工程地质勘探取样

工程地质见习
一、工程地质的勘探
1.1工程地质勘探的任务
工程地质勘探一般在工程地质测绘的基础上进行。

它可以直接深入地下岩层取得所需的工程地质条件资料，是探明深部地质情况的可靠的方法。

工程地质勘探的主要方式有工程地质钻探、坑探和物探，其主要任务为：
（1）探明建筑场地的岩性及地质构造，即以及各地层的厚度、性质及其变化；划分地层并确定其接触关系；以及基岩的风化程度、划分风化带；研究岩层的产状、裂隙发育程度及其随深度的变化；研究褶皱、断裂、破碎带以及其他地质构造的空间分布和变化。

（2）探明水文地质条件，即含水层、隔水层的分布、埋深、厚度、性质及地下水位。

（3）探明地面及物理地质现象，包括河谷阶地、冲洪积扇、坡积层的位置和土层结构；溶岩的规模及发育程度；滑坡及泥石流的分布、范围、特性等。

（4）提取岩土样及水样，提供野外试验条件。

从钻孔或勘探点去岩土样或水样，提供室内试验、分析、鉴定之用。

勘探所形成的坑孔可为现场原位试验提供场所和条件。

1.2工程地质勘探的方法
1.2.1工程地质坑、槽探
坑探的种类有探槽、探坑和探井。

探槽是在挖掘成长条形且两壁常为倾斜上宽下窄的槽子，其断面有梯形或阶梯型两种。

较深的探槽两壁要进行必要的支护以策安全。

探槽一般在覆盖土层小于3.0m时使用。

它适用于了解地质构造线、断裂破碎带宽度、地层分界线、岩脉宽度及其延伸方向和采取原状土试样等。

凡挖掘深度不大且形状不一的坑，或成矩形的较短的探槽状的坑为探坑。

探坑的深度一般为1.0～2.0m，与土层的目的相同。

探井一般深度都大于 3.0m，其断面形状为方形、矩形和圆形。

圆形探井在水平方向能承受较大的侧压力，比其他形状的探井安全。

1.2.2钻探过程和钻进方法
钻探过程中有三个基本程序：
（1）破碎岩土：在工程地质钻探中广泛采用人力和机械方法，使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩土块或岩土芯的现象，叫做破碎岩土。

