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1、二、工程地质勘探（一）工程地质勘探的任务工程地质勘探一般在工程地质测绘的基础上进行。它可以直接深入地下岩层取得所需的工程地质条件资料，是探明深部地 质情况的可靠的方法。工程地质勘探的主要方式有工程地质钻探、坑探和物探，其主要任 务为：1 探明建筑场地的岩性及地质构造，即以及各地 层的厚度、性质及其变化；划分地层并确定其接触关系；以及基岩的风化程度、划分 风化带；研究岩 层的产状、裂隙 发育程度及其随深度的变化；研究褶皱、断裂、破碎带以及其他地质构造的空间分布和变化。2 探明水文地质条件，即含水 层、隔水 层的分布、埋深、厚度、性质及地下水位。3 探明地面及物理地质现象，包括河谷 阶地、冲洪 积
2、扇、坡积层的位置和土层结构；溶岩的规模及发育程度；滑坡及泥石流的分布、范围、特性等。4 提取岩土样及水样，提供野外 试验条件。从 钻孔或勘探点去岩土 样或水样，提供室内试验、分析、鉴定之用。勘探所形成的坑孔可为现场原位试验提供场所和条件。（二）工程地质勘探的方法1 工程地质坑、槽探坑、槽探是在建筑场地挖探井或探槽以取得直 观资料和原状土 样， 这是一种不使用专用机具的常用勘探方法。当场 地地质条件比较复杂时，利用坑探可以直接观测地层的结构和变化，但坑探可达的深度较浅。坑探的种类有探槽、探坑和探井。在工程地质勘察中，常用的坑、槽探主要有坑、槽、井、洞等几种类型，见表 8-1。工程地质勘探中坑、槽
3、、洞的类型 表 8-1类型 特点 用途试坑 数十厘米的小坑，形状不定 局部剥除地表覆土，揭露基岩浅井 从地表向下垂直，断面呈圆形或方形，深 5 15m确定覆盖层及风化层的岩性及厚度，取原状 样， 载荷试验，渗水 试验探槽 在地表垂直岩层或构造线挖掘成深度不大的（小于 35m）长条形槽子追索构造线、断层 、探 查残积坡积层 ，风化岩石的厚度和岩性竖井 形状与浅井同，但深度可超过 20m以上，一般在平缓 山坡、漫 滩、阶地等岩层较平缓的地方，有 时需要支护了解覆盖层厚度及性质，构造线、岩石破碎情况、岩溶、滑坡等，岩层倾 角较缓时效果较好平洞 在地面有出口的水平通道，深度较大，适用较陡的基岩岩坡调查
4、斜坡地质构造，对查明地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层时，效果较好， 还可取样 或作原位试验探槽是在挖掘成长条形且两壁常为倾斜上宽下窄的槽子，其断面有梯形或 阶梯型两种。较深的探槽两壁要进行必要的支护以策安全。探槽一般在覆盖土 层小于 3.0m 时使用。它适用于了解地质构造线、断裂破碎 带宽度、地 层分界线、岩脉宽度及其延伸方向和采取原状土试样等。凡挖掘深度不大且形状不一的坑，或成矩形的较短的探槽状的坑 为探坑。探坑的深度一般为 1.02.0m，与土层的目的相同。探井一般深度都大于 3.0m，其断面形状为方形、矩形和圆形。圆形探井在水平方向能承受较大的侧压力，比其他形状的探井安全。坑探中采取
5、原状土样可按照以下步骤进行：首先在井底或井壁的指定深度处挖一土柱，土柱的直径必须大于土筒的直径，将土柱 顶面削平，套上两端开口的金属筒并削去筒外多余的土，一面削土一面将筒压入，直到筒完全套入土柱体后切断土体柱。然后削去两端多余的土体，该上筒盖，用熔蜡密封后贴上标签并注明土柱的上下方向、编号等即完成取样工作。2 钻探（1）工程地质钻探的概念工程地质钻探是获取地表下准确的地质资料的重要的方法，而且通过钻探的钻孔采取原状岩土样和做现场力学试验也是工程地质钻探的任务之一。钻探是指在地表下用钻头钻入地层的勘探方法。在地 层内 钻成直径较小并具有相当深度的圆通形孔眼的孔称为钻孔。通常将直径大于等于 800
