淺談工程地質(zhì)勘察鉆探中的取樣

殷根華

【摘 要】我國的地質(zhì)勘察事業(yè)近些年不斷發(fā)展，鉆探技術(shù)以其準(zhǔn)確的分析能力在地質(zhì)勘察工程中也應(yīng)用得越來越多，成了地質(zhì)勘察的主要手段。本文論述對巖土工程勘察鉆探技術(shù)和取樣及測試進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】工程地質(zhì)勘察；鉆探；取樣

引言

在工程地質(zhì)勘察中，按勘察或工程設(shè)計施工技術(shù)要求，從鉆孔（或從探坑、探井、探槽）內(nèi)某一深度處采取一定數(shù)量的實物樣品，這是工程地質(zhì)勘探的主要任務(wù)，是工程地質(zhì)勘探和水文地質(zhì)勘探獲取地表以下地質(zhì)資料的主要手段，也是檢驗建筑物基礎(chǔ)等地下工程施工質(zhì)量的重要方法。

一、鉆探技術(shù)和取樣及測試概述

（一）鉆探技術(shù)和取樣及測試的目的

鉆探取樣的目的主要有以下幾個方面： ①揭露并劃分地層，鑒定和描述巖土的性質(zhì)和成分；②查明地質(zhì)構(gòu)造，不利地質(zhì)現(xiàn)象分布界限及形態(tài)等；③對孔內(nèi)采取的巖石樣品，進(jìn)行分析實驗，搞清巖石的物理力學(xué)性質(zhì)；④查明地下水的類型，水位測量，采取水樣，分析地下水的物理化學(xué)性質(zhì)；⑤在鉆孔內(nèi)進(jìn)行取樣及測試。

（二）鉆探技術(shù)和取樣及測試的分類

鉆探取樣主要有以下幾個方面：①測繪孔：為工程測繪而鉆的淺孔，在孔中采取原狀樣品以供室內(nèi)實驗適用，以查清建筑物基礎(chǔ)的工程地質(zhì)特征；②勘探孔：在勘察階段中，了解建筑物的地基土的詳細(xì)地質(zhì)資料，決定施工方法；③控制孔：是為編制巖性和水文地質(zhì)剖面進(jìn)行工程地質(zhì)分層；④實驗孔：是為在孔內(nèi)進(jìn)行取樣及測試、水文地質(zhì)試驗而鉆的孔。

（三）鉆探技術(shù)和取樣及測試的特點

鉆探取樣是一項復(fù)雜的工程，具有明顯的特點：①孔淺，一般50m 以內(nèi)；②取未擾動和原狀土樣；③孔內(nèi)進(jìn)行多種多樣試驗；④鉆進(jìn)條件變化大，勘察對象分散。

（四）工程地質(zhì)鉆進(jìn)方法和工具

鉆進(jìn)方式：巖芯鉆探、沖擊鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、小徑機(jī)械回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及小徑?jīng)_擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等等。機(jī)械振動鉆進(jìn)：振動鉆進(jìn)應(yīng)用范圍砂土和粘性土地層；孔淺時，鉆進(jìn)效率較高，孔深和巖石較硬時，鉆進(jìn)效率低。機(jī)械振動原理振動器帶動鉆桿和鉆頭產(chǎn)生周期振動，使周圍巖層和土層也產(chǎn)生振動。由于振動頻率較高，巖土層抗剪強(qiáng)度降低，在鉆具和振動器自重及振動力的聯(lián)合作用下，使鉆頭切入巖土層，從而實現(xiàn)鉆進(jìn)。

螺旋鉆進(jìn)方法：螺旋鉆進(jìn)方法是干式鉆進(jìn)，利用螺旋鉆頭，不斷地回轉(zhuǎn)將巖粉輸送到地面或用螺旋鉆桿本身將巖屑提到地表的一種鉆進(jìn)方法?？讖蕉酁?20～200mm；孔深為25～50m 最長不超過100m。它適用于1～4 級軟巖層。

（五）鉆探技術(shù)和取樣及測試的設(shè)備

由于工程地質(zhì)勘察逐年增加，地下建筑工程深度更大，以往用巖芯鉆機(jī)已滿足不了實際工作需要，現(xiàn)已發(fā)展不同類型專用鉆機(jī)。下面介紹幾種：SH30-2型：孔深30m，開孔直徑142mm，終孔直徑110mm，汽油機(jī)或電動機(jī)，回轉(zhuǎn)沖擊，取原狀土樣，適用于各種第四紀(jì)松散地層。GJD-2 型：孔深50m，開孔直徑150mm，終孔直徑110mm，柴油機(jī)或電動機(jī)，回轉(zhuǎn)沖擊振動靜壓，取土樣或巖芯，適用于第四紀(jì)地層。XY-100 型：孔深100m，開孔直徑90～130mm，終孔直徑70～90mm，柴油機(jī)，正循環(huán)回轉(zhuǎn)液壓鉆進(jìn)，適用于各種地層，目前被廣泛使用。

二、工程地質(zhì)取樣技術(shù)

（一）鉆孔取樣的操作

鉆孔取樣操作施工工序復(fù)雜，必須按照施工工序進(jìn)行，土樣質(zhì)量的優(yōu)劣，不僅取決于取土器具，還取決于取樣全過程的各項操作是否恰當(dāng)。

