土木工程地质勘查Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望10.1.1城市规划的主要工程地质问题与城市规划有关的主要工程地质问题：区域稳定性问题、地基稳定性问题、供水水源问题、地质环境的合理利用与保护问题等。1区域稳定性问题它直接影响城市的安全和经济发展，是城市总体规划阶段应首先论证的工程地质问题，以保证城市规划方案的经济合理性和技术可行性。影响区域稳定性的主要因素是地震，它的强度和对建筑物的危害程度常以地震基本烈度来表示。由于地震的活动往往是突发性的，常给工程建筑造成严重的破坏和损害。因此，若震中发生于大城市中或其附近，则将遭受巨大的地震灾害。如1976年我国唐山地震造成的惨重损失。地震基本烈度主要由地震部门负责提供，它包括规划区的地震基本烈度区划图及其说明书。据此可确定规划区内地震基本烈度，了解地震活动的特征与趋势，强震的构造条件以及可能发生的地震最大震级等。此外，工程地质人员应特别注意搜集区域卫星像片及航空像片，主要构造带及强震震中分布图，地震地质报告，地应力及历史地震记录和现今地震活动等资料。同时，通过实地工程地质调查，为区域稳定性评价收集基本资料和依据。2地基稳定性问题 它始终是各规划阶段的主要问题。地基稳定性主要是指地基中岩土体的强度和变形。地基强度通常以地基容许承载力来表达，按其大小可把城市用地划分为各种用途的地段，为城市的功能分区提供可靠的依据，见表101。 3供水水源问题 城市供水量是城市中工业用水和生活用水量（生态用水）的总和，它在很大程度上取决于城市中工业的性质和数量，以及人口的多少。随着生产的发展和人口的增长，城市供水量不断地增加。因此，在一定条件下它是制约城市发展的重要因素之一。丰富的水源，良好的水质，能给城市的发展创造条件。江河、湖泊及水库等大型地表水体，特别是地下水(冲积层潜水、深层基岩裂隙水、溶洞水)等均可作为城市供水的水源。一个重要的城市，往往需要两个或两个以上的供水水源地。其水质不仅要符合各种工业用水的要求，而且还要达到生活饮用水的标准，同时，其水量必须满足城市远景规划的需要。 4.地质环境的合理利用和保护问题 随着城市的发展，除了修建大量工业与民用建筑、地下建筑、道路、桥梁外，还须进行水库的修建、运河的开拓、农业灌渠网络的形成、地下水开发利用及矿床开采等工程活动。这些必将引起城市地质环境发生剧烈变化，如水库、运河和灌区等的修建，常使地下水位上升，造成地基软化、黄土湿陷、斜坡失稳、建筑物变形和破坏等；又如上海、天津、沈阳、西安等城市过量开采地下水，峰峰、抚顺等矿区持续开采及矿坑大量排水，致使地下水位大幅度下降，引起地面沉降，泉水和地下水水源枯竭，植物枯萎，土地荒芜等。这都是人类不合理地进行各种工程活动，大规模地改变地质环境所带来的不良后果。 10.1.2城址选择的依据 一个新建城市的城址方案，首先是根据政治和经济发展的需要提出来的。同时，考虑当地的自然因素，人文环境与历史环境特点以及资源情况，进一步确定拟建城市的性质、规模和要求。然后，在几个不同地区，按下列几个主要方面选择较为优良的城址。 (1)城址的地理环境应优越 气候条件适宜，交通条件良好，水质优良、水源充足，能满足远景规划的要求。 (2)城址应尽量靠近自然资源产地 重视对国民经济具有重大意义的矿产资源、能源资源和天然建筑材料的开发和利用，并兼顾风景优美或有名胜古迹地区。 (3)城址应选取在地貌单元简单的地区 一般无难以治理的不良地质现象，地形平坦宽阔，地形坡度一般为15，局部地区可达1020，全城建筑区的相对高差不超过5060m，土地的开发与利用应满足城市远景规划的要求。 (4)城址应首先选择在地震少而基本烈度低的地区 规划区内地下水埋深大，附近无活动断裂，并远离大的主断裂，规划区内地层性质较均匀，持力层厚度大而强度高，地基中无饱和而软弱的及可振动液化的砂土层和淤泥等，避开对工程建筑物抗震危险地段。10.1.3城市规划工程地质勘察要点 城市规划工程地质勘察应以搜集整理、分析利用已有资料和工程地质测绘与调查为主，辅以必要的勘探、测试工作。规划区内的各场地，应根据其场地条件和地基的复杂程度，按表102分类。根据城市规划条例，城市规划工程地质勘察阶段应与规划阶段相适应，分为总体规划勘察阶段和详细规划勘察两个阶段。1总体规划阶段总体规划勘察应对规划区内各场地的稳定性和工程建设适宜性作出评价。并为确定城市的性质、发展规模、城市各项用地的合理选择、功能分区和各项建设的总体部署，以及编制各项专业总体规划提供工程地质依据。还应研究和预测规划实施过程及远景发展中对地质环境影响的变化趋势和可能发生的环境地质问题，提出相应的建议和防治对策。收集有关城市历史地理和历史变革资料；了解城市的兴废变迁，河、湖、塘等的历史分布与演变，人工填土的分布、类型及其年代；注意收集50年、100年和1000年一遇的洪水位及其淹没界线，当地的工程建筑经验及冻结深度等。 总体规划阶段工程地质勘察工作，其综合性工程地质测绘在大、中城市主要以l：100001：25000为主，各类城市的市区、新开发区及卫星城镇主要以l：5000l：10000为主。结合航、卫像片的判释，着重于规划区内主要断裂的研究和活动断裂的调查；查明规划区内各场地的地形、地貌特征、地基岩土的空间分布规律及其物理力学性质、动力地质作用的成因类型、空间分布、发生与诱发条件等，以及它们对场地稳定性的影响及其发展趋势，并应查明规划区内存在的特殊性岩土的典型性质。同时，查明规划区内各场地的地下水类型、埋藏、径流及排泄条件、地下水位及其变化幅度、地下水污染情况，并采取有代表性的水试样进行水质分析；在缺乏地下水长期观测资料的规划区应建立地下水长期观测网，进行地下水位和水质的长期观测。 对于地震区的城市，应查明规划区的地震地质背景和地震基本烈度，对地震设防烈度等于或大于7度的规划区，还应判定场地和地基的地震效应；在规划实施过程及远景发展中，应调查研究并预测地质条件变化或人类活动引起的环境工程地质问题；综合分析规划区内各场地工程地质的特性及其与工程建设的相互关系，按场地特性、稳定性、工程建设适宜性进行工程地质分区，并紧密结合任务要求，进行土地利用控制分析，编制城市总体规划勘察报告。 在城市规划勘察过程中，勘探工作是重要手段之一。勘探孔的间距与深度主要决定于勘察阶段、建筑场地工程地质条件的复杂程度和建筑物的类型与特征。 在工程地质测绘的基础上按下列要求进行勘探工作：勘探线的布置一般应与地貌单元边界线或地质构造线及地层界线相垂直。按勘探线布置勘探点，保证每个地貌单元和地层交接部位不少于一个勘探点，遇其变化较大的地段应适当加密。在工程地质简单的III类场地，可按方格网布置勘探点。勘探线和点的间距可按表103确定。大、中城市的市区、重点开发区，勘探线、点的间距可按表103中规定的最小值确定；大、中城市的郊区，勘探线、点的间距可按表中规定的最大值确定。 总体规划勘察的勘探孔可分一般孔和控制孔两类，其深度应根据任务要求和岩土条件确定：一般性勘探点深度为815m，控制性勘探点深度为1530m，控制性勘探孔应占勘探孔总数的1513，且每个地貌单元均应有控制性勘探点。上述各勘探点达到预定深度时，若遇软弱地层或风化基岩面等，孔深可根据具体情况适当增减。 取样与原位测试的勘探点数量，应在平面上均匀分布，其数量不宜少于勘探点总数的12；竖向间距，应按地层特点和土的均匀性确定，一般各土层均需采取试样获取测试数据；同时，应根据地下水埋藏特征，采取有代表性的水试样进行水质全分析，取水试样数量，不宜少于每5 km2取1个。 2详细规划阶段详细规划勘察应根据各项建设特点和拟建建(构)筑物的要求，详细查明各建筑物场地内岩土体的工程地质性质、持力层性状、水文地质条件和不良地质现象等，对规划区内各建筑地段的稳定性作出工程地质评价，为确定规划区内近期房屋建筑、市政工程、公用事业、园林绿化、环境卫生及其它公共设施的总平面布置，以及拟建的重大工程地基基础设计和不良地质现象的防治等提供工程地质依据、建议及其技术经济依据。 详细规划阶段工程地质勘察工作，主要是在总体规划勘察成果的基础上，进一步对小规划区各地段进行比例尺为l：1 0001：2000的综合性工程地质测绘工作，其内容与总体规划勘察阶段基本一致，但各种工作量相应增多，着重查明与小规划区工程建设有关的主要工程地质问题，进一步分析研究规划区的环境工程地质问题，并对各建筑地段的稳定性作出工程地质评价。在综合整理、分析研究各项勘察工作中所取得的资料的基础上。编制近期建设区洋细规划勘察报告。控制性勘探孔，一般占勘探孔总数的1513，且每个地貌单元或拟建的重大建筑物均应有控制性勘探孔。 取样和进行原位测试的勘探孔，应在平面上适当均匀分布。其数量宜占勘探孔总数的1312。取土试样和原位测试的竖向间距，应按地层特点和土的均匀程度确定，各土层均应采取试样或取得原位测试数据。规划区内拟建重大建筑物的地段、取土试样和进行原位测试的勘探孔不得少于3个，且每幢重大建筑物的控制性勘探孔，均应取试样或进行原位测试。 在总体规划勘察阶段所编的工程地质分区图的基础上，根据小规划区的工程地质条件，编制更详细、划分次一级工程地质地段的工程地质分区图及其分区说明表。10.2 工业与民用建筑工程的工程地质勘察 工业建筑主要包括专供生产用的各种厂房和车间，其特征是：跨度大而复杂，一般跨度为912m，大者达30m；边墙高度大，一般可达2030m，高者可达40m；基础荷载大，承重墙、框架梁、柱和地面的静荷载都很大；基础埋置较深，常设地下室，以深基础为主。 民用建筑按其用途可分为住宅建筑和公共事业建筑，其特点是：跨度不大，结构简单；基础的荷载量较小，以静荷载为主，很少考虑动荷载和偏心荷载；基础埋深不大，以浅基础为主。 高层建筑的特点是重心高，荷载大，其结构不但承受竖向荷载，而且还承受很大的水平荷载，基础尺寸大而且埋置深。因此，它要求作为地基的岩土体，其岩性单一而均匀，岩体结构完整而坚硬，构造简单，地下水埋深大，持力层厚度大且延展性好，下卧层中无软弱土层，地基的容许承载力较大。此外，高层建筑不允许地基产生太大的沉降和不均匀沉降，并对倾斜和沉降速率均有严格的要求。 在土基中，确定基础埋置深度的主要因素是：建筑物的类型和用途，结构特征，相邻建(构)筑物的基础埋置深度，建筑物荷载的性质和大小，地基中土体的结构及各土层的工程地质性质，水文地质条件及季节性冻结深度等。同时，它与持力层的选择也有关。10.2.1工业与民用建筑的主要工程地质问题工业及民用建筑的主要工程地质问题是：地基稳定性问题、建筑物的合理配置问题、地下水的侵蚀性问题、地基的施工条件问题等。1地基稳定性问题地基的强度是有一定限度，若超过这一限度，将可能引起地基变形过大，使建筑物出现裂缝，倾斜或地基剪损而发生滑动破坏。所以，地基的稳定性必需同时满足强度和变形两方面的要求。(2)地基的变形 地基在上部荷载的作用下，土体被压缩而产生相应的变形。若地基的变形量过大，则会影响建筑物的正常使用，甚至危及建筑物的安全。因此，在软弱地基上修建建筑物时，地基的变形与地基的强度具有同等重要的意义。地基的变形是由瞬时沉降、固结沉降和蠕变沉降(次固结)所组成。在大多数工程中，蠕变沉降所占的比重很小，只有当土中含有大量有机物的厚层粘土时，其蠕变结果才是不可忽视的。地基的均匀变形在一定范围内对建筑物不会带来太大的危害，而不均匀变形却往往导致建筑物产生裂缝，严重影响使用，甚至造成破坏，尤其是修建在软弱地基上的建筑物，其沉降量不仅很大而且不均匀，沉降稳定时间很长，容易造成工程事故。有时，地基中相距不远的两点，它们的最终沉降量可能相同或相近，但由于两处土体性质不一样，它们间的沉降速度相差悬殊，建筑物在沉降过程中可能产生不均匀沉降。 地基的变形包括建筑物的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等，它们都应小于地基的容许变形值(表107)，此值是根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求来确定的。若基础总沉降量小于或等于地基容许变形值，则认为该地基已符合设计要求；反之，则需改变设计方案，或采用工程措施来改善地基的变形条件。 2建筑物的配置问题 大型的工业建筑往往是一个建筑群，它是由工业主厂房、车间、办公大楼、附属建筑和宿舍所组成。由于它们的用途和工艺要求不同，各建筑物的结构、规模和对地基的要求不一样。因此，它们的合理配置方能保证整个工业建筑的安全稳定、经济合理和正常使用。这是工程地质勘察主要任务之一。在满足各建筑物对气候和工艺要求的条件下，工程地质条件是建筑物配置的主要影响因素之一。