工程地质勘探与取样.doc

一、工程地质勘探
   主要依据《岩土工程勘察规范》、《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）
勘探的方法主要有坑探、槽探、钻探、地球物理勘探等方法，在选用时应符合勘察目的及岩土的特性。
   1、坑探、槽探
   坑、槽探就是用人工或机械方式进行挖掘坑、槽，以便直接观察岩土层的天然状态以及各地层之间接触关系等地质结构，并能取出接近实际的原状结构土样，它的缺点是可达的深度较浅，且易受自然地质条件的限制。
   在工程地质勘探中，常用的坑、槽探主要有坑、槽、井、洞等几种类型

2、钻探
  （1） 钻孔的直径、深度、方向，取决于钻孔用途和钻探地点的地质条件。
钻孔的直径一般为75～150mm，但在一些大型建筑物的工程地质钻探时，孔径往往大于150mm，有时可达到500mm。
   钻孔的深度由数米至上百米，视工程要求和地质条件而定，一般的工民建工程地质钻探深度在数十米以内。
  钻孔的方向一般为垂直的，也有打成倾斜的钻孔，这种孔称之为斜孔。在地下工程中有打成水平的，甚至直立向上的钻孔。
  （2）钻进方法
   工程地质钻探可根据岩土破碎的方式，将钻进方法分为以下四种：
   1)冲击钻进。此法采用底部圆环状的钻头。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，使岩土达到破碎之目的而加深钻孔。
   2)回转钻进。此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，使钻头在回转中切人岩土层，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或提土钻钻头进行钻进。
   3)综合式钻进。此法是一种冲击回转综合式的钻进方法。它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，破碎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人岩石深度增加，在回转中将岩石剪切掉。这样就大大地提高了钻进的效率。
   4)振动钻进。此法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。由于振动器高速振动的结果，圆筒钻头依靠钻具和振动器的重量使得土层更容易被切削而钻进，且钻进速度较快。这种钻进方法主要适用于粉土、砂土、较小粒径的碎石层以及粘性不大的粘性土层。
  （3）钻孔柱状图：柱状图比例尺一般为1：100－1：500。

三、土样的采取
   1 原状土样的概念
   工程地质钻探的主要任务之一是在岩土层中采取岩芯或原状土样。在采取土试样过程中，应力求使试样的被扰动量缩小，要尽力排除各种可能增大扰动量的因素。
   按照取样方法和试验目的，岩土工程勘察规范对土试样的扰动程度分成如下的质量等级：
   I级——不扰动，可进行试验项目有：土类定名、含水量、密度、强度参数、变形参数、固结压密参数。
   Ⅱ级——轻微扰动，可进行试验项目有：土类定名、含水量、密度。
   Ⅲ级——显著扰动，可进行试验项目有：土类定名、含水量。
   Ⅳ级——完全扰动，可进行试验项目有：土类定名、颗粒分析。
   在钻孔取样时，采用薄壁取土器所采得的土试样定为I~Ⅱ级；对于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土试样定为Ⅱ~Ⅲ级；对于采用标准贯人器、螺纹钻头或岩芯钻头所采得的粘性土、粉土、砂土和软岩的试样皆定为Ⅲ~Ⅳ级。