①鉆進(jìn)要求。a.使用合適的鉆具與鉆進(jìn)方法。一般應(yīng)采用較平穩(wěn)的回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)。若采用沖擊、振動、水沖等方式鉆進(jìn)時，應(yīng)在預(yù)計取樣位置1m 以上改用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。在地下水位以上一般應(yīng)采用干鉆方式。b.在軟土、砂土中宜用泥漿護(hù)壁。若使用套管護(hù)壁，應(yīng)注意旋入套管時管靴對土層的擾動，且套管底部應(yīng)限制在預(yù)計取樣深度以上大于3 倍孔徑的距離。c.應(yīng)注意保持鉆孔內(nèi)的水頭等于或稍高于地下水位，以避免產(chǎn)生孔底管涌，在飽和粉、細(xì)砂土中尤應(yīng)注意。

②取樣要求。原狀土取樣：a.采取原狀土樣的鉆孔，其孔徑必須要比取土器外徑大一個等級；b.地下水位以上應(yīng)采用干法鉆進(jìn)，不得注水或使用沖洗液，地下水位以下鉆進(jìn)時應(yīng)采用通氣通水的螺旋鉆頭、提土器或巖芯鉆頭。在鑒別地層方面無嚴(yán)格要求時，也可以采用側(cè)噴式?jīng)_洗鉆頭成孔，但不得采用底噴式?jīng)_洗鉆頭。當(dāng)土質(zhì)較硬時，可采用二（三）重管回轉(zhuǎn)取土器，取土鉆進(jìn)合并進(jìn)行；c.在飽和黏性土、粉土、砂土中鉆進(jìn)時，宜采用泥漿護(hù)壁。采用套管時，應(yīng)先鉆進(jìn)再跟進(jìn)套管，套管下設(shè)深度與取樣位置之間應(yīng)保留三倍管徑以上的距離，不得向未鉆過孔的土層中強(qiáng)行擊入套管；d.鉆進(jìn)宜采用回轉(zhuǎn)方式，在采取原狀土樣鉆孔中，不宜采用振動或沖擊方式鉆進(jìn)；e.取土器下放之前應(yīng)清孔。采用敞口式取樣器時，殘留浮土厚度不得超過5cm；f.取土器應(yīng)平穩(wěn)下放，不得沖擊孔底。取土器下放后，應(yīng)核對孔深和鉆具長度，發(fā)現(xiàn)殘留浮土厚度超過要求時，應(yīng)提起取土器重新清孔；g.采?、窦壴瓲钔猎嚇樱瑧?yīng)采用快速、連續(xù)的靜壓方式貫入取土器，貫入速度不小于0.1m/s。當(dāng)利用鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)施壓時，應(yīng)保證具有連續(xù)貫入的足夠行程。采取Ⅱ級原狀土試樣可使用間斷靜壓方式或重錘少擊方式；h. 在壓入固定活塞取土器時，應(yīng)將活塞桿牢固地與鉆架連接起來，避免活塞向下移動。在貫入過程中監(jiān)視活塞桿的位移變化時，可在活塞桿上設(shè)定相對于地面固定點的標(biāo)志，測記其高差?；钊麠U位移量不得超過總貫入深度的1%；i. 貫入取樣管的深度宜控制在總長的90%左右。貫入深度應(yīng)在貫入結(jié)束后仔細(xì)量測并記錄；j.提升取土器之前，為切斷土樣與孔底土的聯(lián)系，可以回轉(zhuǎn)2～3圈或者稍加靜置之后再提升；提升取土器應(yīng)做到均勻平穩(wěn)，避免磕碰。

（二）回轉(zhuǎn)式取土器取樣

回轉(zhuǎn)式取土器取樣是一種常用的取樣方式，需要注意的問題有：①采用單動、雙動二（三）重管采取原狀土試樣，必須保證平穩(wěn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，使用的鉆桿應(yīng)事先校直。為避免鉆具抖動，造成土層的擾動，可在取土器上加節(jié)重桿；②沖洗液宜采用泥漿。鉆進(jìn)參數(shù)宜根據(jù)各場地地層特點通過試鉆確定或根據(jù)已有經(jīng)驗確定；③取樣開始時應(yīng)將泵壓、泵量減至能維持鉆進(jìn)的最低限度，然后隨著進(jìn)尺的增加，逐漸增加至正常值；④回轉(zhuǎn)取土器應(yīng)具有可改變內(nèi)管超前長度的替換管靴。內(nèi)管管口至少應(yīng)與外管齊平，隨著土質(zhì)變軟，可使內(nèi)管超前增加至50～150mm。對軟硬交替的土層，宜采用具有自動調(diào)節(jié)功能的改進(jìn)型單動二（三）重管取土器；⑤在硬塑以上的硬質(zhì)黏性土、密實礫砂、碎石土和軟巖中，可使用雙動三重管取樣器采取原狀土試樣。對于非膠結(jié)的砂、卵石層，取樣時可在底靴加置逆爪；⑥在有充分經(jīng)驗的地區(qū)和可靠操作的保證下，采用無泵反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，用普通單層巖芯管采取的砂樣可作為Ⅱ級原狀土試樣。

三、 結(jié)束語

鉆探是最重要的巖土工程地質(zhì)勘察和檢測的手段，在實際工作中，要不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高鉆探技術(shù)，做到巖芯的采取率和質(zhì)量達(dá)到鉆探的設(shè)計要求，取出合格的巖土試驗樣品，在鉆探的過程中，按要求做好各種測試工作，使鉆探更好地服務(wù)于巖土工程勘察和檢測。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅愛.工程地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)的應(yīng)用分析[J].低碳世界，2014（13）.