主要依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》、《建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標準》(JGJ87-92)
勘探的方法主要有坑探、槽探、鉆探、地球物理勘探等方法,在選用時應(yīng)符合勘察目的及巖土的特性。
1、坑探、槽探
坑、槽探就是用人工或機械方式進行挖掘坑、槽,以便直接觀察巖土層的天然狀態(tài)以及各地層之間接觸關(guān)系等地質(zhì)結(jié)構(gòu),并能取出接近實際的原狀結(jié)構(gòu)土樣,它的缺點是可達的深度較淺,且易受自然地質(zhì)條件的限制。
在工程地質(zhì)勘探中,常用的坑、槽探主要有坑、槽、井、洞等幾種類型,見下表。
工程地質(zhì)勘探類型
類型 特 點 用 途
試坑 深數(shù)十厘米的小坑,形狀不定。 局部剝離地表覆土,揭露基巖
淺井 從地表向下垂直,斷面呈圓形或方形,深5~15m。 確定覆蓋層及風(fēng)化層的巖性及厚度,取原狀樣,載荷試驗,滲水試驗。
探槽 在地表垂直巖層或構(gòu)造線挖掘成深度不大的(小于3~5m)長條形槽子。 追索構(gòu)造線、斷層、探查殘積坡積層,風(fēng)化巖石的厚度和巖性。
豎井 形狀與前井同,但深度可超過20m以上,一般在平緩山坡、漫灘、階地等巖層較平緩的地方,有時需支護。 了解覆蓋層厚度及性質(zhì),構(gòu)造線、巖石破碎情況、巖溶、滑坡等,巖層傾角較緩時效果較好。
平洞 在地面有出口的水平坑道,深度較大,適用較陡的基巖巖坡。 調(diào)查斜坡地質(zhì)構(gòu)造,對查明地層巖性、軟弱夾層、破碎帶、風(fēng)化巖層時,效果較好,海可取樣或作原位試驗。
2、鉆探
(1)鉆孔的直徑、深度、方向,取決于鉆孔用途和鉆探地點的地質(zhì)條件。
鉆孔的直徑一般為75~150mm,但在一些大型建筑物的工程地質(zhì)鉆探時,孔徑往往大于150mm,有時可達到500mm。
鉆孔的深度由數(shù)米至上百米,視工程要求和地質(zhì)條件而定,一般的工民建工程地質(zhì)鉆探深度在數(shù)十米以內(nèi)。
鉆孔的方向一般為垂直的,也有打成傾斜的鉆孔,這種孔稱之為斜孔。在地下工程中有打成水平的,甚至直立向上的鉆孔。
(2)鉆探過程和鉆進方法
鉆探過程中有三個作用:
1)碎巖土:
2)采取巖土:
3)保全孔壁:一般采用套管或泥漿來護壁。
工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式,將鉆進方法分為以下四種:
1)沖擊鉆進。此法采用底部圓環(huán)狀的鉆頭。鉆進時將鉆具提升到一定高度,利用鉆具自重,迅猛放落,鉆具在下落時產(chǎn)生沖擊動能,沖擊孔底巖土層,使巖土達到破碎之目的而加深鉆孔。
2)回轉(zhuǎn)鉆進。此法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進行鉆進。鉆進中施加鉆壓,使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切人巖土層,達到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進,有時為有效地、完整地揭露標準地層,還可以采用勺形鉆鉆頭或提土鉆鉆頭進行鉆進。
3)綜合式鉆進。此法是一種沖擊回轉(zhuǎn)綜合式的鉆進方法。它綜合了前兩種鉆進方法在地層鉆進中的優(yōu)點,以達到提高鉆進效率的目的。其工作原理是:在鉆進過程中,鉆頭克取巖石時,施加一定的動力,對巖石產(chǎn)生沖擊作用,使巖石的破碎速度加快,破碎粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻人巖石深度增加,在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大地提高了鉆進的效率。