2 减少土试样扰动的注意事项
   为保证土样少受扰动，采取土试样的前后及过程中应注意如下事项：
合理的钻进方法是保证取得不扰动土样的第一个前提。从国内外的经验看，主要有以下几点要求：
   1) 在结构性敏感土层和较疏松砂层中需采用回转钻进，而不得采用冲击钻进；
   2) 以泥浆护孔，可以减少扰动。并注意在孔中保持足够的静水压力，防止因孔内水位过低而导致孔底软粘性土或砂层产生松动或涌起；
   3) 取土钻孔的孔径要适当，取土器与孔壁之间要有一定的间距，避免下放取土器时切削孔壁，挤进过多的废土。尤其在软土钻孔中，时有缩径现象，则更需加大取土器与孔壁的间隙。
   钻孔应保持孔壁垂直，以避免取土器切刮孔壁；
   4) 取土前的一次钻进不宜过深，以免下部拟取土样部位的土层受扰动。并且在正式取土前，把已受一定程度扰动的孔底土柱清理掉，避免废土过多，取土器顶部挤压土样；
   5) 取土深度和进土深度等尺寸，在取土前都应丈量准确。
  取土过程中，如提升取土器、拆卸取土器等每个操作工序，均应细致稳妥，以免造成扰动。
   取出的土样应及时用蜡密封，并注明上下，贴上标签，作好记录。另外（除了钻探过程的问题以外），在土样封存、运输和开土做试验时，都应注意避免扰动。严防振动、日晒、雨淋和冻结。
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）：
   9.4.5在钻孔中采取I、Ⅱ级土样应满足下列要求：
   1、 在软土、砂土中宜采用泥浆护壁；如使用套管，应保持管内水位等于或稍高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径的距离；
   2、 采用冲洗冲击振动等方式钻进时，应在预计取样位置1米以上改用回转钻进；
   3、 下放取土器，下放前应仔细清孔，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度（活塞取土器除外）；
   4、 采取土试样宜采用快速连续静力压入法；
《原状土取样技术标准》（JGJ89-92）：
    3.1.2地下水位以上应采用干法钻进，不得注水或使用冲洗液。土层较硬，可采用二（三）重管回转取土器，钻进、取土合并进行。
    3.1.3采用套管时应先钻进后跟进套管，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。不得向未钻进的土层中强行击入套管。
    3.1.5取土器下放之前应清孔，采用敞口式取土器取样时，孔底残留浮土的厚度不应超过5cm。
   3.3.4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。
   3.3.5对硬塑以上的硬质黏土、密实砾砂、碎石土和软质岩石中，可使用双动三重管取样器采取原状试样。
《建筑工程地质钻探技术标准》(JGJ87-92)：
   2.0.1 初步勘察平面位置允许偏差±0.5m，高程允许偏差±5cm。
   详细勘察平面位置允许偏差±0.25m，高程允许偏差±5cm。
   城市规划、选址勘察：可利用适当比例尺的地形图依据地形地物特征确定钻探点位和孔口标高。
   3.1.2 钻孔口径应根据钻探的目的和钻进工艺确定。采取原状土样的钻孔，口径不得小于91mm，仅供鉴别地层的钻孔，口径不宜小于36mm；在湿陷性黄土中，口径不宜小于150mm。
   3.2.1 钻进方式应符合下列要求
   1 对要求鉴别地层和取样的钻孔，均应采取回转方式钻进。遇到卵石、漂石、碎石、块石等类地层不适合回转钻进时，可改用振动回转方式钻进。
   2 在地下水位以上土层中应进行干钻，不得使用冲洗液，不得向孔内注水，但可采用能隔离冲洗液的二重或三重管钻进取样。
   3 钻进岩层宜采用金刚石钻头。对软质岩石及风化破碎岩石应采用双层岩芯管钻头钻进。需要测定岩石质量指标RQD时应采用外径75mm的双层岩芯管钻头。
   4 在湿陷性黄土中应采用螺旋钻进，亦可采用薄壁钻头锤击钻进。
   3.2.2 对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施。在浅部填土及其它松散土层中可采用套管护壁。在地下水位以下的饱和软粘性土、粉土和砂土中宜采用泥浆护壁。在破碎岩层中可视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。冲洗液漏失严重时，应采取充填、封闭等堵漏措施。
   3.2.5  在踏勘调查、基坑检验等工作中可采用小口径螺旋钻、小口径勺钻、洛阳铲等简易钻探工具进行浅层土的勘探。
   3.3.1 在土层中采用螺旋钻进时，应分回次提取扰动土样。回次进尺不宜超过1.0m，在主要持力层或重点研究部位，回次进尺不宜超过0.5m，并应满足鉴别小至20cm的薄层的要求。
   3.3.2 在水下粉土、砂土中钻进，当土样不易带上地面时，可用对分式取样器间断取样，其间距不得大于1.0m。取样段之间则用无岩芯钻进方式通过，亦可采用无泵反循环方式用单层岩芯回转钻进并连续取芯。
   3.3.3 在岩层中钻进时，回次进尺不得超过岩芯管长度，在软质岩层中不得超过2.0m。岩芯采取率依次计算：完整岩石不宜小于80％；破碎岩石不宜小于65％。对需要重点研究的破碎带、滑动带，尚应根据工程要求提高取芯率，必要时尚应进行定向连续取芯。
   3.3.4 钻进过程中各项深度数据均应丈量获取，累计量测允许误差为±5cm。
   3.4.1 钻进中遇到地下水时，应停钻量测初见水位。为测得单个含水层的静止水位，对砂类土停钻时间不少于30min；对粉土不少于1h；对粘性土不少于24h。并应在全部钻孔结束后，同一天内量测各孔的静止水位、水位量测可使用测水钟或电测水位计。水位允许误差为±1.0cm。
   3.4.2 钻孔深度范围内有两个含水层，且需要分层量测时，在钻穿第一含水层并进行静止水位量测之后，应采用套管隔水，抽干孔内存水，变径钻进，再对下一含水层进行水位观测。
   3.4.3 因采用泥浆影响水位观测时，可在场区范围内另外布置若干专用的地下水观测孔，这些钻孔可采用套管护壁。
4、取土器性能、规格和使用范围
   取土器技术标准可参见《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）附录F；各类取土器结构示意图见《原状土取样技术标准》（JGJ89-92）之附录B。
试样采取的工具和方法可按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）第9.4.2条选择。
5、采取岩石试样和水试样的技术要求
  《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）：
   9.4.7岩石试样可利用钻探岩芯制作或在探井、探槽、竖井和平洞中刻取。采取的毛样尺寸应满足试块加工的要求。特殊情况下，试样形状、寸和方向由岩体力学试验设计确定。
   12.1.2采取水试样和土试样应符合下列要求：
   1、 混凝土和钢结构处于地下水位以下时，应采取地下水试样和地下水位以上的土试样，并分别作腐蚀性试验；
   2、 混凝土和钢结构处于地下水位以上时，应采取土试样作腐蚀性试验；
   3、 混凝土和钢结构处于地表水中时，应采取地表水试样作腐蚀性试验；
   4、 水和土的取样数量每个场地不应少于2件，对建筑群不宜少于3件。
主要物探方法的基本原理、适用范围和成果的应用
   《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）：
    9.5.1岩土工程勘察可在下列方面采用地球物理勘探：
    1、 作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点；
    2、 在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探超过的内插、外推提供依据；
    3、 作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、动剪切模量、卓越周期、电阻率、放射性辐射参数、土对金属的腐蚀性等。
    9.5.2应用地球物理勘探方法时，应具备下列条件：
   1、 被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异；
   2、 被探测对象具有一定的埋藏深度和规模，且地球物理异常有足够的强度；
   3、 能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号；
   4、 在有代表性地段进行方法的有效性试验。
   9.5.4地球物理勘探成果判释时，应考虑其多解性，区分有用信号和干扰信号。需要时应采用多种方法探测，进行综合判释，并应有已知物探参数或一定数量的钻孔验证。
   可参考《铁路工程地质勘察规范》（TBT10012-2001）中附录表B。