只有通过对场地中地基土力学性质的分析，选择较优的持力层，选用合适的基础类型和提出合理的砌置深度，才能为各建筑物的配置提供可靠的依据。 (1)基础砌置深度的选择 一般是在保证建筑物安全可靠的条件下，把基础放在不浅于地表以下05 m深的良好土层上，只要能满足地基稳定和变形的要求，基础的砌置深度不宜过大。否则，不仅给施工带来不便，还会提高工程造价。影响基础砌置深度的因素很多，但归纳起来主要有三方面：一是工程因素，它包括建筑物的用途、结构类型、荷载的大小和性质，以及相邻建筑物的基础埋深；二是地基中土体的工程地质性质和水文地质条件；三是要考虑地基土冻胀和融陷的影响。 (2)持力层的选择标准 主要是从地基岩土中，选择岩土性质均一，结构致密，强度高，层厚大而分布均匀，含水量不大，变形量小的非新近沉积岩土层，其层面埋滦在当地最大冻深之下并位于地下水位以上，为理想的持力层。 最后，按工程地质条件把建筑场地划分为若干区，然后根据建筑物的特点和要求以及各区建筑的适宜性，在全场区进行建筑物的合理配置，完成整个建筑群的总体布置工作。 3地基的施工条件问题 修建工业及民用建筑物基础时，一般都需要进行基坑开挖工作。当基坑在地下水毛细带影响范围以上开挖时，首先遇到是坑壁应采用多大的坡角才能稳定，是否需要支撑；坑底以下有无承压水存在，是否会造成基坑底板隆起或被冲溃。若基坑开挖到地下水位以下时，是否会产生边坡变形，或出现流砂、流土等现象。尤其是基坑底面位于地下水位以下较深时，需预测基坑涌水量的大小，以便基坑开挖时，采用人工降低地下水位，选择排水方法和排水设备。必要时，需进行抽水试验，测定地基土体的渗透系数等。影响地基施工条件的主要因素是地基中岩土体的结构特征、岩土性质、水文地质条件、基坑开挖深度、开挖方法、施工速度以及坑边卸荷情况等。 4地下水的侵蚀性问题 混凝土是工业及民用建筑常用的建筑材料，当混凝土基础埋置在地下水位以下时，必须考虑地下水对混凝土的侵蚀性问题。地下水一般不具侵蚀性，只有当地下水中某些化学成分(如HCO3-、SO42-、Cl-、C02及弱盐基硫酸阴离子等)含量过高时，才对混凝土具有分解性侵蚀，结晶性侵蚀或分解、结晶复合性侵蚀。所以，必须通过环境地质调查，水质分析，提出防治措施。 10.2.2工业与民用建筑工程地质勘察要点 工业及民用建筑工程地质勘察阶段的划分，一般分为可行性研究勘察阶段，初步勘察阶段和详细勘察阶段。对工程地质条件复杂的或有特殊施工要求的重大建筑地基，当基槽开挖后，地质情况与原勘察资料严重不符而可能影响工程质量时，还应配合设计和施工进行补充性的地质工作或施工地质勘察。对工程规模不大且无特殊要求，建筑场地的工程地质条件简单的地区，可适当简化上述勘察阶段。 1可行性研究勘察阶段 本阶段应对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价。通过踏勘访问，搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验。初步查明场地的地层、构造、岩土性质、不良地质现象及水文地质等工程地质条件及其危害程度。若上述工作不能满足要求时，应根据具体情况进行工程地质测绘及必要的勘探与测试工作，着重研究场地存在的主要工程地质问题，其比例尺一般采用1：25000l：10000。 确定建筑场地时，宜避开下列地区(段)：不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁；地基土性质严重不良；对建筑物抗震危险；洪水或地下水对建筑场地有严重不良影响；地下有未开采的有价值矿藏或未稳定的地下采空区。 2初步勘察阶段 为确定建筑物的平面配置，主要建筑物的基础类型以及对不利地质条件的防治措施等提供可靠的工程地质资料，对场地内建筑地段的稳定性作出评价。因此，本阶段的勘察要点是：进行比例尺为1：100001：5000的工程地质测绘，研究地形地貌特征，划分地貌单元及分析其形成过程、相互关系，及其与地层、构造及不良地质现象的联系；查明不良地质现象的成因，分布范围，危害程度及发展趋势；初步查明地基中土体的成因类型，土层的工程地质性质，特别注意淤泥、人工填土等软弱土层的埋藏条件及分布范围；了解水文地质条件，分析它们对建筑物的影响。对抗震设防烈度大于7度的场地，应判定场地和地基的地震效应。根据场地工程地质条件的复杂程度，结合建筑物的种类，确定岩土工程勘察等级(表108)，布置勘探间距与孔深(表109)。 控制性勘探孔宜占勘探孔总数的15l3，且每个地貌单元或每幢重要建筑物均应有控制性勘探孔；勘探线应满足垂直地貌单元边界线、地质构造线及地层界线的要求；根据场地岩土体结构的变化情况，勘探孔的数量和孔深可适当增减；为了解岩土体工程地质性质在水平和垂直方向的变化规律，适当选择一些坑孔取原状土样进行室内试验和一定数量的原位测试工作，其数量一般为勘探孔总数的14l2。 地基中粘性土层均需选取原状土样，每一主要土层不少于6个样，其余分别取24个样，无粘性土选取35个扰动样，每一含水层应取水样2个以上，分析地下水对混凝土的侵蚀性。 3详细勘察阶段 详细勘察应按不同建筑物(群)提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数；对建筑地基应作出岩土工程分析评价，并应对基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案作出论证和建议。 本阶段的勘察要点是：查明不良地质现象的成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度，并提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案建议；查明各层岩土的类别、结构、厚度、工程特性等，计算和评价地基的稳定性和承载力，对需要进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的沉降与倾斜；对抗震设防烈度大于或等于6度的场地，应划分场地土类型，大于或等于7度的场地，还应分析预测地震效应，判定饱和砂(粉)土的地震液化；查明地下水的埋藏条件，对建筑材料的侵蚀性等；预测地基建筑物在施工和使用过程中可能发生的工程地质问题，并提出防治建议。 详细勘察阶段勘探孔间距可根据岩土工程地质勘察等级确定。通常一级采取1535m间距，二级工程采取2545m间距，三级采取4065m间距。勘探孔深度自基础底面算起，对按承载力计算的地基，勘探孔深度应能控制地基主要受力层。当基础底面宽度b小于5m，且压缩层内无软弱下卧层时，勘探孔深度一般对条形基础为3b35b，对单独柱基为1.5b，但不应小于5m；若基础底面宽度大于5m，勘探点深度按压缩层的计算深度确定，一般应略大于地基压缩层深度；对需要进行变形验算的地基，控制性勘探孔的深度应穿过地基沉降计算深度，并考虑相邻基础的影响，其深度可按表1010确定；若有大面积地面堆载或存在软弱下卧层，应适当加深勘探孔的深度。 根据地基土的均匀性和设计要求确定取原状土样和进行原位测试的勘探点数量，一般约占勘探点总数的1223，对安全等级为一级的建筑物每幢不少于3个样。其竖向间距，在地基主要受力层内宜为12m；对每个场地或每幢安全等级为一级的建筑物，每一主要土层的原状土试样不应少于6件；软弱土层应适当多取，对不厚的夹层，视其对建筑物基础的影响程度而定。当土质不均或结构松散难以采取土试样时，可采用原位测试。 10.2.3高层及超高层建筑的主要工程地质问题 由于高层建筑的基础荷重大且分布不均，一般都采用深基础，致使地基变形的影响深度加大，给工程地质工作提出更高的要求和一系列新的工程地质问题。首先是建筑场地的稳定性问题，其次是基础类型选择的工程地质论证。 1建筑场地的稳定性问题 高层及超高层建筑物地基变形的影响深度较大，其范围不仅是部分或全部包括地表下的松软土体，而且有时还影响到土体下基岩风化带中。地基土体的稳定性除了密实而厚度大的持力层起主导作用外，下卧层的影响也不可忽视。下卧层的稳定性主要决定于岩性及其成因类型、土体的结构特征、各土层的压缩性和抗震性能、水文地质条件、场地距主断裂和活动断裂的最小距离、地震基本烈度等。因此，建筑场地的选择必须在完成城市地震基本烈度区划的基础上，通过勘探进一步验证和查明建筑场地及其附近的地质结构和抗震地质条件，经综合分析研究，才能选择较为理想的建筑场地。在地震烈度较高的地区，高层建筑要选择修建在相对稳定的地段，建筑场地的稳定性才能得到可靠的保证。2基础类型选择的工程地质论证箱基、桩基及其复合基础是当前高层建筑基础的主要型式。(1)箱形基础箱形基础主要特点是基底面积大，埋置深，抗弯刚度大，整体性较好。当地基中土体软弱而不均匀时，选用箱基不仅可使建筑物的不均匀沉降大大减少，而且又可利用基础中空部分作为地下室。通常，高层建筑往往设有13层地下室，有些超高层建筑，地下部分达6层。地下室多用以布置一些人防设施，存放车辆以及储存货物等。同时，它还可利用挖去的土重来抵消一部分外加荷重，以降低基底的净压力，其沉降量也相应减少。 为了减少采用箱形基础的高层建筑物可能产生的整体倾斜、倾覆或滑动，箱形基础的埋深不宜小于建筑物高度的110。在地震烈度较高地区还要适当加深，使建筑物的重心适当降低，提高建筑物的稳定性。其控制性勘探孔深度应大于压缩层的下限，一般性勘探孔应能控制主要受力层，也可按下式计算： 当采用桩基或墩基时，其勘探点的布置应控制持力层层面坡度、厚度及岩土性状，其间距宜为1030m，相邻勘探点的持力层层面高差不应超过12m，当层面高差或岩土性质变化较大时，应适当加密，且对岩土地质条件复杂地段，每个大口径的桩或墩应布置1个勘探点。当需要计算沉降时，应取勘探孔总数的1312作为控制性孔，其深度应达到压缩层计算深度或桩尖下取基础底面宽度的1015倍，一般性勘探孔深度应进入持力层35m，大口径桩或墩，其勘探孔深度应达到桩尖下桩径的3倍。 (2)桩基 包括灌注桩、预制桩、钢管和墩基等，这类基础不仅承载力高，沉降速度缓慢，沉降量小而均匀，又能抵抗上拔力、机器震动或机械动力，而且不存在基坑边坡稳定性和施工排水等问题。它适用于上覆较厚软弱土层的地基，或地基上部为季节变化的冻胀性或膨胀性等土层，而其下在适宜的深度处有承载力较大的持力层。因此，可根据地基的工程地质特性和施工条件，选择合适的桩基类型。有时虽然地基土体强度较高，但考虑到高层建筑的重要性，荷载较大，对地基不允许有过大的沉降或对不均匀沉降非常敏感等因素，或由于施工技术条件，经济合理性以及其它原因也常选用桩基。 当单独采用上述任一种基础都满足不了高层建筑对地基强度和变形的要求，或不够经济或施工有困难时，则可采用箱基下加桩的复合基础类型，这不仅具有箱形基础可作为地下室等优点，而且也兼容桩基承载力高、变形小的特性，但施工复杂，造价较高，可根据建筑物的要求和建筑场地的工程地质条件，酌情选用。 不论采用何种基础方案，都需要预估施工过程中和建筑物建成后的使用期间，可能引起地基土性质的变化。同时，也要分析施工对邻近建筑物和周围环境的影响。必须结合上部结构和建筑物的特点，分析地基变形所产生的后果，并提出预防措施。高层建筑抗震设防要求高，均要通过对其地基液化、震陷、震动强度、地震影响系数等进行详细分析，并作出可靠的结论。 10.2.4高层及超高层建筑的工程地质勘察要点 高层建筑物工程地质勘察是在城市详细规划的基础上进行的。其勘察阶段的划分可分为初步勘察和详细勘察两阶段。 1.初步勘察阶段 初步查明与地基稳定性有关的地震地质条件及其危害；了解地基中的地层岩性、成因类型和水文地质条件；收集区内建筑经验和水文气象资料等。对建筑场地的建筑适宜性和地基稳定性作出明确结论，为确定建筑物的规模、平面造型、地下室层数以及基础类型等提供可靠的地质资料。 首先收集城市规划中已有的气候、水文、工程地质和水文地质等资料。通过踏勘，着重研究地质环境中的地震地质条件以及地基中是否存在软弱土层和其它不稳定因素。查明建筑场地深部有无影响工程建筑稳定性的不良地质因素。在地震烈度较高地区，须查明地基中可能液化砂土层的埋深和分布情况，并提供有关抗震设计所需的参数。勘探工作，孔距不小于30m，每一建筑场地的孔数为35个，保证每一单独高层建筑不少于1孔并应联成纵贯场地而平行地质地形变化最大方向的勘探线，以便作出说明地质变化规律的工程地质剖面图。对关键性的软弱土层作少量试验工作，初步确定其工程地质性质。2详细勘察阶段进一步查明建筑场地的工程地质条件，详细论证有关工程地质问题，并为基础设计和施工措施提供准确的定量指标和计算参数。