005勘探与取样-岩土工程勘察001

1、岩土工程勘察，教师：徐国栋Email:手机防灾科学技术研究所，第6章工程地质勘察与取样，岩土工程勘察是在地壳表面一定深度范围内进行的，因此有必要查明该深度范围内岩土体的空间分布、工程性质和地下水条件。工程地质填图主要是调查建筑场地表面的工程地质条件特征，并推断地下条件。勘探是准确查明地下地质条件的基本方法。1.岩土工程勘察的任务(1)详细研究施工场地或施工段的岩土体和地质构造，各层的岩性特征、厚度和横向变化，根据岩性进行详细的地层划分，特别注意岩性和软弱岩层的空间分布；确定自然状态下各岩土层的结构和性质；基岩风化深度和不同风化程度的岩石性质划分为风化带；研究岩层的产状

2、；断层破碎带的位置、宽度和性质；节理裂隙的发育程度及其随深度的变化被用作裂隙定量指标的统计。第一节是岩土工程勘察的任务、特点和手段。(2)研究水文地质条件，了解岩土含水量，查明含水层、透水层和防水层的分布、厚度、性质及变化；每个含水层的水位(水头)、地下水的数量和质量；通过水文地质测试和监测，可以了解岩土的渗透性和地下水的动态变化。(3)研究地貌和不良地质现象，查明河谷阶地、冲积扇和斜坡等各种地貌形态的位置、规模和结构；研究各种不良地质现象，如滑坡的范围、滑动面的位置和形状、滑动体的材料和结构；岩溶的分布、发育深度、形态和充填等。(4)取样并提供现场试验条件，从勘探项目中采集岩土样品和水样进行

3、室内岩土试验和水质分析鉴定；在勘探工程中，可进行各种原位试验，如载荷试验、标准贯入试验、剪切试验、波速试验及其它岩土物理力学性质试验、岩体地应力测量、水文地质试验、岩土加固与改良试验等。(五)为检查和监测提供条件；利用勘探工程安排岩土性质、地下水和不良地质现象的监测、地基加固和改良以及桩基的检查和监测。(6)其他，如孔内摄影、孔内电视、喷射混凝土钻孔、锚喷支护灌浆、基坑施工降水钻孔、钻孔灌注桩、施工走廊、导坑等。2.岩土工程勘察的特点(1)勘察范围取决于场地评价涉及的空间和工程影响。除了用于了解特殊地质问题的深隧道和勘探之外，它通常仅限于地表以下的浅深度。(2)除地下工程和一些深入岩体的特殊工

4、程外，大部分工程位于第四系土层或基岩风化壳上。为了工程的安全、经济和正常使用，对这部分地质体的研究应特别详细。例如，应根据土壤的成分、结构和工程性质详细划分土层，尤其是软土层。风化岩体应根据其风化特征进行垂直分区。2.岩土工程勘察的特点(3)为了准确地了解岩土的物理力学性质，在勘察过程中必须注意保持岩土的自然结构和自然湿度，尽量减少人为的干扰和破坏。因此，有必要采用一些特殊的勘探技术。(4)为了实现地质、水文地质和岩土工程性质的综合研究，以及与现场试验和探坑工程的勘探人员可以在其中观察和记录，掌握地质构造的细节；然而，重矿坑勘探项目成本高，勘探周期长，因此应从经济角度考虑。地球物理勘探，简称地

5、球物理勘探，是一种间接勘探方法，可以简单快速地探测地下地质条件，具有立体透视的优势。然而，其勘探结果有多种解决方案，因此在使用时往往受到一些条件的限制。考虑到三种勘探手段的特点，勘探工作应综合运用，取长补短。可行性研究调查阶段的任务是评价拟建场地的稳定性和适宜性，主要是进行工程地质填图，勘探往往是与填图工作同时进行，物探手段使用较多，钻探和坑探主要是用来验证物探结果和获取参考剖面。岩土工程评价应在初步勘察阶段对建筑段的稳定性进行，勘探工作比重较大，主要是钻探工程，并由勘探工程取样进行原位测试和监测。在详勘阶段，应提出设计所需的详细岩土工程资料和岩土技术参数，论证和建议基础设计、地基处理和不良地

