工程地质及施工钻.doc

工程地质及施工钻
工程地质勘察钻探：为了在覆盖层或岩中层获取建筑物所在地基的工程地质资料、岩土层的物理力学性质而钻进的垂直、倾斜或者水平钻孔的全部工作。
第一章 工程地质勘察钻探
第一节 钻进方法
一． 人力冲击和回转钻进
（一） 使用条件
（二） 钻探设备和工具

洛阳铲
（1）—弧形铲 （2）、（3）—圆形铲 （4）—掌形铲 （5）—软湿粘土铲 （6）—稀泥铲 （7）—稀泥铲 （8）—水位以下的稀泥铲（9）—砂土和淤泥稀泥铲（10）风化的岩石铲
（三） 钻进方法
二． 机械振动钻进

双轮双轴振动器作用原理示意图
1—齿轮 2—轴 3—偏心轮

（一） 振动器的作用原理
双轴双轮振动器的作用原理，如图所示。两个偏心论3的形状、尺寸、重量、和偏心距都相同，两轮的轴水平布置，且互相平行，两轴2由齿轮1传动，因而使两个偏心轮的旋转方向相反，而角速度相同和相位角对称。
由图可知，无论两个偏心轮处于任何位置，离心力Q和Q均可分解为两组分力。其中水平分力S和S大小相等水平相反，故相互抵消；而垂直分力P和P大小相等，方向相同，其合力P等于P和P之和。当偏心轮的重心位于水平轴线以上时，合力的方向则向上。因此，合力P将使钻具产生垂直方向的振动。
（二） 振动器
（三） 振动钻进及其工艺
1． 振动钻进
2． 振动钻进工艺参数
3． 振动回转钻进
三． 机械螺旋钻进
（一） 螺旋钻进的特点、分类及应用
（二） 螺旋钻具
（三） 螺旋钻进的工艺参数
第二节 采取砂土样品
一． 取土器的设计要求和技术参数
（一） 取土器的设计要求
（1） 取土器进入土层要顺利，提取时不掉土，所取天然土样符合天然状态下的原状态下的原始结构。
（2） 结构简单，便于加工和操作。
为了避免取土时对土结构的扰动，应考虑下列因素
（3） 土样顶端所所受的压力，包括钻孔中的水拄压力、大气压及土样与取土筒内的阻力所产生的压密。
（4） 土样下端所受的吸力，包括真空吸力、土样本身的内聚力和土样自重。
（5） 取土器进入土层的方法、进入土层的深度和取土器的技术参数等。
（二） 取土器的技术参数

管靴刃口形式图
（1）——单倾斜刃口（2）——双倾斜刃口

管鞋刃口渐缩束节形式图
1—管鞋 2—取土器
二． 取土器的类型及其使用条件

限制球阀取图器
1—接头 2—调节垫片 3—调节螺丝 4—弹簧 5—球 6—异径接头 7—余土管 8—取土衬筒 9—取土管 10—管靴

上提活阀式取土器
1—接头2连接帽3操作杆4橡皮垫活阀5余土管6—取土衬筒7取土管8—管靴

取土器上部封闭装置图

水压活塞式取土器
（a）取土器下入孔底时的状态（b）开始压土时的状态（c）压土后的状态

回转式取土器
1—外管 2—合金钻头 3—内管靴（前刃） 4—内管 5—上接头 6—衬管 7—小孔 8—阀 9—弹簧 10—排水孔 11—爪簧挡圈 12—接头
三． 取土方法
（一） 压入法
通常采用滑轮组合压入法，如图所示。压入法可分为连续压入法断续压入法两种。连续压入法就是用滑轮组合装置，将取土器一次快速的压入地层中，适用于较软地层中的取样；断续压入法就是滑轮组合装置分为二次或者多次压入地层中。击入法可分为孔外击入法和孔内击入法。
（二） 击入法
一般适用于较硬与坚硬土层中的取样，即当用连续压入法或断续压入法无法采用原状土样时采用。
（三） 回转压入法
适用与机械回转钻进的压入式取土器，系采取坚硬土层或极软岩层中的土样或岩石时用，一般当不用上述方法取土时，才采用回转压入法。若须在硬质岩层中采取原状样品时，可在岩芯钻探的岩芯中直接选取原状样品。
四． 影响原状土样采取质量的因素
（一） 钻探方法
（二） 钻探内残土
（三） 钻孔结构和垂直度
（四） 操作方法
（五） 土样的封状保存及运输
五． 砂砾石层、砂层和淤泥层的取样
（一） 砂砾石层取样器
（二） 砂层和淤泥取样器
第三节 压水实验
一． 压水实验
压水实验是鉴定水工建筑物基础岩石的裂隙率和透水性的主要方法，是水利水电工程地质钻探的主要任务之一。所得的资料是水利水电工程设计以及基础处理的依据之一。
压水实验是根据把水压入钻孔时时岩石所吸收的水量，来了解岩石的裂隙率和透水性的。但是，压水实验资料只能相对地表示出岩石的裂隙程度。因为同样的水量，可能是由少量的大裂隙和大量的小裂隙所吸收，故还要综合岩心采取率和岩心样品来考虑。
（一）压水实验对钻孔的要求
（1）钻孔要直，孔壁要光滑一致。
（2）冲洗液要使用清水，不得用泥浆。
（3）清洗钻孔。
（4）实验前要检查动力机和水泵，对压力表、水量表、实验栓塞和管路都要检查。
（二）实验栓塞的种类以及使用方法
压水实验栓塞，有双管和单管栓塞两种两类。
1．双管丝杠收缩式栓塞
（1）双管单栓塞
（2）双管双栓塞
2．单管顶压式栓塞