详细勘察阶段需进行大量的钻探和室内试验，配合大型现场原位测试。其目的是查明地基中建筑物影响范围内土体的成因类型及其分布情况；各土层的成分、结构；提交各土层的物理力学指标，对地基的强度和变形作出工程地质评价。查明地下水位及其季节性变动情况，各含水层的分布及其透水性大小、水质的侵蚀性等，为设计施工提供有关的参数。 勘探工作以钻探为主，适当布置一些坑槽和浅井。勘探坑孔按网格布置以便能制图，反映地基土层的分布、厚度变化、状态和地下水的埋藏条件等。获得建筑场地工程地质条件的可靠资料，并作出确切的结论。每幢高层建筑的孔数不少于4孔，按建筑物的轮廓布置，其中有3个以上是控制性勘探孔。箱基勘探孔的间距，一般根据地层的变化和建筑物的具体要求而定，通常为2035m，各孔的深度是从箱基底面算起，按式(101)算取；若遇基岩、硬土或软土时，孔深可适当减小或增大。桩基勘探孔的间距，一般根据桩尖持力层顶板起伏情况而定。当其起伏不大时，孔距为1224m。否则，应适当加密，甚至按每桩一孔布置。控制孔的深度，自预定桩尖深度算起再往下与群桩相当的实体基础宽度的052倍。一般勘探孔的深度与持力层岩性有关，持力层为砂土或卵石层；钻孔宜钻入该层顶板以下2m；持力层为粘性土，钻孔宜钻人该层顶板以下3m；若持力层为基岩时，应打穿强风化层，宜钻人微风化带不小于5倍桩径；此外，由于高层建筑基础具有深基的特点，标贯深度应不受21m的限制。 高层建筑不仅对整体倾斜要有严格限制，而且对抗震和抗风等有较高要求，因此，在室内试验工作中，除了进行一定数量的物理力学试验外，箱基工程还要作前期固结压力试验，反复加卸荷载作固结试验，为估算基底土层隆胀提供参数；同时还要在加载和卸载条件下测定弹性模量以及无侧限抗压强度，三轴剪切试验等。对重要基础，还要作三轴剪力试验。在高地震烈度地区，还要作动三轴试验，求得动剪切模量，动阻尼等，为抗震设计提供动力参数。 高层建筑地基勘察的取原状土样工作，对箱基和桩基的持力层以及摩擦桩所穿过各土层，每层取原状土样不少于8个，原位试验不少于3个；对端承桩及爆扩桩的持力层以上各上覆层和箱基底面以上各土层以及下卧层等各土层的测试数量可适当减少，每层取原状土样12个，以满足实验室研究之用。 根据地基土的工程地质性质，结合建筑物结构的特点和基础类型，在建筑物的关键部位，进行现场原位试验，如静力触探、标准贯入试验、波速试验、十字板剪切试验、载荷试验、回弹测试和基底接触反力的测试等，以校核室内试验的成果，提供可靠的计算参数。箱基还要作渗透试验，求得地基中地下水位以下至设计基础底面附近各土层的渗透系数，为基坑水设设计和计算沉降稳定时间提供计算参数。桩基需作压桩试验，以求单桩及群柱的承载力和沉降，通过拔桩试验求得桩的抗拔力以及验证单桩的摩擦力，有时也要作推桩试验，求得桩的侧向抗推力及其水平位移。必要时，还要作单桩及群桩刚度试验，从而求得桩基的刚度系数及阻尼比。有时在箱基开挖前，在少量足够深度的孔底中设置基点，为基坑施工时对坑底的隆胀进行观测。 对重大的或有科研价值的高层建筑物，还须进行基础的沉降观测、建筑物整体倾斜观测、建筑物水平位移观测以及建筑物裂缝观测等长期观测工作。10.3 道路与桥梁工程的工程地质勘察10.3.1概述 道路是陆地交通运输的干线，由公路和铁路共同组成运输网络。桥梁是道路跨越河流、山谷或不良地质现象发育地段等而修建的构筑物，它是道路选线时考虑的重要因素之一。作为既是线型建筑物，又是表层建筑物的道路与桥梁，往往要穿过许多地质条件复杂的地区和不同的地貌单元，使道路的结构复杂化。在山区线路中，塌方、滑坡、泥石流等不良地质现象对它们构成威胁，而地形条件又是制约线路的纵向坡度和曲率半径的重要因素(见表1011和表1012)。 道路的结构由三类建筑物所组成：第一类为路基工程，它是线路的主体建筑物(包括路堤和路堑)；第二类为桥隧工程(如桥梁、隧道、涵洞等)，它们是为了使线路跨越河流、深谷、不良地质现象和水文地质地段，穿越高山峻岭或使线路从河、湖、海底下通过；第三类是防护建筑物(如明洞、挡土墙、护坡、排水盲沟等)。在不同的线路中，各类建筑物的比例也不同，主要取决于线路所经地区工程地质条件的复杂程度。因此，道路工程地质勘察，通常包括以下几个方面的内容： (1)路线工程地质勘察查明各条路线方案的主要工程地质条件，选择地质条件相对良好的路线方案；在地形、地质条件复杂的地段，确定路线的合理布设，重点调查对路线方案与路线布设起控制作用的地质问题，并得出正确结论。(2)特殊地质条件与不良地质现象地段的工程地质勘察盐渍土、多年冻土、岩溶、沼泽、风沙、积雪、滑坡、崩塌、泥石流等，往往影响路线方案的选择、路线的布设与构筑物的设计。在勘察各阶段均应作为重点，进行逐步深入的勘察，查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势和危害程度，提出处理措施。(3)路基路面工程地质勘察又称沿线土质地质调查。根据选定的路线方案和确定的路线位置，对中线两侧一定范围的地带，进行详细的工程地质勘察。为路基路面的设计和施工提供地质及水文地质资料。(4)桥梁工程地质勘察大桥桥位影响路线方案的选择，大、中桥桥位多是路线布设的控制点，常有比较方案。因此，桥梁工程地质勘察一般包括两项内容：一是对各比较方案进行调查，配合路线、桥梁专业人员，选择地质条件比较好的桥位；二是对选定的桥位进行详细的工程地质勘察，为桥梁及其附属工程的设计和施工提供所需要的地质资料。 (5)隧道工程地质勘察 隧道多是路线布设的控制点且影响路线方案的选择。通常包括两项内容：一是隧道方案与位置的选择，包括隧道与展线或明挖的比较，二是隧道洞口与洞身的勘察。 (6)筑路材料勘察 修建公路需要大量的筑路材料，其中绝大部分都是就地取材。如石料、砂、粘土、水等。这些材料质量的好坏和运输距离的远近，直接影响工程的质量和造价，有时还会影响路线的布局。筑路材料勘察的任务是充分发掘、改造和利用沿线的一切就近材本节主要讨论路线、路基、桥梁中的一些主要工程地质问题。10.3.2道路选线的工程地质论证道路是线性建筑物，在数百甚至数千公里的线路上常遇到各式各样的工程地质问题。如道路沿线山高谷深，地质复杂，不良地质现象发育，或道路要穿过大溶洞和暗河等，这些均说明了在选线中重视工程地质条件的必要性，只有根据地质环境的具体条件才能选出技术可能而又经济合理的线路。在选线中，工程地质工作的主要任务是查明各比较线路方案沿线的工程地质条件。在满足设计规范要求的前提下，经过技术经济比较，选出最优方案。线路一经选定，对今后的运营则带来长期而深远的影响，一旦发现问题而改线，即使局部改线，都会造成很大的浪费。因此，选线的任务是繁重的，技术上是复杂的，必须全面而慎重地考虑。线路的基本类型及其特点如下：(1)河谷线其优点是坡度缓，线路顺直，工程简易，挖方少，施工方便。但在平原河谷选线常遇有低地沼泽、洪水危害；而丘陵河谷的坡度大，阶地常不连续，河流冲刷路基、泥石流淹埋线路，遇支流时需修较大桥梁。山区河谷，弯曲陡峭，阶地不发育，开挖方量大，不良地质现象发育，桥隧工程量大。(2)山脊线其优点是地形平坦，挖方量少，无洪水，桥隧工程量少。但山脊宽度小，不便于工程布置和施工。有时地形不平，地质条件复杂。若山脊全为土体组成，则需外运道渣，更严重的是取水困难。(3)山坡线其最大优点是可以选任意线路坡度，路基多采用半填半挖。但线路曲折，土石方量大，不良地质现象发育，桥隧工程多。(4)越岭线其最大优点是能通过巨大山脉，降低线路坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线复杂，不良地质现象发育，要选择适宜的垭口通过。(5)跨谷线需造桥跨过河谷或山谷，其优点是缩短线路和降低坡度，但工程量大，费用高，需选择河面窄，河道顺直，两岸岩体稳定的地方通过。 工程地质选线实例(图101)。其线路A、B两点间共有三个基本选线方案；“1”方案需修两座桥梁和一座长隧洞，线路虽短，但隧洞施工困难，不经济；“2”方案需修一座短隧洞，但西段为不良物理地质现象发育地区，整治困难，维修费用大，也不经济；“3”方案为跨河走对岸线，需修两座桥梁，比修一座隧洞容易，但也不经济。综合上述三个方案的优点，从工程地质观点提出较优的第“4”方案：把河湾过于弯曲地段取直，改移河道，取消西段两座桥梁而改用路堤通过，使线路既平直，又避开物理地质现象发育地段，而东段则联接“2”方案的沿河路线。此方案的路线虽稍长，但工程条件较好，维修费用少，施工方便，长远来看还是经济的，故为最优方案。10.3.3路基的主要工程地质问题路基包括路堤、路堑等。在平原地区修建路基比较简单，工程地质问题较少。但在丘陵区，尤其是在地形起伏较大的山区修建道路时，路基工程量较大，往往需要通过高填或深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，路基的主要工程地质问题是路基边坡稳定性问题、路基基底稳定性问题、道路冻害问题以及天然建筑材料问题等。1路基边坡稳定性问题路基边坡包括天然边坡，半填半挖的路基边坡以及深路堑的人工边坡等。边坡都具有一定坡度和高度，边坡岩土体均处于一定的应力状态，在重力作用、河流的冲刷或工程的影响下，边坡发生不同形式的变形与破坏。其破坏形式主要表现为滑坡和崩塌。 路堑边坡不仅可能产生滑坡，且在一定条件下，还能引起古滑坡复活。由于古滑坡发生时间较长，在各种外营力的长期作用下，其外表形迹早已被改造成平缓的山坡地形，若不注意观察，很难发现。当施工开挖使其滑动面临空时，易引起处于休止阶段的古滑坡重新活动，造成滑坡灾害。人工边坡一经开挖，有的立即发生变形，威胁施工的安全。也有的需要相当长时间才发生变形，使道路的正常运营受到影响。滑坡对路基的危害程度，主要决定于滑坡的性质、规模；滑体中含水情况以及滑动面的倾斜程度。只有掌握滑坡变形发生和发展的规律，才能得出正确的结论，提出有效的防治措施，减少或避免滑坡对道路工程的危害。2路基基底稳定性问题路基基底稳定性多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为滑移、挤出和塌陷。一般路堤和高填路堤对路基基底的要求是要有足够的承载力，它不仅承受车辆在运营中产生的动荷载，而且还承受很大的填土压力。基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度、软弱夹层或软弱结构面的性质与产状等。此外，水文地质条件也是促进基底不稳定的因素；它往往使基底发生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，或在其下方开挖取土或在其上方填土加重，都会引起路基路堤整个滑移。当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形。也有因基底下岩溶洞穴的塌陷而引起路堤严重变形。路基基底若为软粘土、淤泥、泥炭、粉砂、风化泥岩或软弱夹层所组成，应结合岩土体的地质特征和水文地质进行稳定性分析，若不稳定时，可选用下列措施进行处理：放缓路堤边坡，扩大基底面积，使基底压力小于岩土体的容许承载力；在通过淤泥软土地区时路堤两侧修筑反压护道；把基底软弱土层部分换填或在其上加垫层；采用砂井(桩)排除软土中的水分，提高其强度；架桥通过或改线绕避等。3道路冻害问题道路冻害包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用使路基翻浆。结果都会使路基产生变形破坏，甚至形成显著的不均匀冻胀和路基土强度发生极大改变，危害道路的安全和正常使用。道路冻害具有季节性。冬季，在低气温长期作用下，路基土中水的冻结和水的迁移作用，使土体中水分重新分布，并平行于冻结界面而形成数层冻层，局部地段尚有冰透镜体或冰块，因而使土体体积增大(约9)而产生路基隆起现象。春季，地表冰层融化较早，而下层尚未解冻，融化层的水分难以下渗，致使上层土的含水量增大而软化，强度显著降低。在外荷载作用下，路基出现翻浆现象。翻浆是道路严重冻害的一种特殊现象，它不仅与冻胀有密切关系，而且与运输量的发展有关。在冻胀量相同的条件下，交通频繁的地区，其翻浆现象更为严重。翻浆对铁路影响较小，但对公路的危害比较明显。 防止道路冻害的措施有：铺设毛细割断层，以断绝补给水源；把粉粘粒含量较高的冻胀性土换为粒粗、分散的砂砾石抗冻胀性土；采用纵横盲沟和竖井，排除地表水，降低地下水位，减少路基土的含水量；提高路基标高；修筑隔热层，防止冻结向路基深处发展等。 