4)振動鉆進。此法采用機械動力所產(chǎn)生的振動力,通過連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周圍土中。由于振動器高速振動的結(jié)果,圓筒鉆頭依靠鉆具和振動器的重量使得土層更容易被切削而鉆進,且鉆進速度較快。這種鉆進方法主要適用于粉土、砂土、較小粒徑的碎石層以及粘性不大的粘性土層。
上述各種鉆進方法的適用范圍列于下表中。
鉆進方法的適用范圍
鉆進方式 鉆進地層 勘察要求
粘性土 粉土 砂土 碎石土 巖石 直觀鑒別,采取不擾動試樣 直觀鑒別,采取擾動試樣 不要求直觀鑒別,不取試樣
回鉆 螺旋鉆進 ○ △ △ - - ○ ○ ○
無巖芯鉆進 ○ ○ ○ △ ○ - - ○
巖芯鉆進 ○ ○ ○ △ ○ ○ ○ ○
沖擊 沖擊鉆進 - △ ○ ○ △ - - ○
錘擊鉆進 △ △ △ △ - △ ○ ○
振動鉆探 ○ ○ ○ △ - △ ○ ○
注:○代表適用;△代表部分情況適用;-代表不適用。
(3)鉆孔柱狀圖:柱狀圖比例尺一般為1:100-1:500。
3、土樣的采取
1 原狀土樣的概念
工程地質(zhì)鉆探的主要任務(wù)之一是在巖土層中采取巖芯或原狀土樣。在采取土試樣過程中,應(yīng)力求使試樣的被擾動量縮小,要盡力排除各種可能增大擾動量的因素。
按照取樣方法和試驗?zāi)康模瑤r土工程勘察規(guī)范對土試樣的擾動程度分成如下的質(zhì)量等級:
I級——不擾動,可進行試驗項目有:土類定名、含水量、密度、強度參數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密參數(shù)。
Ⅱ級——輕微擾動,可進行試驗項目有:土類定名、含水量、密度。
Ⅲ級——顯著擾動,可進行試驗項目有:土類定名、含水量。
Ⅳ級——完全擾動,可進行試驗項目有:土類定名、顆粒分析。
在鉆孔取樣時,采用薄壁取土器所采得的土試樣定為I~Ⅱ級;對于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土試樣定為Ⅱ~Ⅲ級;對于采用標準貫人器、螺紋鉆頭或巖芯鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖的試樣皆定為Ⅲ~Ⅳ級。
2 減少土試樣擾動的注意事項
為保證土樣少受擾動,采取土試樣的前后及過程中應(yīng)注意如下事項:
合理的鉆進方法是保證取得不擾動土樣的第一個前提。從國內(nèi)外的經(jīng)驗看,主要有以下幾點要求:
1)在結(jié)構(gòu)性敏感土層和較疏松砂層中需采用回轉(zhuǎn)鉆進,而不得采用沖擊鉆進;
2)以泥漿護孔,可以減少擾動。并注意在孔中保持足夠的靜水壓力,防止因孔內(nèi)水位過低而導(dǎo)致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動或涌起;
3)取土鉆孔的孔徑要適當(dāng),取土器與孔壁之間要有一定的間距,避免下放取土器時切削孔壁,擠進過多的廢土。尤其在軟土鉆孔中,時有縮徑現(xiàn)象,則更需加大取土器與孔壁的間隙。
鉆孔應(yīng)保持孔壁垂直,以避免取土器切刮孔壁;
4)取土前的一次鉆進不宜過深,以免下部擬取土樣部位的土層受擾動。并且在正式取土前,把已受一定程度擾動的孔底土柱清理掉,避免廢土過多,取土器頂部擠壓土樣;
5)取土深度和進土深度等尺寸,在取土前都應(yīng)丈量準確。
取土過程中,如提升取土器、拆卸取土器等每個操作工序,均應(yīng)細致穩(wěn)妥,以免造成擾動。
