勘探与取样

第一节岩土工程勘探的任务、特点和手段

岩土工程实践是在地壳表层某一深度范围内进行的，因此须查明这一深度范围内岩土体的空间分布情况及其工程性质以及地下水等条件。上一章所论述的工程地质测绘，主要是调查建筑场地工程地质条件在地表的特征，并藉以推断地下的情况。确切查明地下地质情况的基本方法是勘探工作。下面分别就岩土工程勘探的任务、特点和手段三方面进行讨论。

一、岩土工程勘探的任务

岩土工程勘探的任务，主要有以下各项:

(1)详细研究建筑场地或建筑地段的岩土体和地质构造。

●研究各地层的岩性特征、厚度及其横向变化，按岩性详细划分地层，尤其须注意软弱岩

层的岩性及其空间分布情况；

●确定天然状态下各岩土层的结构和性质；基岩的风化深度和不同风化程度的岩石性质，

划分风化带；

●研究岩层的产状；

●断层破碎带的位置、宽度和性质；

●节理、裂隙发育程度及随深度的变化，作裂隙定量指标的统计。

(2)研究水文地质条件。

●了解岩土的含水性，查明含水层、透水层和隔水层的分布、厚度、性质及其变化；

●各含水层地下水的水位(水头)、水量和水质；

●借助水文地质试验和监测，以了解岩土的透水性和地下水动态变化。

(3)研究地貌和不良地质现象。

●查明各种地貌形态，如河谷阶地、洪积扇、斜坡等的位置、规模和结构；

●研究各种不良地质现象，如滑坡的范围、滑动面位置和形态、滑体的物质和结构；

●岩溶的分布、发育深度、形态及充填情况等。

(4)取样及提供野外试验条件。

●从勘探工程中采取岩土样和水样，供室内岩土试验和水质分析鉴定用；

●在勘探工程中可作各种原位测试，如载荷试验、标准贯入试验、剪切试验、波速测试等

岩土物理力学性质试验，岩体地应力量测，水文地质试验以及岩土体加固与改良的试验等。

(5)提供检验与监测的条件。

●利用勘探工程布置岩土体性状、地下水和不良地质现象的监测、地基加固与改良和桩基

础的检验与监测。

(6)其他。

●如进行孔中摄影及孔中电视，喷锚支护灌浆处理钻孔，基坑施工降水钻孔，灌注桩钻

孔，施工廊道和导坑等。

二、岩土工程勘探的特点

由于岩土工程勘探承担上述各项任务，它必然具有如下特点：

(1)勘探范围取决于场地评价和工程影响所涉及的空间，除了深埋隧道和为了解专门地质问题而进行的勘探外，通常限定于地表以下较浅的深度范围内。

(2)除了深入岩体的地下工程和某些特殊工程外，大多数工程都坐落于第四系土层或基岩风化壳上。为了工程安全、经济和正常使用，对这一部分地质体的研究应特别详细。例如，应按土体的成分、结构和工程性质详细划分土层，尤其是软弱土层需给予特别的注意。风化岩体要根据其风化特性进行风化壳垂直分带。

(3)为了准确查明岩土的物理力学性质，在勘探过程中必须注意保持岩土的天然结构和天然湿度，尽量减少人为的扰动破坏。为此需要采用一些特殊的勘探技术。

(4)为了实现地质、水文地质、岩土工程性质的综合研究，以及与现场试验、监测等紧密结合，要求岩土工程勘探发挥综合效益，对勘探工程的结构、布置和施工顺序也有特殊的要求。

三、岩土工程勘探的手段

岩土工程勘探常用的手段有钻探工程、坑探工程及地球物理勘探三类。钻探和坑探工程是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况。钻探工程是使用最广泛的一类勘探手段，普遍应用于各类工程的勘探；由于它对一些重要的地质体或地质现象有时可能会误判、遗漏，所以也称它为“半直接”勘探手段。坑探工程勘探人员可以在其中观察编录，以掌握地质结构的细节；但是重型坑探工程耗资高，勘探周期长，使用时应具经济观点。