4建筑材料问题路基工程需要天然建筑材料的种类较多，包括道渣、土料、片石、砂和碎石等。它不仅在数量上需求量较大，而且要求各种建筑材料产地沿线两侧零散分布。在山区修筑高路堤时却常缺乏土料；在平原和软岩山区，常常找不到强度符合要求的护坡片石和道渣等。因此，寻找符合要求的天然建筑材料有时成为道路选线的关键性问题，常常被迫采用高桥代替高路堤的设计方案，提高了道路的造价。10.3.4道路工程地质勘察要点道路工程地质勘察阶段与其工程设计阶段是相配合的，相应地可分为可行性研究勘察阶段、初步设：计勘察阶段、详细勘察阶段。1可行性研究勘察阶段 本阶段勘察要点主要是研究建设项目所在地的地理、地形、地貌、地质、地震、水文气象等自然特征。应在充分收集已有地质资料的基础上，以调查为主，并进行必要的工程地质勘察工作，勘察的深度应根据公路等级、工程地质条件的复杂程度，按不同的要求进行。配合规划设计，解决大的线路方案的选择问题，重点研究跨越大分水岭处，长隧道，跨越大河和大规模不良地质现象等关键性地段的工程地质条件，并提供有关地震、天然建筑材料和供水水源等地质资料。最终以工程地质观点选出几个较好的线路比较方案，为选线提供地质资料。 2初步设计勘察阶段 可分为路线初勘与路基初勘。 (1)路线初勘 应重点查明与选择路线方案和确定路线走向有关的工程地质条件，包括沿线的地形、地貌和地质构造，不良地质现象、特殊性岩土的类型、性质及分布，路基填筑材料的来源，并预测可能产生工程地质灾害的地段及对工程方案的影响。当区域稳定条件差，有不良地质现象和特殊性岩土存在，山体或基底有可能失稳时，应评价地质条件对工程稳定、施工条件和安全及营运养护的长期影响，合理选定路线方案。 (2)路基初勘 对于一般路基，应查明与地基稳定和边坡稳定及设计有关的地质条件，包括岩石性质、产状、风化破碎程度与厚度，土的类别、密实程度、含水状态，地下水与地表水的活动状况等；对于高路堤，重点调查地层层位、层厚、土质类别，查明地下水埋深、分布，确定土的承载能力、抗剪指标和压缩指标。判定在路堤附加荷载作用下，地基沉降和滑移的稳定性；对于填筑在等于或陡于1：2的斜坡上及存在可能沿斜坡滑动的陡坡路堤，应查明其沿斜坡或下卧基岩面滑动的可能性，调查斜坡上覆盖土层的层位、层厚、土类，斜坡下卧基岩岩石的倾斜度、岩性、产状、风化程度，斜坡地表水和地下水的情况，确定土层和岩土界面的抗滑、抗剪指标。 3详细勘察阶段查明工程地质问题发生的原因、发展趋势，以及对工程建筑的危害程度，提出处理意见；搜集因施工困难或其它特殊原因而改变设计方案或增加建筑物所需要的工程地质资料，并根据施工实际开挖情况，修改补充原有设计图件的工程地质内容；对存在疑难问题的工点做好工程地质预测，或布置长期观测等。 查明沿线的地质构造、岩土类别、土的物理性质、基岩风化情况、地下水埋深、变化规律和地表水活动情况，确定路基基底的稳定性，边坡结构形式及坡度；对已确定存在沉降和滑移问题的高填路堤的初拟处理方案，应查明其有关地层层位、层厚、岩土类别、分布范围和水文地质条件，对有关地层进行测试，掌握设计所需的各种物理力学指标数据，特别是固结和抗剪指标；对已确定存在不稳定问题的斜坡路堤的各种初拟处理方案，应查明有关的地层岩性、地质构造、水文地质条件，对有关地层可能滑动的岩土界面进行测试并掌握其各种物理力学指标，重点是抗剪、抗滑指标，以满足设计的需要。10.3.5桥梁的工程地质问题当道路跨越河流、山谷或与其他交通线路交叉时，为了道路的畅通和安全，往往需修桥梁，它是道路建筑工程中的重要组成部分。桥梁的主要工程地质问题集中于桥墩台，包括桥墩台地基稳定性，桥台的偏心受压及桥墩台地基的冲刷问题等。1桥墩台地基稳定性问题桥墩台地基稳定性主要取决于墩台地基中岩土体的允许承载力。它是桥梁设计的重要力学参数之一，对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构型式起决定性作用，并且影响造价。 虽然桥墩台的基底面积不大，但经常遇到地基强度不一、软弱或软硬不均等现象，严重影响桥基的稳定性。在溪谷沟底、河流阶地、古河湾及古老洪积扇等处修建桥墩台时，往往遇到强度很低的饱水淤泥和淤泥质软土层，有时也遇到较大的断层破碎带，近期活动的断裂，或基岩面高低不平，风化深槽，软弱夹层，或深埋的古滑坡等地段。这些均能使桥墩台基础产生过大沉降或不均匀下沉，甚至造成整体滑动。桥墩台地基为土基时，其容许承载力的计算方法和基本原理与大型工业民用建筑物地基相同。但是，超静定结构的大跨度桥梁，由于对不均匀沉降特别敏感，故取用其地基容许承载力对应予慎重考虑。而岩质地基容许承载力主要取决于岩体的力学性质、结构特征以及水文地质条件。一般按工程技术规范规定：根据岩石强度、节理间距、节理发育程度来确定地基容许承载力。但对断层，软弱夹层及易溶岩等，则应通过室内试验及现场原位测试等确定。对风化残积层按碎石类土确定地基的容许承载力。 2桥台的偏心受压问题 桥台除了承受垂直压力外，还承受岸坡的侧向主动土压力。在有滑坡的情况下，还受到滑坡的水平推力作用，使桥台基底总是处在偏心荷载状态下。桥台的偏心荷载，由于车辆在桥梁上行驶突然中断而产生，这种作用对桥台的稳定性影响很大。 3桥墩台地基的冲刷问题 桥墩和桥台的修建，使原来的河槽过水断面减小，局部增大了河水流速，改变了流态，对桥基产生强烈冲刷。有时可把河床中的松散沉积物局部或全部冲走，使桥墩台基础直接受到流水冲刷，威胁桥墩台的安全。因此，桥墩台基础的埋深，除决定于持力层的部位外，还应满足：在无冲刷处，除坚硬岩石地基外，应埋置在地面以下不小于1m；在有冲刷处，应埋置在墩台附近最大冲刷线以下不小于表1013规定的数值；基础建于抗冲刷较差的岩石上(如页岩、泥岩、千枚岩等)，应适当加深。 10.3.6桥梁的工程地质勘察要点 1可行性研究勘察阶段 着重于对控制路线方案的大桥桥址进行勘察，查明其地形、地物、地层、岩性、构造、岸坡的稳定性，河段与河床稳定程度等情况，提出桥址选择的意见。 2初步勘察阶段 本阶段着重于桥位选择的勘察，应对各桥位方案进行工程地质勘察，并对建桥适宜性和稳定性有关的工程地质条件作出结论性评价。桥位应尽量选在两岸有山嘴或高地等河岸稳固的河段，平原区河流的顺直河段，两岸便于接线的较开阔的河段，且应选在基岩和坚硬土层外露或埋藏较浅、地质条件简单的稳定地基处；桥位避免选在其上、下游有山嘴、石梁、沙洲等干扰水流畅通的地段，避免选在地面、地下已有重要设施而需要拆迁的地段；桥位不宜选在活动断层、滑坡、泥石流、岩溶以及其它不良地质发育的地段。此外，桥位选择还应考虑施工场地布置和材料运输等方面的要求。 钻探一般沿桥轴线或在其两侧布置，原则上应布置在与工程地质有关的地点，并考虑到地貌和构造单元。其钻孔数量与深度参照表1014确定。 3详细勘察阶段 本阶段桥梁工程的勘察重点是查明桥位区地层岩性、地质构造、不良地质现象的分布及工程地质特性；探明桥梁墩台地基的覆盖层及基岩风化层的厚度、岩体的风化与构造破碎程度、软弱夹层情况和地下水状态；测试岩土的物理力学性质，提供地基的基本承载力、桩壁摩阻力、钻孔桩极限摩阻力；对边坡及地基的稳定性、不良地质的危害程度和地下水对地基的影响程度作出评价；同时，结合设计要求，对沿线筑路材料料场进行复查，为评价山体稳定性和基础稳定性提供详实的资料。 钻孔一般应在基础轮廓线的周边或中心布置，当有不良地质或特殊土与基础密切相关，而又延伸至基础外围，需探明方可决定基础类型及尺寸时，可在轮廓线外围布孔。钻孔数量视工程地质条件和基础类型确定，孔深应根据不同地基和基础的深浅确定。 室内试验和原位测试工作可参照有关规范进行，需要降水时，河床表层需做渗透和涌砂试验。10.4 地下工程的工程地质勘察 地下工程是指建筑在地面以下及山体内部的各类建(构)筑物，如地下交通运输用的铁道和公路隧道、地下铁道等；地下工业用房的地下工厂、电站和变电所及地下矿井巷道、地下输水隧洞等；地下储存库房用的地下车库、油库、水库和物资仓库等；地下生活用房的地下商店、影院、医院、住宅等。此外，军事工程用的地下指挥所、掩蔽部和各类军事装备库等。将这些地下建(构)筑物称为地下洞室。 地下工程的特点是它们埋藏在地下岩土体内，它的安全、经济和正常使用都与其所处的工程地质环境密切相关。由于地下开挖破坏了岩土体的初始应力平衡条件，洞室周围的岩体内产生应力重新分布。除少数地质条件特别好的岩体外，一般围岩将受这重新分布应力的影响而产生各种形式的变形、破坏。如洞顶坍塌、底鼓、边墙片帮、开裂等。特别严重者还将影响到地表及其建筑物的稳定。由此可见，为确保地下工程安全和正常使用，必须研究由上述一系列因素所导致的工程地质问题。10.4.1地下工程的主要工程地质问题由于地下工程深埋于地下，在各阶段尤其设计施工阶段遇到的工程地质问题很多。地下工程围岩有岩体和土体之分，最常遇到的工程地质问题主要包括：山岩压力及洞室围岩的变形与破坏问题；地下水及洞室涌水问题；洞室进出口的稳定问题。前两类问题属于洞身中出现的问题。实践经验表明，上述问题的出现多与岩体稳定有关。因此，解决这些问题的关键首先在于解决岩体稳定问题。1.岩体地下工程的主要工程地质问题(1)山岩压力及洞室围岩的变形与破坏问题岩体在自重和构造应力作用下，处于一定的应力状态。在没有开挖地下工程前岩体原应力状态是稳定的，不随时间而变化。洞室开挖后，地下形成了自由空间，打破了初始应力平衡状态，原来处于挤压状态的围岩，由于解除束缚而向洞室空间松胀变形，这种变形若超过了围岩本身所能承受的能力，便发生破坏，从母岩中分离、脱落，形成坍塌、滑移、底鼓和岩爆等。山岩压力通常指围岩发生变形或破坏而作用在洞室衬砌上的力。山岩压力和洞室围岩变形破坏是围岩应力重分布和应力集中引起的。因此，研究山岩压力，应首先研究洞室周围应力重分布和应力集中的特点，以及研究测定围岩的初始应力大小及方向；并通过分析洞室结构的受力状态，合理地选型和设计洞室支护，选取合理的开挖方法。影响山岩压力和围岩稳定的因素主要是岩体结构与岩石强度，强度低的软弱岩石比强度高的坚硬岩石的山岩压力大。对坚硬岩石来说，起主要作用的是软弱结构面的存在及其组合关系。 (2)地下水及洞室涌水问题 当洞室或隧道穿过含水层时，将会有地下水涌进洞室，给施工带来困难。地下水也是造成塌方和围岩失稳的重要原因。地下水对不同围岩的影响程度不同，其主要表现为：以静水压力的形式作用于隧道衬砌；使岩质软化，强度降低；促使围岩中的软弱夹层泥化，减少层间阻力，易于造成岩体滑动；石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的粘土岩类，在地下水的作用下发生剧烈的溶解和膨胀而产生附加的山岩压力；如地下水的化学成分中含有害化合物(硫酸、二氧化碳、硫化氢、亚硫酸)时，对衬砌将产生侵蚀作用；最为不利的影响是发生突然的大量涌水，常造成停工和人身伤亡事故。在洞室工程地质勘测中，应将是否会出现涌水问题列为重点工程地质问题进行研究，对可能出现涌水的地点提出准确的预测。 (3)有害气体与岩爆 在洞室掘进中，常会遇到各种对人体有害的易于燃烧、爆炸的地下气体，特别是当洞室通过煤系、含油、含炭或沥青的地层时，遇到地下气体的机会更多。这些有害气体是：沼气、二氧化碳及硫化氢等，在地下工程的工程地质勘察过程中，应细心测定洞室通过岩层的各种有害气体，提出通风措施及其它安全防护措施的建议，以确保工程的顺利进行。 在坚硬岩体深部开挖时，岩石突然飞出和剧烈破坏的现象，称之为岩爆。目前，对岩爆现象的解释不一。多数人认为岩爆是一种应力释放现象，它只存在于某些个别岩层中，并非普遍现象。其发生的条件大体是：岩层经受过较强的地应力作用；岩石具有较高的弹性强度；埋藏位置具有较严紧的围限条件。应力产生集中，变形受到限制，造成巨大能量积蓄在岩体内，一旦围限解除，便发生岩爆。岩爆大多发生于区域性、压扭性大断裂带附近或埋藏较深的硅质硬脆性岩层中。 (4)洞口稳定问题 洞口是隧道工程的咽喉部位，洞口地段的主要工程地质问题是边、仰坡的变形问题。其变形常引起洞门开裂、下沉或坍塌等灾害。 2土体地下工程的工程地质问题 在土体中开挖洞室时，遇到的主要工程地质问题包括上部土体的压力和涌水问题。在土体中，地下洞室围岩上部压力最大，如对饱水细砂及淤泥质土层，几乎洞顶以上一直到地表的土层重量都是以山岩压力的形式作用在衬砌上。地下水是土体洞室施工中遇到的另一主要工程地质问题，如洞室穿过含水层时，由于大量地下水的涌出，在动水压力作用下，将出现流砂及渗透变形。发生突然的涌水或流砂，常会造成灾难性的事故。10.4.2地下工程位置选择的工程地质条件 地下工程位置的选择包括洞口和洞室轴线两部分，除取决于工程目的要求外，主要受地形、地层岩性、地质构造、地下水及地应力等工程地质条件的控制。 