岩土的破碎是借助于冲击力、剪切力、研磨和压力来实现的。

（2）采取岩土：用冲洗液（或压缩空气）将破碎的碎屑冲到孔外，或者用钻具（抽筒、勺形钻头、螺旋钻头、取土器、岩芯管等）靠人力或机械将孔底的碎屑或样芯取出于地面。

（3）保全孔壁：为了顺利地进行钻探工作，必须保护好孔壁，不使其坍塌。

一般使用套管和泥浆来护壁。

工程地质钻探钻进的方法：
（1）冲击钻进
冲击钻进法采用底部圆环状钻头。

钻进时将钻具提升到一定高度，利用钻具自重，迅猛放落，钻具在下落时产生冲击动能，冲击孔底岩土层，使岩土层达到破碎之目的而加深钻孔。

（2）回转钻进
回转钻进法采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进。

钻进中施加钻压，使钻头在回转中切入岩土层，达到加深钻孔的目的。

在土质地层中钻进，有时为有效地完整地揭露标准地层，还可以采用勺形钻钻头进行钻进。

（3）冲击-回转钻进
冲击-回转钻进综合了前两种钻进方法在地层钻进中的优点，以达到提高钻进效率的目的。

其工作原理是：在钻进过程中，钻头克取岩石时，施加一定的动力，对岩石产生冲击作用，使岩石的破碎速度加快，破坏粒度比回转剪切粒度增
大。

同时由于冲击力的作用使硬质合金刻入岩石深度增加，在回转中将岩石剪切掉。

这样就大大提高了钻进的效率。

（4）冲击-回转-振动钻进
冲击-回转-振动钻进综合了前三种钻进方法在地层钻进中的优点，以达到提高钻进效率的目的。

采用机械动力所产生的振动力，通过连接杆和钻具传到圆筒形钻头周围土中。

二、工程地质取样
工程地质取样是为给岩土特性进行鉴定和各种室内试验提供所需要的样品而进行的工作。

2.1 钻孔取样的操作
土样质量的优劣，不仅取决于取土器具，还取决于取样全过程的各项操作是否恰当。

2.1.1钻进要求
(a)使用合适的钻具与钻进方法。

一般应采用较平稳的回转式钻进。

若采用冲击、振动、水冲等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。

在地下水位以上一般应采用干钻方式。

(b)在软土、砂土中宜用泥浆护壁。

若使用套管护壁，应注意旋入套管时管靴对土层的扰动，且套管底部应限制在预计取样深度以上大于3倍孔径的距离。

(c)应注意保持钻孔内的水头等于或稍高于地下水位，以避免产生孔底管涌，在饱和粉、细砂土中尤应注意。

2.1.2取样要求
原状土取样：
（1）采取原状土样的钻孔，其孔径必须要比取土器外径大一个等级；
（2）地下水位以上应采用干法钻进，不得注水或使用冲洗液，地下水位以下钻进时应采用通气通水的螺旋钻头、提土器或岩芯钻头。

在鉴别地层方面无严格要求时，也可以采用侧喷式冲洗钻头成孔，但不得采用底喷式冲洗钻头。

当土质较硬时，可采用二（三）重管回转取土器，取土钻进合并进行；
（3）在饱和黏性土、粉土、砂土中钻进时，宜采用泥浆护壁。

采用套管时，应先钻进再跟进套管，套管下设深度与取样位置之间应保留三倍管径以上的距离，不得向未钻过孔的土层中强行击人套管；
（4）钻进宜采用回转方式，在采取原状土样钻孔中，不宜采用振动或冲击方式钻进；
（5）取土器下放之前应清孔。

采用敞口式取样器时，残留浮土厚度不得超过5cm。

（6）取土器应平稳下放，不得冲击孔底。

取土器下放后，应核对孔深和钻具长度，发现残留浮土厚度超过要求时，应提起取土器重新清孔。

（7）采取Ⅰ级原状土试样，应采用快速、连续的静压方式贯入取土器，贯入速度不小于 0.1m/s。

当利用钻机的给进系统施压时，应保证具有连续贯入的足够行程。

采取Ⅱ级原状土试样可使用间断静压方式或重锤少击方式。

（8）在压入固定活塞取土器时，应将活塞杆牢固地与钻架连接起来，避免活塞向下移动。

在贯入过程中监视活塞杆的位移变化时，可在活塞杆上设定相对于地面固定点的标志，测记其高差。

活塞杆位移量不得超过总贯入深度的 1%；（9）贯入取样管的深度宜控制在总长的 90%左右。

贯入深度应在贯入结束后仔细量测并记录；
（10）提升取土器之前，为切断土样与孔底土的联系，可以回转 2~3 圈或者稍加静置之后再提升；
提升取土器应做到均匀平稳，避免磕碰。

2.2回转式取土器取样
1.采用单动、双动二（三）重管采取原状土试样，必须保证平稳回转钻进，
使用的钻杆应事先校直。

为避免钻具抖动，造成土层的扰动，可在取土器上加节重杆；
2.冲洗液宜采用泥浆。

钻进参数宜根据各场地地层特点通过试钻确定或根据
已有经验确定；
3.取样开始时应将泵压、泵量减至能维持钻进的最低限度，然后随着进尺的
增加，逐渐增加至正常值。

4.回转取土器应具有可改变内管超前长度的替换管靴。

内管管口至少应与外
管齐平，随着土质变软，可使内管超前增加至50~150mm。

对软硬交替的土层，宜采用具有自动调节功能的改进型单动二（三）重管取土器；
5.在硬塑以上的硬质黏性土、密实砾砂、碎石土和软岩中，可使用双动三重
管取样器采取原状土试样。

