3.2. 钻探工程

钻探方法的适用范围：
钻探方法
黏性土
旋转钻探
回转
无岩芯钻探
岩芯钻探
冲击
冲击钻探 捶击钻探
振动钻探
冲洗钻探
＋＋ ＋＋ ＋＋
－ ＋＋ ＋＋
＋
钻进地层
粉土
砂土
碎石土
＋ ＋＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋＋ ＋＋
＋ ＋＋ ＋＋ ＋＋ ＋＋ ＋＋ ＋＋
－ ＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋ －
岩石
－ ＋＋ ＋＋ － － － －
勘察要求
手捻试验：
将稍湿或硬塑的小土块在手中捻捏，然后用拇指和食指将土捏成片状， 根据手感和土片光滑度按下列规定区分土的塑性。 手滑腻，无砂，捻面光滑为塑性高； 稍有滑腻，有砂粒，捻面稍有光滑者为塑性中等； 稍有粘性，砂感强，捻面粗糙为塑性低。
2. 岩土工程钻探的特点
钻探是用一定的设备、工具（主要是钻机）来破碎地壳岩石或土层，在地壳 中形成一个直径较小、深度较大的钻孔，可取岩芯或不取岩芯来了解地层深部 地质情况的过程。
（1）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 工作的条件，最大限度地发挥综合效益；勘探深度大，效率较高。、
4.岩土工程常用的钻探方法
我国岩土工程钻探常用的方法有回转钻探、冲击钻探、 振动钻探和冲洗钻探。其中机械回转钻探的钻进效率高， 孔深大，又能采取岩心，在岩土工程钻探中使用最广。
(1)回转钻进
通过钻杆将旋转扭矩传递到孔底钻头，同时施加一定的 轴向力实现钻进。回转钻进根据钻头主要类型和功能又分 为螺旋钻进、环形钻进（岩芯钻进）和无岩芯钻进等三类。
(5)为保持地基土的天然湿度，正确测定土层含水量，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；同 时注意观测地下水的初见水位和稳定水位。
(6)钻孔水文地质观测和水文地质试验是岩土工程钻探的重要内容，借以 了解岩土的含水性，发现含水层并确定其水位(水头)和涌水量大小，掌握各 含水层之间的水力联系，测定岩土的渗透系数等。按水文地质要求观测,要分 层止水，以进行不同含水层的水位观测。
（2）粉土（Q4al+pl）：褐黄色，稍密，湿，含蜗牛壳碎片。摇振反应中等，无 光 泽 反 应 ， 干 强 度 低 ， 韧 性 低 ， 高 压 缩 性 。 该 层 厚 度 0.60~2.90m ， 平 均 厚 度 1.63m。
（3）粉质粘土（Q4al+pl）：浅灰色，软~可塑。摇振反应无，光泽反应中等，干 强度中等，韧性中等，高压缩性。该层厚度2.60~4.80m，平均厚度3.80m。
录的项目及应取得的成果资料有：钻孔柱状剖面图、岩心素描(或照相)、钻 进观测、试验记录图及水文地质日志等。 （4）说明钻探结束后对钻孔的处理
钻孔完工后，可根据不同要求选用合适材料进行回填。临近堤防的钻孔 应采用干泥球回填，泥球直径以2cm左右为宜，回填是均匀投放，每回填2m进 行一次捣实。对隔水有特殊要求的，可用4：1水泥、膨润土浆液通过泥浆泵 由孔底逐渐向上灌注回填。
根据上述渗水和吸水反应快慢，分为： 立即渗水和吸水-----反应快 渗水和吸水中等-----反应中等 渗水和吸水慢及不吸不渗者-----反应慢或无反应。 光泽反应 ：用小刀切开稍湿的土，并用小刀抹土面，看土面是否呈现光泽。 分为有光泽和无光泽两种。高液限的粘性土通常有光泽，低液限粘性土 或粉质土通常无光泽反应。
(f)岩石：地质年代、地质名称、风化程度、颜色、主要矿物、结构、构造 和岩石质量指标RQD。对沉积岩应着重描述沉积物的颗粒大小、形状、胶结 物成分和胶结程度；对岩浆岩和变质岩应着重描述矿物结晶大小和结晶程度。
（1）耕植土（Q4ml）：主要为褐黄色粉土，部分地段有薄层粉砂和少量建筑垃 圾。特别松散，不均匀。该层厚度0.20~0.50m，平均厚度0.35m。
钻孔记录与编录的内容包括： （1）岩心观察、描述和编录