取出的土樣應(yīng)及時用蠟密封,并注明上下,貼上標簽,作好記錄。另外(除了鉆探過程的問題以外),在土樣封存、運輸和開土做試驗時,都應(yīng)注意避免擾動。嚴防振動、日曬、雨淋和凍結(jié)。
勘探的方法主要有坑探、槽探、鉆探、地球物理勘探等方法,在選用時應(yīng)符合勘察目的及巖土的特性。
1、坑探、槽探
坑、槽探就是用人工或機械方式進行挖掘坑、槽,以便直接觀察巖土層的天然狀態(tài)以及各地層之間接觸關(guān)系等地質(zhì)結(jié)構(gòu),并能取出接近實際的原狀結(jié)構(gòu)土樣,它的缺點是可達的深度較淺,且易受自然地質(zhì)條件的限制。
在工程地質(zhì)勘探中,常用的坑、槽探主要有坑、槽、井、洞等幾種類型,見下表。
工程地質(zhì)勘探類型
類型 特 點 用 途
試坑 深數(shù)十厘米的小坑,形狀不定。 局部剝離地表覆土,揭露基巖
淺井 從地表向下垂直,斷面呈圓形或方形,深5~15m。 確定覆蓋層及風(fēng)化層的巖性及厚度,取原狀樣,載荷試驗,滲水試驗。
探槽 在地表垂直巖層或構(gòu)造線挖掘成深度不大的(小于3~5m)長條形槽子。 追索構(gòu)造線、斷層、探查殘積坡積層,風(fēng)化巖石的厚度和巖性。
豎井 形狀與前井同,但深度可超過20m以上,一般在平緩山坡、漫灘、階地等巖層較平緩的地方,有時需支護。 了解覆蓋層厚度及性質(zhì),構(gòu)造線、巖石破碎情況、巖溶、滑坡等,巖層傾角較緩時效果較好。
平洞 在地面有出口的水平坑道,深度較大,適用較陡的基巖巖坡。 調(diào)查斜坡地質(zhì)構(gòu)造,對查明地層巖性、軟弱夾層、破碎帶、風(fēng)化巖層時,效果較好,海可取樣或作原位試驗。
2、鉆探
(1)鉆孔的直徑、深度、方向,取決于鉆孔用途和鉆探地點的地質(zhì)條件。
鉆孔的直徑一般為75~150mm,但在一些大型建筑物的工程地質(zhì)鉆探時,孔徑往往大于150mm,有時可達到500mm。
鉆孔的深度由數(shù)米至上百米,視工程要求和地質(zhì)條件而定,一般的工民建工程地質(zhì)鉆探深度在數(shù)十米以內(nèi)。
鉆孔的方向一般為垂直的,也有打成傾斜的鉆孔,這種孔稱之為斜孔。在地下工程中有打成水平的,甚至直立向上的鉆孔。
(2)鉆探過程和鉆進方法
鉆探過程中有三個作用:
1)碎巖土:
2)采取巖土:
3)保全孔壁:一般采用套管或泥漿來護壁。
工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式,將鉆進方法分為以下四種:
1)沖擊鉆進。此法采用底部圓環(huán)狀的鉆頭。鉆進時將鉆具提升到一定高度,利用鉆具自重,迅猛放落,鉆具在下落時產(chǎn)生沖擊動能,沖擊孔底巖土層,使巖土達到破碎之目的而加深鉆孔。
2)回轉(zhuǎn)鉆進。此法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進行鉆進。鉆進中施加鉆壓,使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切人巖土層,達到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進,有時為有效地、完整地揭露標準地層,還可以采用勺形鉆鉆頭或提土鉆鉆頭進行鉆進。
3)綜合式鉆進。此法是一種沖擊回轉(zhuǎn)綜合式的鉆進方法。它綜合了前兩種鉆進方法在地層鉆進中的優(yōu)點,以達到提高鉆進效率的目的。其工作原理是:在鉆進過程中,鉆頭克取巖石時,施加一定的動力,對巖石產(chǎn)生沖擊作用,使巖石的破碎速度加快,破碎粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻人巖石深度增加,在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大地提高了鉆進的效率。