地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段，它可以简便而迅速地探测地下地质情况，且具有立体透视性的优点。但其勘探成果具多解性，使用时往往受到一些条件的局限。

考虑到三类勘探手段的特点，布置勘探工作时应综合使用，互为补充。可行性研究勘察阶段的任务，是对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价，主要进行工程地质测绘，勘探往往是配合测绘工作而开展的，而且较多地使用物探手段，钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。初步勘察阶段应对建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，勘探工作比重较大，以钻探工程为主，并利用勘探工程取样，作原位测试和监测。在详细勘察阶段，须提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，并应对基础设计、地基处理以及不良地质现象的防治等具体方案作出论证和建议，以满足施工图设计的要求。因此须进行直接勘探，与其配合还应进行大量的原位测试工作。各类工程勘探坑孔的密度和深度都有详细严格的规定。在复杂地质条件下或特殊的岩土工程(或地区)，还应布置重型坑探工程。此阶段的物探工作主要为测井，以便沿勘探井孔研究地质剖面和地下水分布等。

四、勘探工作量的合理使用

根据水电工程地质勘察统计资料，已建工程的勘探工作量与下列因素有关：

1、工程建筑物的规模、尺寸、地质复杂程度；

2、工程地质问题的研究深度；

3、规划设计方案的变化；

4、管理体制和目的性方面的缺陷，盲目追求工作量；

5、规划设计单位的变更。

水电工程中勘探工作量的指标：勘探指数=勘探工程进尺/ （坝长×坝高）统计表明，勘探指数与岩石类型有关，其由高到低顺序：石灰岩、白云岩、花岗岩、砂泥岩互层、变质岩、片岩、片麻岩、砂板岩。国内各水电工程的勘探指数一般高于国外工程的勘探指数33%—75%，最高达数倍。除技术原因外，反映了体制和工作目的性的问题。勘察费用/工程建设费用=1—4%，与地质条件及工程重要性有关，简单场地0.5—1%，复杂场地2%，地下工程3%，重大工程复杂条件4%。

第二节钻探工程

一、岩土工程钻探的特点

在岩土工程勘察中，钻探是最常用的一类勘探手段。与坑探、物探相比较，钻探有其突出的优点，它可以在各种环境下进行，一般不受地形、地质条件的限制；能直接观察岩心和取样，勘探精度较高；能提供作原位测试和监测工作，最大限度地发挥综合效益；勘探深度大，效率较高。因此，不同类型、结构和规模的建筑物，不同的勘察阶段，不同环境和工程地质条件下，凡是布置勘探工作的地段，一般均需采用此类勘探手段。与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特点：

(1)钻探工程的布置，不仅要考虑自然地质条件，还需结合工程类型及其结构特点。如房屋建筑与构筑物一般应按建筑物的轮廓线布孔。

(2)除了深埋隧道以及为了解专门地质问题而进行的钻探外，孔深一般十余米至数十米，所以经常采用小型、轻便的钻机。

(3)钻孔多具综合目的，除了查明地质条件外，还要取样、作原位测试和监测等；有些原位测试往往与钻进同步进行，所以不能盲目追求进尺。

(4)在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面，均有特殊的要求。如岩心采取率、分层止水、水文地质观测、采取原状土样和软弱夹层、断层破碎带样品等要求。

二、岩土工程钻探的特殊要求

为了完成勘探工作的任务，岩土工程钻探有以下几项特殊的要求：

(1)土层是岩土工程钻探的主要对象，应可靠地鉴定土层名称，准确判定分层深度，正确鉴别土层天然的结构、密度和湿度状态。为此，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围应为±0.05m，非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内，连续取心的回次进尺应控制在2m以内；某些特殊土类，需根据土体特性选用特殊的钻进方法；在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻，当必须使用冲洗液时应采取双层岩心管钻进。

(2)岩心采取率要求较高。对岩层作岩心钻探时，一般岩石不应低于80%，破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至关重要需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象，为保证获得较高的岩心采取率，应采用相应的钻进方法。例如，尽量减少冲洗液或用干钻，