分清两种情况，一种是工作区内工程地质条件非常复杂，如构造变化剧烈，断裂很发育或者岩溶，滑坡，泥石流等物理地质作用很强烈，另一种是工作区内的地质结构并不复杂，但在邻近地区有可能产生威胁建筑物安全的物理地质作用的资源地，如泥石流的形成区，强烈地震的发展断裂等。这两种情况都直接影响到建筑物的安全，若仅在工作区内进行工程地质测绘则后者是不能被查明的，因此必须根据具体情况适当扩大工程地质测绘的范围。在工作区或邻近地区内如已有其它地质研究所得的资料，则应收集和运用它们，如果工作区及其周围较大范围内的地质构造已经查明，那么只要分析、验证它们，必要时补充主题研究它们就行了，如果区域地质研究程度很差，则大范围的工程地质测绘工作就必须提到日程上来。2.工程地质测绘比例尺的确定工程地质测绘的比例尺主要取决于设计要求，在工程设计的初期阶段属于规划选点性质，往往有若干个比较方案，测绘范围较大，而对工程地质条件研究的详细程度要求不高，所以工程地质测绘所采用的比例尺一般较小，随着建筑物设计阶段的提高，建筑物的位置具体，研究范围随之缩小，对工程地质条件研究的详细程度要求亦随之提高，工程地质测绘的比例尺也就逐渐加大。而在同一设计阶段内，比例尺的选择又取决于建筑物的类型、规模和工程地质条件的复杂程度。建筑物的规模大，工程地质条件复杂，所采用的比例尺就大。正确选择工程地质测绘比例尺的原则是，测绘所得到成果既要满足工程建设的要求，又要尽量地节省测绘工作量。工程地质测绘采用的比例尺有以下几种：（1）踏勘及路线测绘：比例尺1：20万～1：10万，在各种工程的最初勘察阶段多采用这种比例尺进行地质测绘，以了解区域工程地质条件概况，初步估计其对建筑物的影响，为进一步勘察工作的设计提供依据。（2）小比例尺面积测绘：比例尺1：10万～1：5万，主要用于各类建筑的初期设计阶段，以查明规划区的工作地质条件，初步分析区域稳定性等主要工程地质问题，为合理选择工作区提供工程地质资料。（3）中比例尺面积测绘：比例尺1：2.5万～1：1万，主要用于建筑物初步设计阶段的工程地质勘察，以查明工作区的工程地质条件，为合理选择建筑物并初步确定建筑物的类型和结构提供地质资料。（4）大比例尺面积测绘：比例尺1：5000～1：1000或更大，一般在建筑场地选定以后才进行大比例尺的工程地质测绘，以便能详细查明场地的工程地质条件。1.2.2测绘的精度要求工程地质测绘的精度系指在工程地质测绘中对地质现象观察描述的详细程度，以及工程地质条件各因素在工程地质图上反映的详细程度，为了保证工程地质图的质量，工程地质测绘的精度必须与工程地质图的比例尺相适应。观察描述的详细程度是以各单位测绘面积上观察点的数量和观察线的长度来控制的。通常不论比例尺多大一般都以图上的距离为2~5cm有一个观察点来控制，比例尺的增大，实际面积的观察点数就增大，当天然露头不足时，必须采用人工露头来补充，所以在大比例尺测绘时，常需配合有剥土，探槽，试坑等探坑工程。观察点的分布一般不是均匀的，工程地质条件复杂的地段多一些，简单地段少一些，应布置在工程地质条件的关键位置。综合性工程地质测绘每平方公里内观察点数及观察路线平均长度见表1-1。比例尺地区工程地质条件复杂程度简单中等复杂观察点数路线长度/km观察点数路线长度/km观察点数路线长度/km1：：20万0.490.50.610.601.100.701：10万：10万0.961.01.441.202.161.401：5万：5万1.912.02.942.405.292.801：2.5万：2.5万3.964.07.504.8010.05.601：1万：1万13.806.026.08.034.6010.0表1-1综合性工程地质测绘每平方公里内观察点数及观察路线平均长度布置观察点的同时，还要采取有一定数量的原位测试和扰动的岩土样及水样进行控制，以提供岩土工程参数。表1-2给出地矿行业1：2.5~1：5万比例尺工程地质调查与测绘的取样控制数，其它比例尺测绘可参考有关规范执行。工程地质条件复杂程度比例尺原位测试（孔组）岩、土样（个）水样（个）简单1：5万：5万0.5~130~1502~51：2.5万：2.5万1~275~2504~8中等1：5万：5万1~260~2004~71：2.5万：2.5万2~3150~3806~10复杂1：5万：5万1.5~290~2506~81：2.5万3~4220~5008~12表1-2工程地质测绘取样要求为了保证工程地质图的详细程度，还要求工程地质条件各因素的单元划分与图的比例尺相适应，一般规定岩层厚度在图上的最小投影宽度大于2mm者应按比例尺反映在图上。厚度或宽度小于2mm的重要工程地质单元，如软弱夹层，能反映构造特征的标志层，重要的物理地质现象等，则应采用比例尺或符号的办法在图上标示出来。为了保证图的精度还必须保证图上的各种界线准确无误，任何比例尺的图上界线误差不得超过0.5mm，所以在大比例尺的工程地质测绘中要采用仪器定位。1.2.3测绘方法1.建立坐标系统一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要素所构成的。坐标系指的是描述空间位置的表达形式，而基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。正如前面所提及的，所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。在测量中，常用的坐标系有以下几种：（1）空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90°夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。（2）空间大地坐标系是采用大地经度（L）、大地纬度（B）和大地高（H）来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。（3）平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多，如UTM投影等，在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。在测量中常用的坐标系统为以下三种，当然也可以根据实际需要建立局部的坐标系，方便在实际施工中进行操作。WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系（世界大地坐标系-84）是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防