1洞口选择的工程地质条件 洞口的工程地质条件，主要是考虑洞口处的地形、岩性及坡体的稳定性，洞口底的标高和洞口的方向等问题。至于洞口数量和位置的确定，应根据工程的具体要求，结合所处地形、工程地质及水文地质条件等慎重考虑。 (1)洞口的地形和地质条件 洞口宜设在山体坡度较大的一面(30)，岩层完整，覆盖层较薄，最好设置在完整岩层裸露的地段，以免使岩块掉落堵塞洞口。特别是在岩层破碎地带，容易发生崩塌和滑坡，堵塞洞口和交通。 (2)洞口底标高的选择 洞口底的标高一般应高于谷底最高洪水位以上0510m的位置(千年或百年一遇的洪水位)，以免在山洪暴发时，洪水泛滥灌入地下洞室；如若离谷底较近，易聚集有害气体和泥石流。各个洞口的高程不宜相差太大，要注意洞室内部工艺和施工时所要求的坡度，便于各洞口之间的道路联系。 (3)洞口边坡的物理地质现象 在选择洞口位置时，必须将进出口地段的物理地质现象调查清楚。洞口应尽量避开易产生崩塌、剥落和滑坡等地段，或易产生泥石流和雪崩的地区。 (4)平原地区建洞位置的选择 对地铁出人口位置及线路选择除结合城市规划进行工程地质研究外，还应考虑以下几项内容：已有建筑物的分布，导致大量渗漏的地表水域分布区，地下水位埋深情况等。 2洞室轴线选择的工程地质条件 洞室轴线的选择主要是由地层岩性、岩层产状、地质构造、地应力及水文地质条件等方面综合分析来确定。 (1)岩性要求 尽量使洞室建在地层岩性均一、层位稳定、整体块状结构、风化轻微、抗压与抗剪强度较大的岩层中。一般来讲，未经剧烈风化和构造运动影响的大多数岩层都适宜修建地下工程。 (2)洞室轴线与岩层产状、地应力及地质构造的关系 洞室轴线宜与区域构造线、岩层及主要节理走向垂直或呈大角度相交。避免在冲沟、山洼等地表水及地下水汇集的地段通过；在高地应力地区，洞室轴线方向应考虑与水平方向最大主应力平行，否则洞室围岩将产生严重的变形破坏。如我国金川矿的巷道布置，该矿区最大水平主应力方向为N35E左右，深部最大值为3040MPa。位于地表以下400m深的西风井巷道走向为N30W左右，与最大水平主应力方向近于垂直，结果此巷道产生了严重的变形和破坏，巷道断面明显减小，累计变形最大达200cm以上，致使巷道不能使用。为此，将深500m以下的巷道改为与最大水平主应力方向近于平行(N23E)，巷道围岩的稳定性得到显著改善，即使通过散体结构的断层破碎带，也未发生明显的破坏。 在断裂破碎带地段，应避免洞室轴线沿断裂带的走向布置，特别在较宽的破碎带地段，当破碎带中的泥砂及碎石尚未胶结成岩时，一般不允许建造洞室。因为断层带的两侧岩层易发生变位，导致洞室毁坏；断层带中岩石多为破碎岩块及泥土充填，最易崩落，同时亦是地表水渗漏的良好通道，对地下工程危害极大。洞室轴线与断裂带走向交角若垂直或接近垂直，则穿越的不稳定地段较短；若断裂带走向与洞室轴线平行或交角甚小，则洞室不稳定地段增长，将发生不对称的侧向岩层压力。10.4.3地下洞室工程地质勘察要点地下洞室的工程地质勘察一般分阶段进行。各阶段的勘察工作任务与内容是与设计阶段相配合。1规划阶段一般不单独进行地下洞室的工程地质勘察，可根据拟建地下工程的埋深，推测围岩的结构条件、岩性和水文地质状况，依此论证在技术上是否可行。2可行性研究阶段对拟定比较方案进行方案选择，并重点查明如下三个方面的地质情况：(1)拟定洞室的围岩厚度、地层结构和地质构造特点，地下水的埋藏、运动条件以及与地表水之间的水力联系；(2)对洞室的稳定与施工安全有影响的不利地质因素，如活动断裂破碎带，易溶岩与膨胀岩，地热异常和有害气体，以及可能造成洞室内大量涌水与坍塌的水文地质条件等； (3)洞口处边坡的坡度、形状、覆盖层厚度与基岩风化深度，岩体结构特征等。该阶段的勘察工作以工程地质测绘为主，比例尺一般为11000015000，测绘范围根据各个地段的具体情况和方案比较的要求而定。3.初步设计阶段 配合选定地下洞室的位置对洞室进行概略分段和围岩分类，提出各地段的山岩压力、岩体抗力和外水压力等建议数据。重点研究规模较大的断层破碎带和有可能产生大量涌水、坍塌等地段的安全与稳定问题；预测洞口边坡及洞室边墙的变化趋势，并对施工方法提出建议。这一阶段勘察工作的内容和要求是对洞口段、浅埋段以及工程地质条件复杂地段，补充进行l5 00011000专门工程地质测绘。如果覆盖层或风化层较厚，工程地质条件复杂地段则要布置适当数量的钻孔和平洞予以查明，并在接近洞线高程的部位做钻孔压水试验。在平洞中，有时要进行岩体弹性模量和抗剪强度等试验。如果有条件还要进行山岩压力观测，松动圈范围测定和岩体应力测量等工作。 4施工图设计阶段针对各选定洞室进行详细的工程地质分段和围岩分类；对各个洞段的山岩压力、外水压力和围岩弹性抗力提出具体的数量指标；对大规模的塌方涌水段上的软弱结构面要作专门研究；对高墙洞室边墙上的软弱结构面组合情况及产生坍塌的边界条件要有定量指标作为依据。这一阶段工程地质勘察工作的内容和要求是根据需要查明的具体任务、场地条件和在初设阶段对某些问题研究的深度加以确定的。为了某项问题的研究，有时要求增加钻孔、平洞或超前导洞。对于大型地下洞室，有条件时为配合新奥法施工，需布置专门断面对洞室围岩在施工过程中的变形进行观测。10.4.4地下工程施工阶段的勘察工作地下工程施工阶段的工程地质工作是验证、校核和修订各设计阶段的地质勘察资料，并对揭露出来的地质现象、岩体结构作详细编录，并进行分析。对将开挖地段可能遇到的不良地质现象作出超前预报。具体任务是：(1)通过对施工开挖所揭露的各种地质现象和问题，进行详细的观察、编录和测绘工作。有时需作复核性的钻探和试验工作对前期地质结论的正确性和可靠性加以检验。如果发现结论有较大的出入，或新发现有不利的地质因素存在，或因施工方法不当将导致岩土体的稳定性受破坏时，均应及时地提出资料或简报，向施工单位反映，以便修改设计或采取有效措施消除隐患，保证工程建筑在施工和运行期间的安全。(2)对影响施工和运行期间安全的各种水文地质和工程地质现象开展预测和预报工作。(3)检查洞室开挖和对不良地质因素的处理质量是否符合设计要求。施工阶段工程地质勘察的具体内容和要求：1地质编录观察、记录各种地质现象，包括断层破碎带产状及其与建筑物轴线的关系、节理裂隙分布情况、地下水活动对围岩稳定性的影响、岩溶发育情况、深埋洞段地压显现情况等。对位于洞口部位及两侧边坡的地质编录内容是：岩体风化带厚度；岩层、断层、节理裂隙产状与洞口位置的关系；危及洞口岩体稳定的不利结构面特征。2洞室的地质测绘测绘内容：主要不良地质现象的实际位置，包括岩层分界线、软弱夹层、断层、破碎带等；主要节理裂隙、岩脉、岩溶及地下水出溢点等；围岩的风化分带及实际开挖断面；节理裂隙统计点，现场试验点，勘探孔洞位置等；爆破松动带和爆破裂隙。编制的图件：测绘洞室洞壁展视图和地质横剖面图；进出洞口及两侧边坡地质平面图和纵剖面图；地下洞室密集段和交叉段,应编制不同高程的地质切面图和地质纵剖面图。测绘精度：地质测绘和编制地质图件的精度要求，按表1015规定选用。 3取样与试验工作 (1)在作地质测绘与编录时，要采取一定数量的标本留作存档资料。一般要求在各洞段和断层破碎带选择有代表性的岩石作为标本，采集岩样留作备查。 (2)试验工作根据实际需要可适当进行增补。一般有：围岩的弹性抗力系数和弹性模量；岩体的抗剪试验与抗压试验；围岩应力测试和松动范围的确定；岩石某些物理力学性质指标的确定；地下水的水质分析；喷锚试验等。 4观测与预报工作 一般应对岩体变形及某些特殊地段的山岩压力、地应力、地温或有害气体的含量进行观测；对危及施工安全的塌方、岩爆、涌水、有害气体等做好预报工作。主要包括： (1)围岩变形与涌水观测 在开挖段上应注意观测围岩变形、破坏的形式，如岩层开裂、裂隙加宽及松动发展等。必要时安置位移测量装置测量围岩的位移，并监测围岩应力；观测洞中突然涌水现象的发生、发展与变化，尤其应注意涌水量的变化。 (2)开挖预报：在有导洞的情况下，利用在导洞中收集的地质资料，预测洞室开挖前方或扩大断面时可能发生的问题并依此预报围岩的稳定性及其他工程地质问题。10.5 水利水电建筑工程的工程地质勘察 水利水电建筑工程主要的特点：水压力对建筑物的作用，它是确定建筑物各部分尺寸的主要依据。为了抵挡库水强大的静水压力和动水压力，必须设置足够大的坝体，要求其地基有足够的强度和刚度，应进行充分的工程地质论证和评价。据国际大坝委员会统计，各国发生垮坝或重大失事的原因中，地质问题占40，属第一位。导致大范围内的自然地质环境发生变化。由于水文条件的变化，使水库边岸不稳定和发生淤积。水文地质条件的变化，将引起库周浸没、农田沼泽化和次生盐渍化。水荷载和空隙水压力的增大，还会诱发水库地震。不但使邻近地区人们的生产和正常生活受到影响，而且对水工建筑物本身的安全和正常使用也不利。此类问题在建筑物设计过程中，都需要从地质方面给予充分的论证和评价。 水利水电工程地质问题复杂而多样。就枢纽来说，有坝基和绕坝渗漏问题，坝基、坝肩抗滑稳定和渗透稳定问题，溢洪道和溢流坝段下游的冲刷问题，引水隧洞围岩稳定问题，隧洞和基坝的施工涌水问题，电站厂房地基的强度和变形问题，船闸高陡边坡的稳定问题，渠道渗漏和湿陷稳定问题，以及渡槽墩基不均匀沉陷问题等。水库区的工程地质问题也较多，如冰库渗漏，以及前面所提及的库岸稳定、水库淤积、库周浸没、水库诱发地震等。这些问题均需要通过工程地质勘察，作出预测和分析评价。此外在库坝位址选择、施工和运行过程中，还有许多问题需要给予工程地质论证。 本节就水坝、水库和引水渠道的主要工程地质问题进行论述，而其他水工建筑物的工程地质问题因与别的工程建筑类似，故不专门加以论述。 10.5.1水坝类型及其对工程地质条件的要求 水坝的类型较多，不同类型的水坝其工作特点和对工程地质条件的要求是不同的。按筑坝的材料不同，主要可分为散体堆填坝和混凝土坝两大类。前者是适应于较大变形的柔性结构，又可分为土坝、堆石坝、干砌石坝等；而后者则是对变形敏感的相对刚性结构，按结构又可分为重力坝、拱坝和支墩坝等。 1土坝 土坝是利用当地土料堆筑而成的一种历史最悠久，采用最广泛的坝型。它有很多优点：可以就地取材，结构简单，施工技术容易掌握，抗震性能强，而且对地质条件的要求在各种坝型中是最低的。所以各国水坝建设中土坝所占的比重最大。 土坝对工程地质条件的要求：坝基要有一定的强度。由于土坝允许产生较大的变形，故可以在土基上修建。它是以自身重力抵挡库水推力而维持稳定的结构物，体积很大，荷载被分布在较大的面积上，所以要求坝基材料具有一定的承载力和抗剪强度。选择坝址时，应避免淤泥软土层，膨胀、崩解性较强的土层，湿陷性较强的黄土层以及易溶盐较高的岩层作为坝基。坝基透水性要小。坝基若是巨厚砂卵石层或岩溶强烈的碳酸盐岩，则不仅产生严重的渗漏，影响水库蓄水，可能会出现渗透稳定问题。在河谷地段地下水位甚低，透水性较强的碳酸盐岩区建坝，常会出现“干库”。我国北方的中小型土坝此类问题较突出。就近要有数量足够和质量合乎要求的土料，包括一般的堆填料和防渗粘土料。要有修建溢洪道、泄洪洞的合适地形、地质条件。溢洪道是土坝的一大特点。在选坝时必须考虑有无修建溢洪道、泄洪洞的有利地形地质条件，否则将会增加工程布置的难度和工程造价。 2堆石坝 坝体用石料堆筑(干砌)而成，它也是一种就地取材的古老坝型。当今由于机械化施工和定向爆破技术的不断发展，堆石坝已成为经济坝型的一种。 堆石坝对工程地质条件的要求与土坝大致相同，但比它要高些。一般岩基均能满足要求；而松软的淤泥土，易被冲刷的细砂土、地下水位甚低的强烈岩溶化地层，则不适于修建此种坝型。此外，采用刚性斜墙防渗结构堆石坝，应修建在岩基上。 3重力坝 重力坝也是一种常用坝型，有混凝土重力坝和浆砌石重力坝。由于它结构简单，对地形适应性好，所占的比重仅次于土坝。重力坝的特点是重量大，依靠其自重与地基间产生的摩擦力来抵抗库水的水平推力，保持大坝稳定。同时，还利用其自重在上游面产生的压应力，足以抵消库水等在坝体内和坝基接触面上产生的拉应力，使之不致发生拉张破坏。重力坝在满足抗滑稳定及无拉应力两个主要条件的同时，坝体内的压应力通常是不高的。如一座高达70m的重力坝，坝体最大压应力一般不超过2MNm2。 重力坝对工程地质条件的要求：坝基岩石的强度要高。要求坝基岩石坚硬完整，有较高的抗压强度，以支持坝体的自重。同时，应具有较大的抗剪强度，以利于其抗滑稳定性。因此，重力坝一般要求修建在坚硬的岩石地基上，软基是不适宜的。当坝基岩层中有缓倾角的软弱夹层、泥化夹层和断层破碎带等软弱结构面存在时，对重力坝的抗滑稳定很不利，尤其是那些倾向与荷载作用方向一致的缓倾角软弱结构面。