对岩心的描述包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质等方面。 不同类型的岩土其岩性描述的内容为：
(a)碎石土：碎石土应描述颗粒级配、颗粒形状、颗粒排列、母岩成分、 风化程度、充填物的性质和充填程度、密实度等。
(b)砂类土：颜色、矿物组成源自文库颗粒级配、颗粒形状、粘粒含量、湿度、 密实度等。
直观鉴别， 直观鉴别，
采取不扰 采取扰动
动土样
土样
＋＋
＋＋
－
－
＋＋
＋＋
－
－
＋＋
＋＋
＋
＋＋
－
－
注：++ 表示适用；+ 表示部分适用；- 表示不适用。
钻探的基本程序：
（1）破碎岩土 全面钻进：将孔底岩土全部破碎成粉未或小块的钻进方法； 取心钻进：在钻进过程中只破坏环状部分岩土，中间岩土心保留的钻
进方法； （2）采取岩心及排除破碎岩土 用取样器等取出岩土心； 用流体（泥浆、清水、乳化液等）作为循环介质，将破碎的岩屑、土
(c)下入套管来支撑孔壁。护壁可靠，但成本较高。
钻探的一些要求：
① 钻进深度和岩土分层深度的量测精度，不应低于±5cm； ② 应严格控制非连续取芯钻进的回次进尺，使分层精度符合要求； ③ 对鉴别地层天然湿度的钻孔，在地下水位以上应进行干钻；当必须加水或使 用循环液时，应采用双层岩芯管钻进； ④ 岩芯钻探的岩芯采取率，对完整和较完整岩体不应低于80%,较破碎和破碎 岩体不应低于65%，对需重点查明的部位(滑动带、软弱夹层等)应采用双层岩芯 管连续取芯； ⑤ 当需确定岩石质量指标RQD时，应采用75mm 口径(N 型)双层岩芯管和金刚 石钻头； ⑥ 定向钻进的钻孔应分段进行孔斜测量；倾角和方位的量测精度应分别为±0.1 度和3.0度。
(c)粉土：颜色、包含物、湿度、密实度、摇震反应、光泽反应、干强 度、韧性等。
(d)粘性土：颜色、状态、包含物、光泽反应、摇震反应、干强度、韧性、 土层结构等。
(e) 特殊性土除应描述上述相应土类规定的内容外，尚应描述其特殊成分 和特殊性质；如对淤泥尚需描述嗅味，对填土尚需描述物质成分、堆积年代、 密实度和厚度的均匀程度等；
（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。
3. 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
(3)振动钻进
通过钻杆将振动器激发的高速振动传递至孔底管状钻头，同时在一定的轴 向压力下将钻头贯入土中。对孔底扰动大，影响高质量土样的采取。常用于 黏性土层、砂层以及粒径较小的卵石、碎石层
(4)冲洗钻进
通过高压射水破坏孔底土层实现钻进。适用于砂层、粉土层和不太坚硬的 粘性土层。冲出地面的粉屑是各土层的混合物，难以确定地层岩性的划分。
3.2 钻探
本节主要内容 1.钻探工程的主要作用 2.岩土工程钻探的特点 3.岩土工程钻探的特殊要求 4.岩土工程常用的钻探方法 5.钻孔设计 6.钻孔记录和编录
1.钻探工程的主要作用
①获得用于鉴别、分类和试验的岩芯和土样，划分地层； ②了解地质构造和不良地质作用的分布； ③在孔内进行岩土工程性能原位测试、水文地质试验、 测井和现场监测； ④获得有关地下水情况的资料
层深度，正确鉴别土层天然的结构、密度和湿度状态。为保证分层准确，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。
(2)在饱和软土或砂卵石层中钻进时，易发生孔壁坍塌或缩径，需采用护壁
干强度：将风干的小土块用手指捏碎，根据用力的大小可区分为三种情况： 干强度高：捏不碎 干强度中等：用力才能捏碎 干强度低：易于用手捏碎和捏成粉末。
韧性： 将土调和成含水量略高于塑限，柔软而不粘手的土膏，在手掌中搓成 直径约为3mm的土条，根据再揉成土团和搓条的可能性，区分土的韧性：
韧性高：能再揉成土团，并能再搓成条，手指捏不碎。 韧性中等：可再揉成团，手指稍捏即碎，不能再搓成土条。 韧性低：不能再揉成土团。
(a)螺旋钻进。适用于细粒土，钻头有麻花钻头、勺形钻 头和提土器等三种。提钻时带出扰动土样，供岩性鉴定及 分类之用。