6、质现象防治等具体方案，以满足施工图设计要求。因此，应进行直接勘探，同时应进行大量现场试验。各种工程勘探坑的密度和深度都有详细而严格的规定。在复杂的地质条件或特殊的岩土工程(或区域)下，还应安排大型探坑工程。这一阶段的物探工作主要是测井，以研究勘探钻孔沿线的地质剖面和地下水分布。1.岩土工程钻探的特点钻探是利用一定的设备和工具(主要是钻机)来破碎地壳岩石或土层，并在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔，取岩芯或不取岩芯来了解地层的深部地质条件的过程。在岩土工程勘察中，钻孔是最常用的勘探方法。与坑探和地球物理勘探相比，钻井有其突出的优势，可以在各种环境下进行，一般不受地形和地质条件的限制；可以直

7、接观察岩心和样品，勘探精度高；能够为原位测试和监测提供条件，使综合效益最大化；勘探深度大，效率高。因此，对于布置勘探工作的不同类型、结构和规模、不同勘探阶段、不同环境和工程地质条件的建筑物，一般都要采用这种勘探方法。与一般矿产资源钻探相比，岩土工程钻探具有以下特点：(1)钻探工程的布置不仅要考虑自然地质条件，还要结合工程类型和结构特点。如建筑物和构筑物，孔洞应根据建筑物轮廓排列。(2)除了深埋隧道和为了解特殊地质问题而进行的钻探外，孔深一般在十米至几十米之间，因此经常使用小型便携式钻机。(3)钻井有许多综合用途。除了查明地质条件外，还需要取样、现场测试和监测。一些现场测试通常与钻井同时进行，因

8、此不能盲目追求进尺。(4)钻孔方法、钻孔结构、钻孔过程中的观察记录等有特殊要求。如岩心采收率、分层堵水、水文地质观测、取原状土样、软弱夹层和断层破碎带样品等。岩土工程钻探的特殊要求为了完成勘探任务，岩土工程钻探有以下特殊要求：(1)土层是岩土工程钻探的主要对象，因此必须可靠地识别土层的名称(2)在饱和软土或砂卵石层中钻进时，孔壁容易坍塌或收缩，因此必须采取护壁措施，通常采用套管跟进护壁或泥浆护壁。2.岩土工程钻探的特殊要求(3)岩芯回收率是衡量岩石钻探质量的重要指标。根据规范，一般岩石的岩心回收率不应低于80%，破碎岩石的岩心回收率不应低于65%。为了保证钻井质量和岩心采收率，在对工程建设非常

9、重要的破碎带、滑动带和软弱夹层中，应采用双层岩心管连续取心。当需要确定岩石质量标志的RQD时，应使用直径为75毫米(N型)的双层岩芯管进行钻孔，并使用金刚石钻头进行钻孔。(4)在钻探过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采集岩土样品。岩芯可用于采集坚硬岩石，但采集软弱夹层和断层破碎带时必须采取特殊措施。为了获得质量可靠的原状土样，有必要配备土壤采样器，并注意采样方法和操作程序，使土样尽可能不被扰动或受扰动较小。取饱和软粘土和砂土的原状土样，使用专用土壤采样器。2.岩土工程钻探的特殊要求(5)为了保持地基土的自然湿度，正确测量土层的含水量，在地下水位以上的土层中进行钻探时，应采用干式钻探，在必

10、须使用冲洗液时，应采用双层芯管钻探；同时，注意观察地下水的初始水位和稳定水位。(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，目的是了解岩土的含水量，寻找含水层并确定其水位(水头)和涌水量，掌握含水层之间的水力联系，测量岩土的渗透系数。根据水文地质要求，应分层停水，观察不同含水层的水位。岩土工程中常用的钻探方法中国岩土工程中常用的钻探方法包括旋挖钻探、冲击钻探、振动钻探和冲洗钻探。其中，机械旋转钻进因其钻进效率高、孔深大、取芯能力强等优点，在岩土工程钻探中得到广泛应用。(1)旋转钻井通过钻杆将旋转扭矩传递给孔底的钻头，并施加一定的轴向力实现钻井。根据钻头的主要类型和功能，旋转钻进

11、分为三种类型：螺旋钻进、环形钻进(岩心钻进)和无芯钻进。螺旋钻孔。适用于细粒土壤，有三种钻头：扭转钻头，勺钻头和土壤升降机。钻探过程中取出扰动土壤样品，进行岩性识别和分类。圆形钻孔。钻头采用合金钻头、钢粒钻头或金刚石钻头，适用于土层和岩层。孔底环形切割研磨，环形中心留有圆柱形岩心，可用于岩性识别和测试。3.岩土工程中常用的钻井方法(2)冲击钻井利用钻具的自重冲击破孔底部，破岩粉和岩屑被循环流体冲出地面。冲击钻进只能通过岩粉、岩屑和感觉来判断地层的变化，对孔壁和孔底有很大的扰动，一般与旋转钻进相协调。(3)振动钻削通过钻杆将振动器激发的高速振动传递给孔底的管状钻头，并在一定的轴向压力下将钻头穿入