坝基中若有河流覆盖层和强风化基岩时，需清除或加固。坝基岩石的渗透性要弱。坝基岩石中的缝隙，会产生渗漏及扬压力，对水库蓄水效益和坝基抗滑稳定均不利。特别是强烈岩溶化地层和顺河向的大断裂破碎带，在坝址勘察中应特别注意，对它们的处理是很复杂和困难的。就近应有足够的、合乎质量要求的砂砾石和碎石等混凝土粗细骨料，它往往是确定重力坝型的依据之一。 4拱 坝拱坝在平面上呈圆弧形，凸向上游，拱脚支承于两岸。作用于坝体上的库水压力等，借助于拱的推力作用传递给拱端两岸的山体，并依靠它的支承力采维持稳定。拱坝是一个整体的空间壳体结构。从水平切面上看，它是由许多上下等厚或变厚的拱圈叠成，大部分荷载即由拱的作用传递到两岸山体上。在铅直断面上，则是由许多弯曲的悬臂梁组成，少部分荷载依靠梁的作用传递给坝基。由于拱是推力结构，只要充分利用它的作用，即可充分发挥材料强度。典型的薄拱坝，比起相同高度的重力坝可节省混凝土量80，如法国的Tora拱坝高85m，其最大厚度仅24m。因而拱坝是一种经济合理的坝型，但它的施工技术要求很高。 拱坝具有较强的抗震性能和超载能力。位于阿尔卑斯山区的瓦依昂(Vaiont)双曲拱坝，高2616m，当1963年10月9日，水库左岸的巨大高速滑坡体滑入库内时，激起250m高的涌浪，高150m的洪波溢过坝顶泄向下游，而坝体却安全无恙。 拱坝的上述结构特点，决定了它对工程地质条件的特殊要求： (1)坝址应为左右对称的峡谷地形。河谷高宽比愈大的“V”形峡谷，愈有利于发挥拱坝的推力结构作用。若地形不对称，就需开挖或采取结构措施使之对称。(2)坝基及拱端应坐落在坚硬完整、新鲜均匀的基岩上，上下游岸坡和拱端岩体稳定，且无与推力方向一致的软弱结构面存在。 5支墩坝 支墩坝由相隔一定距离的支墩和向上游倾斜的挡水盖板组成。库水压力等由盖板经支墩传给地基。为了增加支墩之间的整体性和侧向稳定性，支墩还常设有加筋梁。 支墩坝是依靠盖板和支墩自重以及作用于盖板上水压力的垂向分力这两种力与地基间产生的摩擦力来维持抗滑稳定的。由于支墩间均为空腔，坝底上的扬压力很小。因此，这种坝型可大大节省混凝土量，也属轻型坝。 支墩坝宜建于较宽阔的河谷中，且要求两岸山坡较平缓。若两岸山坡较陡时，靠岸须做一段重力坝接头来过渡。它对地基的要求也较高，但在岩基和土基上均可修建。若在土基上建坝时，应设置基础板和排水孔，把荷载分散在地基上，以免各支墩产生不均匀沉陷，以及由此引起挡水盖板上的扭曲应力，同时可加长渗径，减小水力梯度。 由于支墩坝的坝轴方向整体性差和对坝肩岩体变形抗力低的缘故，在强震区的坝肩存在蠕滑体时，不宜选用这种坝型。10.5.2坝区的工程地质问题 1坝区渗漏问题 当水库蓄水后，在坝体上下游水头作用下，库水可通过坝下和坝肩部位透水的岩土体产生渗漏。一般称坝底下的渗漏为坝基渗漏，称坝肩部位的渗漏为绕坝渗漏。 坝基和绕坝渗漏的结果，首先影响水库的蓄水效益，严重的渗漏使水库功能大部分或全部丧失；其次是渗流产生的压力对坝体的稳定带来不良影响，表现为扬压力和动水压力作用，前者减小重力坝的有效应力而不利于抗滑稳定，后者对岩土体冲刷产生坝基渗透变形，也不利于坝体稳定。此外，渗漏还可能引起下游地区的浸没、沼泽化及边坡失稳等不良地质现象。上述各工程地质问题对构筑于松散土体的土石坝来说尤为突出。 对坝基(肩)渗漏问题的工程地质分析，主要是查明渗漏通道及其连通性，进行可能渗漏量的计算。渗漏通道是指基岩和第四纪松散沉积层中具有较强透水性的岩(土)体。 基岩中的渗漏通道，包括可溶岩地区各种类型的喀斯特通道和非可溶岩地区的断层破碎带、裂隙密集带。此外，多空隙的火山喷出岩、胶结不良的砂砾岩、古风化壳、不整合面，以及动力变质的碎裂岩等，在一定条件下能构成渗漏通道。位于坝基(肩)的渗漏通道的连通性，受该河段河谷地质构造所控制。 第四纪松散沉积层中的渗漏通道主要是指河流冲积层、坡积层、残积层、冰川及冰水沉积层中连续分布的砂、砾石、卵石、漂石层等。其往往具有较强的透水性，如作为坝基或坝肩，则必然导致大量渗漏。然而这些透水性强的沉积物往往与透水性较弱的土层以及不透水的粘土层夹杂在一起，形成各种不同形式的土体结构，从而改变了单一土层的渗透性。因此在研究坝基(肩)渗漏问题时，应弄清渗透土层在纵向及横向上的变化规律。第四纪松散沉积层的渗透性，还与所处的地貌环境密切相关，如山区河流的上中游河床覆盖层，多由单一的砂卵石组成，渗透性大，连通性好，位于坝基时，一般都需予以清除或进行专门的防渗处理。而中下游河床冲积层，其中细颗粒成分明显增多，渗透性相对减弱，有的形成二元或多元结构，透水层与隔水层相互迭置，这样就可以利用连续分布的隔水层作为坝基的防渗层，如图102(a)所示。但当隔水层分布不连续，延展面积小(如呈各种透镜状)时，则能导致大量集中的坝基渗漏，如图102(b)所示。 2坝基渗透稳定问题 水库蓄水后，坝基在有压渗透水流作用下，引起土体颗粒或裂隙充填物颗粒移动、结构变形甚至破坏的现象，称为渗透变形。严重的渗透变形不仅影响工程效益，而且危及大坝的稳定。 (1)坝基渗透变形的表现形式 管涌 是充填于坝基大颗粒之间的小颗粒，在渗透水压力作用下，随渗透水流独立移动的现象，称为管涌。管涌一般发生在不均匀系数较大的砂砾层中，它既可以发生在地下水逸出段，又可能发生于土体内部粗粒骨架的孔隙中。当坝基土体中能被携带走的细颗粒含量较少时，并不影响坝体的稳定。而当坝基的细粒物质被渗流从粗粒孔隙中携走后，形成管道状孔洞，土体的结构和强度遭到破坏，造成地面塌陷时，即会危及坝体安全。 流土一般发生在以粘性土为主的地带。因土体比较致密，颗粒间具有一定的粘结力。在渗透水压力作用下，细颗粒不易被水流带走，而是整体地同时浮动或隆起，这种现象称为“流土”。坝基若为河流沉积的二元结构土层组成，特别是上层为粘性土，下层为砂土的地段，下层渗透水流的动水压力如超过上覆粘性土体的自重，就可能产生流土。这种渗透变形常会使下游坝脚处渗透水流出，出现成片的土体破坏、冒水或翻砂现象，如不处理将直接威胁大坝安全。(2)坝基渗透变形的预测渗透变形预测是坝基渗透稳定性评价的主要内容。坝下游坡脚处系渗透水流逸出段，渗流方向由下向上，该地段最容易发生渗透变形，所以需重点预测坝下游渗透上升段范围内的渗透变形，只要该地段实际水力梯度超过了允许水力梯度，就可能发生渗透变形。 预测的步骤是：判定渗透变形的形式；确定坝基各点(主要是下游坝脚处)的实际水力梯度；确定临界水力梯度；确定允许水力梯度；划分出可能发生渗透变形的范围。3坝基抗滑稳定问题 (1)坝基滑动的形式修建在岩基上的刚性坝，坝基可能的滑动破坏类型有三种，即表层滑动、岩体浅部滑动及岩体深部滑动。 表层滑动 坝体混凝土底面与基岩接触面之间发生的平面剪切破坏(图103a)。它主要受接触面剪力强度的控制。当坝基岩体坚硬完整、无控制滑移的软弱结构面存在，岩体强度远大于混凝土与基岩接触面的强度时，就可能发生此种形式的滑动破坏。浅层滑动 当坝基浅部岩体的抗剪强度既低于混凝土与基岩接触面的强度，又低于深部岩体的强度时，便发生这种类型的滑动破坏(图103b)。产生的条件是：坝基浅部岩体破碎，裂隙网络发育，抗剪强度低，不足以抵抗库水的推力，破坏面往往呈参差状。 深层滑动当坝基岩体一定深度范围内存在软弱结构面，它们在荷载作用下组合成危险滑移体时，就可能发生深部滑动(图103c)。此时岩体强度将主要由岩体中抗剪强度最低的软弱结构面控制，该面称之为滑移控制面。由于这种滑移形式较多，边界条件也比较复杂，所以是工程地质重点研究的对象。 此外，当坝基岩体不均一，强度高低不等，或局部地段存在组成深部滑动的软弱结构面时，地基滑动破坏将可能部分在坝基接触面上发生，部分在岩体软弱结构面上发生，即为混合滑动(图103d)。 坝基可能滑移形式的确定，是进行坝基抗滑稳定计算、坝基岩体力学模型试验及定性与定量评价坝基稳定性的先决条件。 2坝肩抗滑稳定问题 坝肩的抗滑稳定问题，往往在拱坝的设计中比较突出。拱坝的受力特点在于利用拱圈的作用；将上游水压力等荷载传到两岸岩体上来维持稳定。两岸岩体中存在的软弱夹层或各种结构面等，往往成为拱坝坝肩是否稳定的关键因素。重力坝或支墩坝也同样存在着坝肩稳定的问题，需根据具体情况进行分析。本节仅就拱坝坝肩稳定的地质条件进行分析。 由于拱坝坝体薄，坝肩的失稳常导致拱坝的破坏。常见的可能导致坝肩失稳的地质条件如下： (1)坝肩岩体内存在(或潜在)滑裂面，如各种裂隙面、断层面、软弱夹层、片理面、不整合面等。它们的延伸方向与拱坝的推力方向间的夹角愈小，对坝肩稳定愈不利，亦即沿此方向产生滑裂破坏的可能性越大，如图104所示。 (2)坝肩岩体内存在具有较大变形的岩层，如较厚的(包括单层厚度小，但累积厚度较大的)软弱夹层、断层破碎带、张性裂隙密集带、喀斯特溶蚀带、风化囊等，它们的分布方向与拱端推力方向间的夹角越大，产生的变形量也越大。如果变形量超过了坝体的允许范围，就可能引起拱冠的拉裂，甚至导致整个拱坝的破坏。 (3)坝肩岩体内存在管涌通道。如果坝肩存在可溶性岩石或被石膏、方解石等充填的裂隙，则可能出现化学潜蚀。如果位于坝肩的张性裂隙带内有泥质充填物，则在绕坝渗漏的渗透水流作用下，可能形成机械潜蚀。这类潜蚀作用的发展，会危及坝肩的稳定。 (4)地震、山崩、滑坡以及软弱结构体的变形或滑移，也能促使拱坝坝肩岩体失稳。10.5.3库区工程地质问题 水库蓄水以后，水文条件发生剧烈变化，库周的水文地质条件也发生很大变化，将影响库区及邻近地段的地质环境。当存在某些不利因素时，就会产生工程地质问题。10.5.3.1水库渗漏问题渗漏问题是水库最主要的工程地质问题。由于大量渗漏而影响水库蓄水效益，甚至完全丧失效益，在国内外是不乏其例的。如西班牙高835m的蒙特热克水库，修建在强烈岩溶化的石灰岩地区，由于严重渗漏而成“干库”。我国北京的十三陵水库，由于库水顺库右侧一古河道的大量渗漏而长期未能正常发挥效益。1.水库渗漏形式 可分暂时性渗漏和永久性渗漏两种形式。暂时性渗漏是水库蓄水过程中，用来饱和库盆中包气带岩土体的空隙所需的水量，其水量不渗漏到库外，且经过一定时间后就会停止。永久性渗漏是库水通过某渗漏通道向库外的渗漏，是长期持续的，对水库蓄水效益有影响。永久性渗漏可分为三种情况：通过分水岭向邻谷渗漏(图105a)；通过河湾向河谷下游渗漏(图105b)；通过库盆底部向远处低洼排泄区渗漏(图105c)。 2水库渗漏条件分析对水库渗漏条件的分析，是进行水库渗漏工程地质研究的基础工作，主要包括地形地貌、岩性、地质结构和水文地质条件等方面。(1)地形地貌条件 水库附近沟谷切割的深度和密度，对水库渗漏至关重要。当相邻沟谷切割甚深，低于库水位，且与水库间的分水岭比较单薄时，由于渗透途径短，水力梯度大，有利于库水渗漏。特别是在库周水文网切割密度和深度大的山区，容易产生水库渗漏。当分水岭很宽且邻谷高于库水位时，则通常不会产生库水向邻谷的渗漏。 山区或平原河流均可形成急剧转弯的河曲，若在河湾地段筑坝，就会在库区与坝下游河流之间形成单薄的河间地块，此时上下游之间水力梯度大，应特别注意库水向下游河道的渗漏问题。河流多次改道变迁形成的古河道若通向库外时，库水就会沿着古河床堆积物的渗漏通道漏失。如果古河道与邻谷或坝下游河道相连，则库水将沿之漏失。 (2)岩性及地质构造条件 库区地层的岩土性质和地质构造，决定了渗透介质的透水性能。碳酸盐岩的岩溶洞穴和暗河若与库外相通，能形成集中径流带或管道流带，这是最严重的渗漏通道。当水库区强岩溶化的碳酸盐岩底部无隔水层分布，或虽有隔水层存在，但其埋藏很深或封闭条件很差时，就有可能通过分水岭向邻谷、向河谷下游或向远处低洼排泄区等多种途径发生渗漏。砂卵(砾)石层厚度大且透水性强，能构成强渗漏通道。地质构造对水库渗漏有很大的影响。当宽大而胶结较差的断层破碎带切过分水岭通向邻谷时，就有可能形成集中渗漏通道，使库水向邻谷渗漏。不同的地质构造对水库渗漏的作用不同。纵向河谷向斜构造，一般不会发生水库渗漏(图106a)；而纵谷背斜构造，库水则有可能向邻谷渗漏(图106b)；当岩层倾角较大时，无论向斜或背斜谷，水库渗漏的可能性减小(图106c)；当纵谷断层切割渗漏通道时，往往对防渗有利(图106d)。 (3)水文地质条件 判定水库是否会产生永久性渗漏，还须研究水文地质条件。在预测水库是否会发生渗漏时，查清库周有否地下分水岭以及分水岭的高程与库水位的关系十分重要。如果地表分水岭的两侧均有潜水补给的泉时，必定存在地下分水岭。非岩溶地区的河间地块一般都存在地下分水岭，而且与地表分水岭的位置经常是一致的；但是岩溶地区的地下分水岭则经常不与地表分水岭相一致，甚至根本就不存在地下分水岭。 