(b)环形钻进。钻头采用合金钻头、钢粒钻头或金钢石钻 头，适用于土层及岩层，对孔底作环形切削研磨，环形中 心保留柱状岩芯，提出后可供鉴定岩性和试验之用。
(2)冲击钻进
利用钻具自重冲击破碎孔底，破碎后的岩粉、岩屑由循环液冲出地面。冲 击钻进只能通过岩粉、岩屑和感觉判断地层的变化，对孔壁、孔底扰动较大， 一般是配合回转钻进， 冲击钻进可应用于多种土类以至岩层，对卵石、碎石、 漂石、块石尤为适合。
块输送到地表。
（3）护壁
在地壳中形成钻孔后，钻孔周围的地层平衡状态被破坏，可能会 引起孔壁坍塌，因此必须对孔壁进行加固处理：
(a)借助于循环液中的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持孔壁 稳定；
(b)用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的有粘稠的 泥浆、或加入泥浆处理剂或堵漏剂，如氰凝、丙凝等。
（2）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。
50-70 Mz-J
含砾粘土 回转 190
含漂砾 卵砾石 强风化 花岗岩 弱风化 花岗岩
冲击 130
回转 （钢砂）
110
金刚石 91
套管
219 168 127
工程地质 要求
取原状土 样
动探、
扰动样 原状样、
静探
动探、抽 水试验
压水试验
取岩样
（3）岩土工程要求 包括岩心采取率、取样、试验、观测、止水及编录等各方面的要求。编
5. 钻孔设计
为充分论证钻探工作的布置并逐孔编制钻孔设计书内容。 （1）钻孔目的及地形地质概况。 （2）钻孔类型、深度及钻孔结构设计。
深度 地质年代
0-3m
Q4 al
3-7
Q3al-pl
岩性 粘土 砂土
钻进方 式
孔径
回转 250
冲击 250
7-15
Q3al-pl
15-40
Q2 fgl
40-50 Mz-J
6.钻孔记录和编录
钻孔记录和编录是钻进过程的详细文字记载，也是岩土工程钻探最基本的原始 资料。因此在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作，以全面、准确地 反映钻探工程的第一手地质资料。
《规范》规定，钻孔的记录和编录应符合下列要求： (a)野外记录应由经过专业训练的人员承担；记录应真实及时，按钻进回次逐段 填写，严禁事后追记； (b)钻探现场可采用肉眼鉴别和手触方法，有条件或勘察工作有明确要求时，可 采用微型贯入仪等定量化、标准化的方法； (c)钻探成果可用钻孔野外柱状图或分层记录表示；岩土芯样可根据工程要求保 存一定期限或长期保存，亦可拍摄岩芯、土芯彩照纳入勘察成果资料。
（4）粉土（Q4al+pl）：浅灰~灰褐色，稍密，湿，局部夹粉质粘土。摇振反应中 等，无光泽反应，干强度低，韧性低。高压缩性。该层厚度0.90~3.00m，平均厚 度1.92m。
土的鉴别方法
摇振反应：将软塑或流动的小土块捏成土球，放在手掌上反复摇晃，并以另 一手掌振击此手掌，土中自由水将渗出，球面呈现光泽，用二手指捏土球， 放松后水又被吸入，光泽消失。
措施，通常用套管跟进护壁或泥浆护壁两种方法。
(3)岩心采取率是衡量岩石钻探质量的重要指标。《规范》中规定，对一 般岩石岩芯采取率不应低于80%，破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至关重 要的破碎带、滑动带及软弱夹层，为保证钻探质量和岩芯采取率，应采用双层 岩心管连续取芯。
(4)在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采取岩土样。坚 硬岩石的取样可利用岩心，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取 特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样，需配备取土器，并应注意取样方法 和操作工序，尽量使土样不受或少受扰动。采取饱和软粘土和砂类土的原状土 样，还需使用特制的取土器。