对于非胶结的砂、卵石层，取样时可在底靴加置逆爪。

6.在有充分经验的地区和可靠操作的保证下，采用无泵反循环钻进工艺，用
普通单层岩芯管采取的砂样可作为Ⅱ级原状土试样。

三、工程地质钻探的目的、分类和特点
3.1.1工程地质钻探的目的
1)揭露并划分地层，鉴定和描述岩土的性质和成分； 2)查明地质构造，不利地质现象分布界限及形态等； 3)对孔内采取的岩石样品，进行分析实验，搞清岩石的物理力学性质； 4)查明地下水的类型，水位测量，采取水样，分析地下水的物理化学性质。

5)在钻孔内进行原位测试。

3.1.2工程地质钻探的分类
1) 测绘孔：为工程测绘而钻的浅孔，在孔中采取原状样品以供室内实验适用，以查清建筑物基础的工程地质特征； 2) 勘探孔：在勘察阶段中，了解建筑物的基础的详细地质资料，决定施工方法； 3) 控制孔：是为编制岩性和水文地质剖面进行工程地质分层； 4) 实验孔：是为在孔内进行原位测试、水文地质试验而钻的孔。

3.1.3工程地质钻探的特点
1) 孔浅，一般50米以内； 2) 取未扰动和原状土样； 3) 孔内进行多种多样试验（时间较长，完成后必须止水，以防止地下水的侵入）； 4) 钻进条件变化大，勘察对象分散。

3.2 工程地质钻进方法和工具
钻进方式：岩芯钻探、冲击钻探、回转钻探、小径机械回转钻进及小径冲击回转钻进等等。

机械振动钻进 1.振动钻进应用范围砂、亚砂、亚粘土、粘土地层；孔浅时，钻进效率较高，孔深和岩石较硬时，钻进效率低。

2.机械振动原理振动器带动钻杆和钻头产生周期振动，使周围岩层和土层也产生振动。

由于振动频率较高，岩土层抗剪强度降低，在钻具和振动器自重及振动力的联合作用下，使钻头切入岩土层，从而实现钻进。

螺旋钻进方法螺旋钻进方法是干式钻进，利用螺旋钻头，不断地回转将岩
粉输送到地面或用螺旋钻杆本身将岩屑提到地表地一种钻进方法。

孔径多为120～200mm；孔深为25～50m最深不超过100m。

它适用于1～4级软岩层。

3.3 工程地质钻探的设备
由于工程地质勘察规模日益增大，地下建筑工程日益增多，以往用岩芯钻机代替已满足不了实际工作需要，现已发展不同类型专用钻机。

下面介绍几种：SH30－2型：孔深30m，开孔直径Φ142mm，终孔直径Φ110mm。

汽油机或电动机，回转冲击，取原状土样，适用于各种第四纪松散地层。

GJD－2型：孔深50m，开孔直径Φ150mm，终孔直径Φ110mm，柴油机或电动机，回转冲击振动静压，取土样或岩芯，适用于第四纪地层。

XY-100型：孔深100m，开孔直径Φ90-130mm，终孔直径Φ70-90mm,柴油机，正循环回转液压钻进，适用于各种地层，目前被广泛使用。

4、见习感受
以上就是对岩土工程地质钻探技术的一点认识，对工程地质钻探的目的、分类和特点，提高岩芯采取率的措施及工程钻探事故的处理方法等进行了归纳、总结和分析。

通过对钻探技术的提高，以满足各种工程钻探质量的要求，以及在钻探事故中能提出有效的解救方案，减少人力，才力的大量消耗和防止事故的恶化。

在采取各种技术措施保证钻探质量，获取的原始资料真实可靠的前提下使用既经济又合理的施工方案。