4)振動鉆進。此法采用機械動力所產(chǎn)生的振動力,通過連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周圍土中。由于振動器高速振動的結(jié)果,圓筒鉆頭依靠鉆具和振動器的重量使得土層更容易被切削而鉆進,且鉆進速度較快。這種鉆進方法主要適用于粉土、砂土、較小粒徑的碎石層以及粘性不大的粘性土層。
上述各種鉆進方法的適用范圍列于下表中。
鉆進方法的適用范圍
鉆進方式 鉆進地層 勘察要求
粘性土 粉土 砂土 碎石土 巖石 直觀鑒別,采取不擾動試樣 直觀鑒別,采取擾動試樣 不要求直觀鑒別,不取試樣
回鉆 螺旋鉆進 ○ △ △ - - ○ ○ ○
無巖芯鉆進 ○ ○ ○ △ ○ - - ○
巖芯鉆進 ○ ○ ○ △ ○ ○ ○ ○
沖擊 沖擊鉆進 - △ ○ ○ △ - - ○
錘擊鉆進 △ △ △ △ - △ ○ ○
振動鉆探 ○ ○ ○ △ - △ ○ ○
注:○代表適用;△代表部分情況適用;-代表不適用。
(3)鉆孔柱狀圖:柱狀圖比例尺一般為1:100-1:500。
3、土樣的采取
1 原狀土樣的概念
工程地質(zhì)鉆探的主要任務(wù)之一是在巖土層中采取巖芯或原狀土樣。在采取土試樣過程中,應(yīng)力求使試樣的被擾動量縮小,要盡力排除各種可能增大擾動量的因素。
按照取樣方法和試驗?zāi)康模瑤r土工程勘察規(guī)范對土試樣的擾動程度分成如下的質(zhì)量等級:
I級——不擾動,可進行試驗項目有:土類定名、含水量、密度、強度參數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密參數(shù)。
Ⅱ級——輕微擾動,可進行試驗項目有:土類定名、含水量、密度。
Ⅲ級——顯著擾動,可進行試驗項目有:土類定名、含水量。
Ⅳ級——完全擾動,可進行試驗項目有:土類定名、顆粒分析。
在鉆孔取樣時,采用薄壁取土器所采得的土試樣定為I~Ⅱ級;對于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土試樣定為Ⅱ~Ⅲ級;對于采用標準貫人器、螺紋鉆頭或巖芯鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖的試樣皆定為Ⅲ~Ⅳ級。
2 減少土試樣擾動的注意事項
為保證土樣少受擾動,采取土試樣的前后及過程中應(yīng)注意如下事項:
合理的鉆進方法是保證取得不擾動土樣的第一個前提。從國內(nèi)外的經(jīng)驗看,主要有以下幾點要求:
1)在結(jié)構(gòu)性敏感土層和較疏松砂層中需采用回轉(zhuǎn)鉆進,而不得采用沖擊鉆進;
2)以泥漿護孔,可以減少擾動。并注意在孔中保持足夠的靜水壓力,防止因孔內(nèi)水位過低而導(dǎo)致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動或涌起;
3)取土鉆孔的孔徑要適當(dāng),取土器與孔壁之間要有一定的間距,避免下放取土器時切削孔壁,擠進過多的廢土。尤其在軟土鉆孔中,時有縮徑現(xiàn)象,則更需加大取土器與孔壁的間隙。
鉆孔應(yīng)保持孔壁垂直,以避免取土器切刮孔壁;
4)取土前的一次鉆進不宜過深,以免下部擬取土樣部位的土層受擾動。并且在正式取土前,把已受一定程度擾動的孔底土柱清理掉,避免廢土過多,取土器頂部擠壓土樣;
5)取土深度和進土深度等尺寸,在取土前都應(yīng)丈量準確。
取土過程中,如提升取土器、拆卸取土器等每個操作工序,均應(yīng)細致穩(wěn)妥,以免造成擾動。
取出的土樣應(yīng)及時用蠟密封,并注明上下,貼上標簽,作好記錄。另外(除了鉆探過程的問題以外),在土樣封存、運輸和開土做試驗時,都應(yīng)注意避免擾動。嚴防振動、日曬、雨淋和凍結(jié)。