根据有无地下分水岭及地下分水岭的高程与水库正常高水位之间的关系，可大致判断库水向邻谷渗漏的可能性：地下分水岭高于水库正常高水位，不会发生渗漏(图107a)；地下分水岭低于水库正常高水位，有可能发生渗漏(图lo7b)；蓄水前库区河谷水向邻谷流失，无地下分水岭，蓄水后渗漏将很严重(图107c)；蓄水前邻谷水流向库区河流流失，无地下分水岭，但邻谷水位低于水库正常高水位，蓄水后仍有可能发生渗漏(图107d)。若邻谷水位高于水库正常高水位，则蓄水后不会发生渗漏(图107e)。10.5.3.2库岸稳定问题水库蓄水后，库岸自然条件发生急剧变化，处于新的地质环境和动力地质作用下，库岸则发生变形破坏。库岸常见的破坏形式有塌岸、滑坡、岩崩。1塌岸 库岸岩土体在波浪和水位变化等作用下发生坍塌，引起岸线逐渐后移，即为塌岸。塌岸一般在水库蓄水最初几年内最强烈，随着时间的延续，水下浅滩逐步形成而慢慢减弱。同时，库岸线随之后移，直至达到稳定的平衡岸坡为止(图108)。 影响塌岸的因素是多方面的，有地形地貌、岩性、地质构造和水文条件等。库岸愈高陡，塌岸愈严重；弯曲的库岸较平直岸易发生塌岸；凸形坡较凹形坡塌岸更严重些。岩土类型和工程：地质性质不同，塌岸宽度和速度也不相同。一般由坚硬岩石组成的库岸地段，稳定坡角较大，不易发生塌岸。由松软土组成的库岸，所形成的库岸坡度较小，塌岸较严重。尤以黄土和砂土库岸更为严重。如三门峡水库的所有黄土库岸，蓄水的最初一年内，塌岸宽度50200m，最大达294m，塌岸线总长200多公里，占整个库岸线的415。影响塌岸的水文因素较多，有库水的波浪作用、库水位变动、流水等，水库水位迅速退落时，塌岸最易发生。 2滑 坡 库岸滑坡在大部分水库蓄水后都会发生，只是规模不同而已。库岸滑坡往往是岸坡蠕变的发展结果。按库岸滑坡发生的位置，可分为水上滑坡和水下滑坡，以及近坝滑坡和远坝滑坡。近坝的水上高速滑坡危害很大，如前面介绍过的意大利瓦依昂(Vaiont)水库左岸1963年发生的超大型高速滑坡，举世震惊。该水库当蓄水至2254m高程时，左岸山体突然下滑，体积达2710830108m3，滑速为28ms，水库中有5107m3水被挤出，激起250m高的涌浪，高150m的洪波溢过坝顶冲向下游，死亡近3000人，水库报废。对于在蓄水后可能发生库岸滑坡的水库，应作涌浪高度的估算，并预计其危害程度。3岩崩岩崩是峡谷型水库岩质库岸常见的破坏形式，它常发生在由坚硬岩体组成的高陡库岸地段。水库蓄水后，由于坡脚岩层软化或下部库岸的变形破坏而引起上部库岸的岩体崩塌。10.5.3.3库周浸没问题 水库蓄水后水位抬高，引起水库周围地下水壅高。当库岸较低平，地面高程与水库正常高水位相差不大时，地下水位可能接近，甚至高出地面，产生种种不良后果，称为浸没。浸没对水库地区的工农业生产和居民生活危害甚大，它使农田沼泽化或盐渍化；建筑物的地基强度降低甚至破坏；附近城镇居民无法居住，不得不采取排水措施或迁移它处(图109)。因此，浸没问题常常影响到水库正常高水位的选择，甚至影响到坝址的选择。 浸没现象的产生，是各种因素综合作用的结果，包括地形、地质、水文气象、水库运行和人类活动等。以下三种情况易发生浸没。(1)受库水渗漏影响的邻谷和洼地，平原水库的坝下游和围堤外侧，特别是地形标高接近或低于原来河床的库岸地段，容易产生浸没。(2)岩土具有一定的透水性能。第四纪松散堆积物中的粘性土和粉砂质土，由于毛细性较强，易发生浸没；特别是胀缩性土和黄土类土，浸没的影响更为严重。(3)地下水埋藏较浅，地表水和地下水排泄不畅，补给量大于排泄量的库岸地带或沼泽地带的边缘，容易产生浸没。10.5.3.4水库淤积问题水库为人工形成的静水域，河水流入水库后流速顿减，水流搬运能力下降，所挟带的泥砂就沉积下来，堆于库底，形成水库淤积。淤积的粗粒部分堆于上游，细粒部分堆于下游，随着时间的推延，淤积物逐渐向坝前推移。水库的上游河流若含有大量泥砂，则淤积问题将成为该水库主要工程地质问题之一水库淤积虽然可起到天然铺盖以防止库水渗漏的良好作用，但是大量淤积物堆于库底，将减小有效库容，降低水库效益；水深变浅，妨碍航运和渔业；影响水电站运转。严重的淤积，将使水库在不长的时间内失去有效库容，缩短使用寿命。例如，我国黄河干流上三门峡水库，若不采取措施，则仅50年便可全部淤满。水库淤积的固体径流来源主要有以下几方面：流入库区河流所挟带的泥砂；水库汇水区内泥石流的发生；库岸变形破坏以及库周斜坡的坡流冲刷物质。防治水库淤积的措施有：在固体径流来源地区开展水土保持、整治冲沟、植树种草、加固库岸不稳定地段等。也可以在水库上游固体径流来源最严重的支流、沟谷上修建拦砂库。此外，修建水库时应设置泄流排砂设施，以减小库内的淤积。10.5.4水利水电建筑工程勘察要点主要是查明建设地区的工程地质条件，分析有关的工程地质问题并作出结论，为规划、设计及施工提供可行的地质依据。以便充分地利用有利的地质因素，避开或改造不利的地质因素。水利水电工程地质勘察可分为规划阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段。 1规划阶段了解河流地质条件及各规划方案的工程地质条件，初步查明可能近期开发工程和控制性工程的主要工程地质问题，为选定河流(段)规划方案和近期开发工程提供所需的地质资料，并提出选定的近期开发工程可行性研究阶段工程地质勘察的方案。对各规划方案的库、坝区等应查明地层岩性、地质构造及区域地震、地貌及物理地质现象、岩土的透水性及相对隔水层分布等；对区域稳定性、环境工程地质问题进行初步分析、评价 本阶段以工程地质测绘为主，并辅以物探和轻型坑探工程。对可能近期开发或控制性工程的坝段，可适当布置钻孔。一般布置一条垂直河谷的勘探剖面，其中河床部分必须有钻孔控制，两岸坝肩以上一定范围的斜坡也应有钻孔控制。覆盖层厚度，岩体风化深度和滑动带深度等，可利用地面物探方法勘查，且配合以少量钻孔验证，并作少量钻孔压水和抽水试验及室内岩土物理力学性质试验。同时，本阶段还应进行各类天然建筑材料普查工作 2可行性研究阶段在规划阶段选定的近期开发工程地段进行，查明与库区、坝址、坝型和其他主要建筑物方案有关的工程地质条件和问题。为合理选定坝址、初选基本坝型、工程规模和枢纽布置方式等提供地质资料，并提出初步设计阶段工程地质勘察方案。在坝址区，本阶段应查明各比较坝址的工程地质条件，分析主要的工程地质问题，进行比较评价，为坝址的选定提供地质依据。特别要注意软弱夹层的存在，研究其分布、厚度、产状及工程地质性质，分析其对坝基(肩)或边坡稳定性的可能影响。要查明贯穿坝址区的断裂及软弱结构面，分析它们的组合形式以及对工程的影响。研究河床第四系覆盖层的厚度、成层组合关系及性质；基岩风化的厚度、分带和分布情况。研究岩土体的透水性，相对隔水层的埋深、厚度及延续性；分析坝基和绕坝渗漏条件。在岩溶区，应注意坝基和坝肩稳定、渗漏等的影响。在水库区，应对水库的渗漏、浸没、库岸稳定、淤积来源以及诱发地震等问题进行论证和预测。要特别注意查明近坝地段滑坡体的分布与规模；在岩溶区要分析可能渗漏地段的范围、渗漏形式和主要的渗漏通道，估算渗漏量。在地质构造复杂、新构造活动较明显或地震活动频繁的地区，应配合地震部门，调查活动性断裂的性状和近期活动情况，分析水库诱发地震的可能性。本阶段工程地质测绘仍占有重要地位，勘探、试验工作比重增加。各比较坝址应布置13条勘探剖面，其他主要建筑物也应布置必要的勘探工作；库区内影响较大的不稳定岩坡、重点的塌岸和浸没地段，应布置勘探剖面，勘探手段以钻孔为主；在枢纽区钻孔基岩段，全部作压水试验，大部分钻孔应作综合测井，覆盖层的渗透系数应以单孔抽水试验资料为基础；采取岩土样，测定其物理力学性质指标；选择有代表性的泉和钻孔进行地下水动态观测，对不稳定岸坡应进行监测，并对天然建筑材料进行初查。 3初步设计阶段在选定的坝址、厂址等工程地段进行，全面查明建筑区工程地质条件，选定坝和其他主要建筑物的轴线、型式、规模及有关的工程处理方案，提供各项地质资料、数据和建议。在坝址区，应为最后确定坝轴线、坝型、枢纽总体布置，为初步论证施工方法和工程处理措施提供地质资料和数据。对岩体各风化带的物理力学性质和抗水性，提出坝基开挖深度和有关的处理措施；分层给出各土层的变形模量、压缩系数、允许渗透梯度等参数；对工程有影响的断裂破碎带位置、产状、宽度、性质和影响带的物理力学性质、透水性和产生管涌的临界条件，提出处理措施；预测坝基及绕坝渗漏量及基坑涌水量，防渗处理的范围和深度等。 在水库区，应查明不稳定的边界条件，尤其要分析近坝大滑坡体在水库蓄水后的稳定问题，滑坡激起的涌浪对枢纽建筑物和坝下游的影响，应采取的防范措施；在正常高水位条件下，对浸没和塌岸区范围的预测及防治措施；查明岩溶渗漏地段的渗漏途径和通道，估计渗漏量，确定防渗处理的范围和深度；在构造复杂、有活动性断裂的地区，或地震基本烈度7度的地区，应对是否可能产生水库诱发地震的条件作出评价，必要时应开始建立和进行断裂活动性或地震的监测。本阶段勘察方法以勘探、试验工作为主，且尽量采用综合性勘探。每一可能坝线应有坝轴线及上下游辅助勘探剖面和一定数量的纵剖面，主要建筑物应有轴线和横向勘探剖面，一般孔深为1312坝高。大型和重要工程，一般均需布置重型坑探工程及大口径钻孔，有时还需布置河底平洞，以查清河底基岩的地质构造。拱坝坝肩应在不同的高程和方向上布置重型坑探工程，以控制各种滑动结构面及变形影响范围。岩溶区应按需要布置一定数量控制性深孔。岩土物理力学性质试验应依照室内试验与野外试验相结合的原则，同时，继续进行各个项目的长期观测工作。 4施工图设计阶段核实和修正已有地质资料、结论与数据，查明初步设计审查中或审查后新提出的工程地质问题，进行专题研究；进行施工地质编录、预报和基坑验收；提出工程运行期间观测工作布置方案、观测项目和要求。本阶段主要是对新发现问题作补充勘察和评价。此外，应查明施工临时建筑工程布置地段和附属建筑地段的工程地质条件，配合设计、施工，进行地基处理和其他试验工作，勘察施工用水源地，以及进行选定料场的复查等。 10.6 港口工程的工程地质勘察海洋工程包括：港湾工程(港口、船厂、海上架桥、围海造田等)，海洋动力工程(潮汐、波浪及海水温差发电站等)，以海底石油为中心的海洋矿产资源开发工程(海洋石油钻探平台、人工岛、海底贮油罐库及海底输油管等)；海底电缆、地锚工程；海底隧道及海底仓库工程；海中隙望塔、灯塔；军事海洋工程等。可见，海洋工程涉及的范围是相当广泛的，但其中促进海洋工程迅速发展的主要是海洋资源，特别是浅海石油的开发、港口工程及军事海洋工程等。本章将以港口工程和海上钻探平台为代表，论述海洋工程的工程地质勘察工作，着重讨论它们所处的环境特征和主要的工程地质问题。 由于海洋工程的种类繁多，加之海洋工程地质条件随地而异，复杂多变，使得海洋工程地质所涉及的问题既广泛又复杂。特别是水下松软沉积物在强劲多变的海风、海浪、定时涨落的潮汐、川流不息的海流以及地震和海啸等因素的作用下，常常会发生强烈变形甚至失稳而造成严重的地质灾害。如：1929年加拿大格兰特(Grant)浅滩地震引起的海底滑坡和泥流将横跨大西洋的深海电缆折断了数百公里；1964年地震袭击了阿拉斯加威廉王子海峡地区，使约ll08m3的三角洲沉积物倾人海中，造成岸上的码头、仓库等设施均遭到破坏。因此，在海洋工程地质勘察中，必须采取大量的物探、水上钻探、特殊的取样方法和原位试验等手段来查明水下沉积物的成分、结构、物理力学性质及水下滑坡的发育特征和分布规律等，为工程建筑场地的选择和构筑物结构设计提供可靠的地质资料，以确保海洋工程的安全。 10.6.1港口工程地质研究浩瀚海洋给人类提供了无数条不用维修的天然“海上铁路”。港口则是海陆运输的枢纽。海洋运输、内河航运、铁路运输、公路运输等都在这里汇合，它是沿海国家的门户。因此，它是发展海陆交通和巩固国防的重要工程建筑。港口的种类很多，性质和用途也各不相同。按所在位置分可分为海岸港、河口港和内河港，按用途可分为商港、军港、渔港、工业港和避风港；按成因可分为天然港和人工港。天然港是指天然地形所形成的港，它主要分布在海湾和河口处。例如：美国加州海岸，海湾河口很少，所以天然港也很少，而大西洋岸由于海湾、河口多，所以天然港也多。因为那里常有陆地伸人海中作为天然屏障，只需要经常保持足够的水深和增设一些人工码头设施即可使用。人工港则是由人工修建的防波堤围筑而成的一种人工滩外淀泊场。 港口有水域和陆域两大部分。水域包括港航道、港池和锚地，是供船舶航行、运转、锚泊和停泊装卸之用的。