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1、岩 土 工 程 勘 察,第6章 工程地质勘探与取样,岩土工程勘探是在地壳表层某一深度范围内进行的，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。 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。,1. 岩土工程勘探的任务 （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
2、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。,第一节 岩土工程勘探的任务、特点和手段,（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
3、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。,2. 岩土工程勘探的特点 (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
4、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。,3. 岩土工程勘探的手段
5、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
6、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
7、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。,1. 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。 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。因此，不同类型、结构和规模的建筑物
8、，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。,第二节 钻探工程,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
9、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。,2. 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，需采用护壁措施，通常用套管跟进护壁或泥浆护壁两种方
10、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。当需确定岩石质量指标RQD时，应采用75mm口径（N型）双层岩心管钻进，且宜采用金刚石钻头钻进。 (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
11、需使用特制的取土器。,(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。,3. 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
12、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。 (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
13、合回转钻进。 (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。 (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。,钻探方法的适用范围,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
14、浆、清水、乳化液等）作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表。,（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。 (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心钻进的回次进尺，使分层精度符合要求。 （3）定向钻进的钻孔应分段进行孔斜测量；倾角和方位的量
15、测精度应分别为0.1度和3.0度。,4. 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。,（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
16、孔底逐渐向上灌注回填。,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。,5. 钻孔记录和编录,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、颗粒级配、颗粒形状、粘粒含量、湿度、密实度等。 (c)粉土：颜色、