6、mm 以上的钻孔称为大直径钻井。钻孔的要素如图（8-1）所示。钻孔上部口径较大，下部口径较小，成阶梯状。 钻孔的上部为孔口，底部为孔底；四周侧壁为孔壁。钻孔断面的直径为孔经 ；由大孔经改为小孔经称换经。从孔口到孔底的距离 为孔深。钻孔的直径、深度、方向等，应根据工程要求、地 质条件和钻探方法综合确定，取决于钻孔用途和钻探点的地质条件。 钻孔的直径一般为75150mm，在大型建筑物的工程地质钻探时孔经常大于 150mm，有时可达 500mm。如 为鉴别和划分土层， 终孔直径不宜小于 33mm；为了采取原状土样，取样段的孔经不宜小于 108mm；为了采取岩石试样，取样段的孔经对于软岩不宜小于 10
7、8mm，对于硬质岩不宜小于 89mm；作孔内试验时，试验段的孔经应按试验要求确定。钻孔的深度 视工程要求和地质条件而定，由数米至上百米，一般的工业与民用建筑地质钻探深度在数十米以内。钻 孔的深度一般为垂直的，也有倾斜的钻孔，称为斜孔。在地下工程中有打成水平的。甚至竖直向上的钻孔。 图 81 钻孔要素1-孔口；2- 孔底； 3-孔壁；4-孔经；5- 换经；6-孔深（2）钻探过程和钻进方法根据自然条件的复杂性以及工程要求选择钻探设备和钻进方法。钻机一般分为回转式和冲击式两种。回转式钻机是利用 钻机的回转器带动钻具旋 转，磨消孔底地层而钻进，通常使用管状 钻具，能取柱状岩芯 样 品。冲击式钻机则利用
8、卷扬机借钢丝绳带动有一定重量的钻具上下反复冲击，使钻头击碎孔底地 层而形成钻孔后用抽筒提取岩石碎块或扰动土样。针对不同的岩石及地 层条件，可 选取不同的 钻进方式、钻机与钻具（见表 8-2）钻探过程中有三个基本程序：破碎岩土：在工程地质钻探中广泛采用人力和机械方法，使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩土 块或岩土芯的现象，叫做破碎岩土。岩土的破碎是借助于冲击力、剪切力、研磨和压力来实现的。采取岩土：用冲洗液（或压缩空气）将破碎的碎屑冲到孔外，或者用钻具（抽筒、勺形钻头、螺旋钻头、取土器、岩芯管等）靠人力或机械将孔底的碎屑或样芯取出于地面。 图 8-2 50 型钻机保全孔壁：为了顺利地进行钻探工作
9、，必 须保护好孔壁，不使其坍塌。一般使用套管和泥浆来护壁。工程地质钻探可根据岩土破碎的方式，将钻进的方法分为 以下四种：冲击钻进冲击钻进法采用底部圆环状钻头。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，使岩土层达到破碎之目的而加深钻孔。回转钻进回转钻进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 钻头在回转中切入岩土层，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 钻钻头进行钻进。冲击-回转钻进冲击-回转钻进综合了前两种 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。
10、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，破坏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入岩石深度增加，在回转中将岩石剪切掉。这样就大大提高了 钻进的效率。工程地质钻探工作概况 表 8-2钻探方法 主要钻具 使用条件 优点 缺点人力洛阳铲、钢丝绳钻探、 锤击钻 探碎石土、砂土、粘性土、软质岩石设备简单经济，能准确了解含水层劳动强度大， 难以取得完整岩芯，孔深较浅冲击钻探 机械CZ-20C 型CZ-22C 型CZ-30C 型除上述岩土外，还 可用于坚硬岩层可钻进其他方法难以钻进的漂石及大卵石土不能取完整岩芯，无法钻斜孔人力
11、 螺旋钻、勺钻 均匀砂、粉土及粘土 设备简单，能采取 试样 劳动强度大，孔深 较浅硬合金钢粒钻头XJ-100 型UX300-2A 型SGZI-III 型XY2-3 型YDC-100 型除漂石、大卵石以上的各种硬度的岩石和土岩石采取率高，能取岩样，可 钻 斜孔，可做孔内各种试验硬合金只适用 VIII 级硬度以下岩石，钢粒 钻进孔壁不宜均匀平整，机具较重回转钻探机械金刚石钻头XY-IA 型等 钻进 VIII 级硬度以上的最坚硬岩层最有效钻孔质量好，岩芯采取率高，机具较轻在软弱和破碎岩层应慎重使用，一般不适用于漂石、卵石层冲 击 -回转钻探 SH30-2 型 碎石土、砂土、粉土、粘性土钻进效率较高、