12、土壤中。对孔底的扰动很大，影响了高质量土样的采用。(4)冲洗钻进是通过高压水射流破坏孔底土层来实现的。适用于砂层、粉砂层和不太硬的粘性土层。冲出地面的灰尘是各种土层的混合物，因此很难确定地层岩性的划分。钻孔方法的适用范围，注：指适用范围；Indi基本钻井程序如下：(3)在地壳中形成钻孔后，钻孔周围地层的平衡状态被破坏，这可能导致钻孔壁坍塌，因此必须加固钻孔壁：(1)地层的侧向压力被循环流体中的流体静压平衡，以保持钻孔壁的稳定性；(b)用惰性材料或化学材料(通常是稠泥浆)处理和加固孔壁，或添加泥浆处理剂或堵剂，如氰化和丙烯酸凝固。下套管支撑井壁。挡土墙可靠，但造价高。钻孔的一些要求：(1)钻孔深

13、度和岩土分层深度的测量精度不得小于5厘米。(2)应严格控制不连续取心钻进的进尺，使分层精度满足要求。(3)定向钻孔应分段测量；倾角和方位角的测量精度分别为0.1度和3.0度。4.钻井设计是充分展示钻井工作的布局，并逐一准备钻井设计书的内容。(1)钻探目的和地形地质调查。目的层工程地质的目的和意义。(2)钻孔类型、深度和钻孔结构设计。实例：在有冰水沉积物的坝址河谷区进行钻探设计。(3)岩土工程要求包括岩心采收率、取样、测试、观察、止水和测井。编目项目和成果包括：钻柱剖面、岩心草图(或摄影)、钻井观测、测试记录和水文地质日志等。(4)解释钻井后对钻井的处理意见。钻孔完成后，可根据不同要求选择合适的

14、材料进行回填。堤坝附近的钻孔应该用直径大约为2厘米的干泥球回填。回填应均匀，每隔2m回填夯实一次。如果对抗水性有特殊要求，可以用4: 1水泥和膨润土泥浆从孔底通过泥浆泵逐渐向上回填。钻井记录和编目是钻井过程的详细书面记录，是岩土工程钻井最基本的原始数据。因此，在钻井过程中必须认真观察和编目，才能全面、准确地反映钻井工程的第一手地质资料。根据规范，钻孔的记录和编目应符合以下要求：(1)现场记录应由经过专业培训的人员进行；记录应真实、及时，并根据钻井次数分段填写，严禁事后记忆；(二)可以用肉眼识别钻探地点，并用手触摸。当条件允许或对测量工作有明确要求时，可采用定量和标准化的方法，如微型贯入仪；(3

15、)钻井结果可以用钻井现场柱状图或分层记录来表示；岩土岩芯样品可根据工程需要保存一定时间或较长时间，也可拍摄岩芯和土岩芯彩色照片并纳入勘察成果。5.钻孔记录和编目，包括：(1)岩心观察、描述和编目。岩心描述包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质等。不同类型岩土的岩性描述内容如下：(1)砾石土：砾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、填料性质、充填程度和密实度等。沙土：颜色、矿物成分、颗粒级配、颗粒形状、粘土含量、湿度、密实度等。(c)淤泥：颜色、内含物、湿度、密实度、震动反应、光泽反应、干强度和韧性等。(1)核心观察、描述和编目；粘性土：颜色、状态、夹杂物、光泽反应、震动反应

16、、干强度、韧性、土层结构等。特殊土壤不仅应描述上述相应土壤类型的内容，还应描述其特殊组成和特殊性质；例如，需要描述淤泥的气味，需要描述填料的材料组成、堆积年龄、密实度和厚度均匀性。岩石：地质年龄、地质名称、风化程度、颜色、主要矿物、结构、构造和岩石质量设计岩土芯样不仅是核对原始记录的必要条件，而且对施工开挖过程中的数据核对、取证和争议仲裁也具有重要价值。因此，应该适当保存一段时间。目前，一些工程勘察单位用岩心的彩色照片代替实物。全断面取芯钻土还可以使土芯纵切面露出碎片，便于长期保存。通过对岩心的各种统计，可以得到岩心采收率、岩心采集率和岩石质量指标等定量指标。岩心采收率是指取岩心总长度与本次进尺的百分比。总长度包括相对完整的岩心和破碎的碎片、碎屑和粉碎的材料。岩心采集率是指此时相对完整的岩心长度