要有适当的水深和面积，水流平缓，水面平静；要有进出港的航道，为船舶装卸货物而设的海池，船舶避风和调动用的停泊区；要有防波堤、防潮砂堤、灯塔等建筑。港口的岸上部分称为陆域部分，它是指与水面相毗连、与港务工作直接有关的港区，以供旅客上下船、货物装卸、货物堆存和运转之用。要有码头、栈桥、船坞、船台、仓库、动力站、油库、办公楼、车间及宿舍等建筑物。由于港口工程建筑和种类繁多，各自所处的地质环境不同。因此，它们可能遇到的工程地质问题也是多种多样的。下面着重讨论区域稳定、防波堤和码头等构筑物的地基稳定、港池和航道回淤、港址选择等主要问题。 10.6.1.1港口的主要工程地质问题1区域稳定问题(1)海岸地壳运动和洋面变迁 海岸是海陆相交互的地带，它不仅受到地壳运动的制约，也受到冰川型洋面变迁的影响。其中新构造运动是控制海岸发育的区域性条件，洋面变化则是影响海岸发育的全球性因素。第四纪以来我国海岸线的变迁正是在这两者共同参与和相互作用下发展演变的，只不过在不同的地区和不同时间它们各自所起作用的大小不同而已。从不同性质海岸的空间分布看，区域构造条件和新构造运动一般是控制海岸演变，导致海岸地形差异的主导因素。尤其是我国沿海地区，由于受西太平洋活动构造带的影响，新构造运动比较活跃，其总幅度通常要大于洋面变动的幅度。 (2)地质构造对我国海岸发育的控制作用 我国沿海地形铭刻着新华夏系的烙印，新华夏系隆起带不仅控制着山脉的走向，同时也为山地丘陵海岸的发育奠定了基础；而新华夏系沉降带则为我国东部平原海岸的塑造提供了条件。新华夏系隆起带和沉降带平行排列的特点，反映在海岸类型上则形成山地海岸与平原海岸交替出现的格局。根据我国海岸线的方向与新华夏系构造带走向间的关系，可把我国海岸分为南北不同的两大类型。杭州湾以北，海岸线跨越了几个不同的隆起带和沉降带，由于不同构造带地壳运动的差异比较明显，因而海岸地形亦具有显著的差异性；杭州湾以南，浙闽粤隆起带受到南岭构造带交接作用的影响而呈弧形展布，海岸线也顺应构造线走向而呈弧形弯曲。(3)海岸的升降变化对建港的影响 多数港湾本身基本上处于下降区，而周围的山地则多属于上升区。两者接触带是升降过渡区，常为断裂带，地壳最不稳定。因此，在建港前必须查清港区的地质构造特别是断裂的活动情况。对处于相对下降的港湾，建港后随着海岸的下降，港口将有被淹没的危险，因此必须判明其下降的速度以便合理地布置建筑物；对处于相对上升的港湾，建港后港池将会随地壳的上升而变浅从而使港口失效，所以在建港前也必须判明其上升的速度。2码头及防波堤的地基稳定问题地基允许承载力对码头和防波堤建筑的经济合理和稳定安全具有十分重要的意义。不同类型的建筑物对地基允许承载力的要求是不同的。例如，对造船厂来说，船台和滑道对地基允许承载力的要求最高，一般不得小于67104kPa；重型起重设备和重型建筑物则要求达到5104kPa；而其他附属建筑物则要求不小于3104kPa。码头和防波堤是港口的重型建筑物，而且主要部分甚至全部是建于海底上的。修建前不可能整平地基，会因地基导致建筑物静荷载合力的作用点偏离地基中心，使地基承受倾斜力；强大海浪海流的拖曳作用也会在地基承压面上产生一个偏心力。像这样的倾斜负荷和偏心负荷，使地基更易发生变形破坏。因此，这些建筑物对地基允许承载力的要求更高，最好是修在基岩或砂砾石地基上。 3港池和航道的回淤问题港口建成以后，要使之能正常运行，就必须保证港池和航道不被回淤。以保持适当的水深，利于船舶的淀泊和航行。回淤问题之所以会发生，主要是因为河水、海浪和岸流等经常把大量的漂砂带到海港里来，使港门和港池的水深变浅。如果某些工程的布置不合理，就会加剧这种作用。如台东大武渔港就是一个典型实例，该港面临台风甚多的太平洋，风浪特大，漂砂严重，建港条件很不理想，加之在建港之前对地质、海流和漂砂的情况、港门的合理方向等未作仔细地调查研究便冒然施工，结果在所建的防波堤还未能发挥作用之前，便由于干扰了当地的海流和漂砂的自然状况而引起港门淤塞，使内港成为一池死水，工程陷于瘫痪。 防止回淤措施一般包括两方面：一是阻止淤积物进入港口，最常用的办法是将淤积物拦于港外或引导到别处沉积；二是把已经进入港口的淤积物采用浚挖或冲刷的办法清除。4港址选择问题(1)港址的基本要求 选择港址不仅要重视自然条件，还应考虑社会、经济因素。良好的港址能够加快施工速度、缩短建设时间、节省建设投资，内部配置合理、经营管理便利，船舶运转安全、迅速、维修工作量少，有利于降低运输费用。它应满足以下具体要求： 港湾应具有宽阔的水域以便于船舶自由进出和回旋；港池和航道有较大的水深(一般不小于12m)以便较大船舶的进出和停泊；港口水域最好有天然掩护，如必须建造防波堤时，则应有较好的地基条件，以保证防波堤的安全和经济；冲、淤不强烈，以保证港池和航道的稳定和预计的水深；要有方便的船舶靠锚地，所以海底不能有太多岩石，也不能有太多砂或全是泥；有足够的陆域面积，以便于港口作业区和各种建筑物合理布置。还要有码头重型建筑物的良好地基；海港地处国防前哨，是国家的门户、水陆交通的枢纽，必须满足国防和战备要求；有足够的电源和水源，有良好的施工场地，建筑材料供应方便并尽可能就地取材以减少运输费用；与城市有良好的联系和配合；岸线长度和水、陆域，均应有港口进一步发展的余地。 (2)港址的选择 港址的选择在满足上述基本要求的前提下，必须对所在海区或河段的地质、地貌成因、形态特征和变化、发育阶段有充分的了解和正确的判断。例如，我国沿海从南到北普遍存在软粘土层，按其颗粒组成和物理力学性质，大致可分为四类，即淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土和淤泥质混砂。这几类土具有天然含水量高、孔隙比和压缩系数大、透水性和强度低的特性，尤其是淤泥。10.6.2离岸建筑的工程地质研究1离岸建筑的地质环境 离岸建筑是指那些建筑在距离海岸相当远的海中建筑物，也称为岸外建筑。除防波堤外，按其用途还有海洋钻探平台、海上灯塔、人工岛、海上飞机场、海上油池和海洋资料收集塔台等。它们的稳定与安全除与所处地区海底的地质环境有关外，还要受到海浪海流和海啸等因素的影响。如1877年海浪将苏格兰北部一小港的防波堤冲毁，搬走的混凝土重达2600t，该港附近海岬上的一所灯塔，虽然屹立在91m高的悬崖上，其玻璃窗仍被海浪激起的石子所击碎。海啸的威力更是使人触目惊心。按其成因海啸可分地震海啸、火山海啸和台风海啸。1960年5月智利的89级地震引起的巨大海啸波浪高达25m，以智利中部沿海为中心，在辽阔的太平洋上迅速扩展出去，22小时后海啸波浪行程17000km到达日本，浪高仍有81m。巨浪排山倒海地冲上海岸，破坏了防波堤、冲毁了房屋，造成了毁灭性的灾难，损失惨重。海底火山爆发也可能引起海啸。如果在火山爆发过程中伴随有山体大塌陷，就会引起更大的海啸。如1883年印度尼西亚喀拉托火山爆发，使这个面积达80km2火山岛有23陷入海底，在原地形成一个深逾200m的火山口湖，引起海啸波浪高达40m，扫荡了周围各岛屿，摧毁了295个村庄，使3万多人葬身鱼腹。台风海啸同样具有惊人的破坏力。每当强台风登陆时，雷霆万钧的风力驱动着排排巨浪扑向海岸，加上台风内部气压很低吸引水位上涨，若恰逢大潮汛，常会酿成严重灾难。这里，主要介绍有关海洋钻探平台稳定性问题。 2海洋钻探平台稳定性问题海洋钻探必需设置钻探平台。随着海洋工程的发展特别是海底油气田的开发，海洋钻探也由固定型逐渐发展到活动型、浮船型、半沉型。特别是巨大的浮式半沉型钻探平台的出现，更说明了海洋钻探技术已发展到了一个新的阶段。浮式钻探平台可用在深逾200m海域。以往当钻头一旦磨损，井孔就必须竣工或报废。这是因为把钻头提出水面以上予以更换后，很难再放回到原孔之内。目前的解决办法是在井孔口上留置一回钻漏斗，当新钻具往下放的时候，它所带的声纳扫描器可以把漏斗的位置找到，从而便可将钻头放回原孔之内。 海上钻探平台的地基是否稳定，特别是在风浪等因素作用下是否会因地基的变形失稳而导致钻探平台的滑移倾倒，这是应该高度重视的问题。1969年8月17日卡米尔飓风袭击了墨西哥的路易斯安那沿海地区，致使该处当时世界上工作水深最大的一座固定式海上钻探平台倒塌，造成了巨大的损失，仅被破坏的设备就价值1亿多美元。其原因是由于暴风波浪对海底沉积物的扰动，强度降低，进而向海底上坡方向滑塌，对平台的基础构件造成巨大的水平作用力使其发生弯曲破坏，导致了平台的倒塌。因此，对拟定平台位置的海底地质情况进行调查研究，判明海底沉积物的性质、厚度、分布规律等，为评价钻井平台地基稳定性，提供可靠的地质资料。10.6.3海洋建筑工程地质勘察要点10.6.3.1港口工程地质勘察要点大中型港口的工程地质勘察一般与设计阶段相对应，划分为选址勘察、初步设计工程地质勘察和施工图设计工程地质勘察三个阶段。1选址工程地质勘察 选址勘察的目的是概略地了解拟建港址的工程地质条件，为综合评价港址的建设适宜性提供工程地质资料。采用的勘察方法主要是收集已有的资料和现场踏勘。若需要布置勘探工作时，河港勘探点的间距顺岸向一般为300500m，垂岸向100200m；海港勘探点间距一般为500l 000m，当基岩埋藏较浅时可适当加密。勘探深度一般均不超过40m。勘探宜采用标贯试验等方法。2初步设计阶段工程地质勘察初勘的目的是为在已选定的港址上合理地确定建筑的总体布置、结构型式、基础类型和施工方法等提供工程地质资料。应全面地调查港址区的工程地质条件，为研究关键性工程地质问题和合理地布置勘探工作提供依据。经调查后尚需进行工程地质测绘时，测绘的范围视具体情况确定，比例尺一般采用12000l5000。勘探工作中应在充分考虑港址特点、建筑物类型、已有工程地质资料等的基础上来布置。在河港区，勘探线应垂直岩向布置，勘探点间距在岸坡区应小于相邻的水域、陆域；在海港区，勘探线应平行水工建筑物长轴方向布置。勘探线、点的间距和勘探孔深度，应根据勘探目的、地貌和地层变化、不良地质现象等条件，按表1016和表1017确定。此外，场地内的每一地貌单元和可能布置重型建筑物的地段至少应有一个控制性勘探点。 3施工图设计阶段工程地质勘察 本阶段勘察的目的是为地基基础设计、施工和拟定防治不良地质现象的措施提供工程地质资料。采用的主要勘察手段是勘探和测试。 勘探应根据工程类型、建筑物特点、基础类型、荷载情况、岩土性质，并结合所需查明的问题来确定勘探点位置、数量和深度等。一般布置和深度要求见表1018(P178)和表1019。 港口建筑地基计算所需的岩土物理力学指标及取样要求，应根据岩土类别及分布特征按设计计算的需要确定。重点取土区的取样间距一般为1m，土层变化大时则应增加取样；非重点取土区的取样间距一般不超过2m。当地基岩土不易取样或不宜作室内试验时，应采用现场载荷试验、静力触探、十字板剪力试验等方法进行原位测试。 10.6.3.2离岸建筑工程地质勘察的特点由于海洋环境的特殊性，离岸建筑在勘察方法的选用上也有其独特之处，这主要表现在物探、挖探和现场原位测试的大量采用上。1.物探工作大量采用物探方法是海洋工程地质勘察的一个重要特点。目前广泛应用的物探方法主要有以下三种方法。(1)声波摄像勘探 此法是用声波侧向扫描仪进行的，它不仅能够分析海底地形地貌、判断海底地质的种类和分布，而且对分析海底地质构造也是大有用处的。所以它是目前测制海底地质图的一种重要手段。(2)声波勘探 声波勘探是一种广泛用来研究水下地质的一种方法。它是用火花发生器作为震源，再接收从海底和海底下岩体内的各个不连续面反射回来的反射波分析判断地质断面的方法。(3)弹性波勘探 弹性波勘探是当前了解岩体性状、断层位置和覆盖层厚度最适用的方法。弹性波勘探是采用气枪作为震源，在海底设少数几个接收点，以移动震源点获得记录。2挖探在海洋工程地质的直接勘探方法中，除钻探外，还常用挖探，就是用挖泥船抓取海底岩土。它不仅是取得海底岩土试样的一种重要方法，而且当采取的点相当多时就可以绘制出精度较高的海底地质图，特别是和声波摄像勘探结合进行，能收到良好的效果。3采样和原位试验海洋工程地质勘察除结合挖探、钻探等采取一定数量的扰动和原状试样进行实验室研究外，还要进行大量的现场原位试验。常用的方法有十字板剪切试验、深层载荷试验、触探和标贯试验等。 复习思考题： 1.城市规划的主要工程地质问题有哪些？2.城址选择的依据是什么？3.城市规划工程地质勘察要点在哪？分为哪些阶段？4.了解工业与民用建筑工程的工程地质勘察？5.高层及超高层建筑的主要工程地质问题是什么？6.道路选线的工程地质论证主要包括哪些？7.路基的主要工程地质问题是什么？8.地下工程的主要工程地质问题是什么？9.港口的主要工程地质问题是什么？