12、适用于各种土体孔深较浅，设备较 复杂冲 击 -回转-振动钻探，复合 钻探G1-G3 系列型GYC150 型GJD-2 型JK-1 型上述土层以及不太坚硬的基岩半液压传动、回转 、冲击、振 动钻 具等功能 齐全，可静压取土大部分钻具孔深较浅，坚硬岩层不适用冲击-回转- 振动钻进冲击-回转- 振动钻进综合了前三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。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。由于震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 层更容易被切削钻进，切钻进速度较快。（3）钻孔地质柱状图钻孔地质柱状图是表示该钻孔所穿过的地
13、层而综合成图表表示（表 8-3）。图中表示有地质年代、土层埋藏深度、土层厚度、土层底部的绝对标高、岩土的描述、柱状图、地面绝对标高、地下水水位和测量日期、岩土怎样选取位置等。柱状图的比例尺一般为 1：1001：500。钻孔柱状图表 表 83孔号：K.1 孔口高程埋藏深度 水位和测量日期 土样位置（m）地质年龄 从 到土层厚度 土层低部的绝对标高岩石描述 柱状图比例尺 1：100 出现 稳定（4）土试样的采取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试样。在采取试样过程中应该保持试样的天然结构，如果 试样的天然结构已受到破坏，则此试样已受到扰动，这种试样称为“扰动样 ”
14、，在工程地质勘察中是不容许的。除非有明确说明另有所用，否 则次扰动试样作废。由于土工试验所得出的土性指 标要保证可靠，因此工程地质勘察中所取得的试样必须是保留天然结构的原状试样。原状 试样有岩芯试样和土 试样。岩芯 试样由于其坚硬性，其天然结构难于破坏，而土试样则 不同，它很不容易被 扰动 。因此，采取原状土 试样是工程地质勘察中的一项重要技术。但是在 实际工程地质勘察的 钻探过程中，要取得完全不 扰动试样是不可能的。造成土试样扰动 有三个原因：一是外界条件引起的土 试样的扰动，如 钻进工艺、 钻具选用、钻压、钻速、取土方法选择等。若在 选用上不 够合理时，都能造成其土 质的天然结构被破坏。二
15、是采样过程造成的土体中 应力条件发生了改 变，引起 图样内的质点间的相对位置位移和组织结构的变化，甚至出 现质点间的原由粘聚力的破坏。三是采取土样时，需用取土器采取。但不论采用何种取土器，它都有一定的壁厚、长度和面积。当切如土层时，会使土样产生一定的压缩变形。壁愈厚所排开土体愈多，其变形量愈大，这就造成土样更大的扰动。从上述可见，所谓原状土试样实际上都不可避免地遭到了不同程度的 扰动。为此，在采取土试样过程中，应力求减小 对试样的扰动，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：一级不扰动，可进行试验项 目有：土类定义、含水量、密度、强度系数、 变形参数、固结压密系数。二级轻微扰动，可进行的 试验项目有：土类定义、含水量、密度。三级显著扰动，可进行的 试验项目有：土类定义、含水量。四级完全扰动，可进行的 试验项目有：土类定义。在钻孔取样时，采用薄壁取土器所采得的土样定为一二 级；对于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土样定为二三级；对于采用标准贯入器、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 皆定义为三四级。从上可见，为取得一级质量的土 试样，普遍采用薄壁取土器来采取，以 满足土工试验全部的物理力学参数的正确获得。减少土试样扰动的注意事项为