双管单栓塞结构
1——丝杆收缩装置2——放气阀3——外管4——内管5——水孔6——橡胶栓塞 7——铁垫圈8——滚珠轴承

双管双栓塞下部结构
A——上栓塞B——下栓塞1——外管2——内管3——蜂孔支气管4——橡胶

单管顶压式示意图
1——进水管2——锁帽3——挡肩4——心管5——垫圈6——橡胶7——托盘8——花管（蜂孔支气管）
（三）压水实验的加压方法
1．水泵压水
2．静水柱压水
（四）实验时的观测和记录工作
1．栓塞密封情况的观测
2．稳定水位的观测和记录

二． 触探测试
触探分动力触探和静力触探两类。
（一） 动力触探
动力触探（DPT）是利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入的难易程度（可用贯入度、捶击数或探头单位面积动贯如阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试技术。如将探头换为标准贯入实验（SPT），则称为标准贯入实验。
1．动力触探的作用以及应用范围
（1）划分不同性质的土层：当土层的力学性质有显著差异，而在触探指标上有明显反映时，可利用动力触探进行分层和定性地评价土的均匀性，检查填土质量，探查滑动带、土洞和确定基岩面或碎石土层的埋藏深度等。
（2）确定土的物理力学性质；确定砂土的密实度和粘性土的状抵评定地基土和桩基承栽力，估算土的强度和变形参数等。
动力触探的应用范围

2、动力触探的影响因素
影响动力触探的因素主要有
（1）人为因素
落锤的高度控制和锤击方法；读数量刺方法和精度；触探孔的垂直程度；在钻孔中进行触探时钻孔的钻进方法和护壁、清孔情况。
（2）没备因素
穿心锤的形状和质量；探头的形状和大小；触探杆的截面尺寸、长度和质量；导向锤座的构造及尺寸；所用材料的材型及性能。
（3）主要影响因素等
3．成果应用
（1）评价砂土密度
（2）确定地基土承裁力
（3）确定变形模量
（二） 标准贯入实验
标准贯入实验实际上仍属于动力触探类型。所不同的是，其探头不是圆锥形的，而是圆筒形探头，称为标准器。

标准贯入器
1—贯入器靴 2—由两个半圆形管组合成的贯入器身 3—出水孔 4—贯入器头 5—触探
成果应用
（1） 确定砂土的密实度
（2） 确定粘性土状态和无限抗压强度
（3） 确定粘性土、砂土的抗剪强度和变形参数
（4） 评价饱和砂土、粉土的地震液化

（三） 静力触探

单桥探头结构
1—顶住 2—电阻应变片 3—传感器 4—密封垫圈套 5—四芯电缆 6—外套筒

杆
静力触探是利用压力装置将探头压入实验土层，用电阻应变仪器测出土的贯入阻力，并将该贯入阻力与野外何载测得的地基土允许承载力和变形模量建立相互关系式，从而确定地基土允许承载力和变形模量的数据。通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下来。由静力触探的贯人设备于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。
1. 静力触探的贯人设备
（1） 加压装置。其作用是将探头压入土层中，
（2） 反力装置。利用地锚作反力；利用重物作反力；利用车辆白重作反力。
2. 探头
工作原理：将探头压入上中时，通过探头内的阻力传感器(以下简称传感器)，将土层的阻力转换为电讯号，然后由仪表测量出来。静力触探就是通过探头传感器实现一系列星的转换．土的强度——土的阻力——传感器的应变——电阻的变化——电压的输出，最后由电子仪器放大和记录下来．达到测定土强度和其它指标的目的。
（1） 单桥探头。由带外套简的推头、弹性元件(传感器)、顶柱和电阻应变片组成
（2） 双桥探头：单桥探头虽带有侧壁摩擦套简，但不能分别测出锥头阻力和侧壁摩擦力。双桥探头除探头有传感器外，还有侧壁摩擦传感器及摩擦套简。
（3） 孔压静力处探探头。增加了一个内透水陶粒做成的透水滤器和一个孔压传感器。
3. 量测记录仪器
目前我国常用的静力触探测量仪器有两种类型， —种为电阻应变仪、另一种为自动记录仪。
（1）电阻应变仪
电阻应变仪内稳压电源、振荡器、测量电桥、放大器、相敏检波器和平衡指示器等组成。应变仪是通过电桥平衡原理进行测量的。当触探头工作时，传感器发生变形，引起测量桥路的平衡发生变化，通过手动调整电位器使电桥达到新的平衡，根据电位器调整程序就可确定应变量的大小．并直接读出。
（2）自动记录仪
静力触探自动记录仪，是由通用的电于电位差计改装而成，它能随深度自动记录土层贯入阻力的变化情况，并以曲线的方式自动绘在记录纸上，从而提高丁野外工作的效率和量。自动记录仪主要由稳压电源、电桥、滤波器、放大器、滑线电阻和可逆电机组成。由探头输出的信号，经过滤波器以后，到达测量电桥，产生出一个不干衡电压，经放大器放大后，推动可逆电机转动，与可逆电机相连的指示机构，就沿着有分度的标尺滑行，标尺是按讯号大小比例刻制的，因而指示机构所指示的位置为被测讯号的数值。
4．成果的应用
（1）阻力进行土层分类

(2)定地基土的承载力
目前为了利用静力触探确定地基土的承载力，国内外都是根据对比试验结果提出经验公式，以解决生产上的应用问题。建立经验公式的途径主要是将静力触探试验结果与载荷试验求得的比例界限值进行对比；并通过对对比数据的相关分所得到用于待定地区或持定土性的经验公式。
（3）确定软土不排水抗剪强度
（4）确定土的变形性质指标
（5）估计饱和粘件土的天然重度
（6）确定砂土的相对密实度和确定砂土密实度的界限
（7）确定砂土的内摩擦角
（8）估算单桩承裁力