淺談工程地質勘察鉆探中的取樣

殷根華

【摘 要】我國的地質勘察事業近些年不斷發展，鉆探技術以其準確的分析能力在地質勘察工程中也應用得越來越多，成了地質勘察的主要手段。本文論述對巖土工程勘察鉆探技術和取樣及測試進行了探討。

【關鍵詞】工程地質勘察；鉆探；取樣

引言

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

一、鉆探技術和取樣及測試概述

（一）鉆探技術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和成分；②查明地質構造，不利地質現象分布界限及形態等；③對孔內采取的巖石樣品，進行分析實驗，搞清巖石的物理力學性質；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性質；⑤在鉆孔內進行取樣及測試。

（二）鉆探技術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實驗適用，以查清建筑物基礎的工程地質特征；②勘探孔：在勘察階段中，了解建筑物的地基土的詳細地質資料，決定施工方法；③控制孔：是為編制巖性和水文地質剖面進行工程地質分層；④實驗孔：是為在孔內進行取樣及測試、水文地質試驗而鉆的孔。

（三）鉆探技術和取樣及測試的特點

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

（四）工程地質鉆進方法和工具

鉆進方式：巖芯鉆探、沖擊鉆探、回轉鉆探、小徑機械回轉鉆進及小徑沖擊回轉鉆進等等。機械振動鉆進：振動鉆進應用范圍砂土和粘性土地層；孔淺時，鉆進效率較高，孔深和巖石較硬時，鉆進效率低。機械振動原理振動器帶動鉆桿和鉆頭產生周期振動，使周圍巖層和土層也產生振動。由于振動頻率較高，巖土層抗剪強度降低，在鉆具和振動器自重及振動力的聯合作用下，使鉆頭切入巖土層，從而實現鉆進。

螺旋鉆進方法：螺旋鉆進方法是干式鉆進，利用螺旋鉆頭，不斷地回轉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）鉆探技術和取樣及測試的設備

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

二、工程地質取樣技術

（一）鉆孔取樣的操作

鉆孔取樣操作施工工序復雜，必須按照施工工序進行，土樣質量的優劣，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。

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

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.地下水位以上應采用干法鉆進，不得注水或使用沖洗液，地下水位以下鉆進時應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格要求時，也可以采用側噴式沖洗鉆頭成孔，但不得采用底噴式沖洗鉆頭。當土質較硬時，可采用二（三）重管回轉取土器，取土鉆進合并進行；c.在飽和黏性土、粉土、砂土中鉆進時，宜采用泥漿護壁。采用套管時，應先鉆進再跟進套管，套管下設深度與取樣位置之間應保留三倍管徑以上的距離，不得向未鉆過孔的土層中強行擊入套管；d.鉆進宜采用回轉方式，在采取原狀土樣鉆孔中，不宜采用振動或沖擊方式鉆進；e.取土器下放之前應清孔。采用敞口式取樣器時，殘留浮土厚度不得超過5cm；f.取土器應平穩下放，不得沖擊孔底。取土器下放后，應核對孔深和鉆具長度，發現殘留浮土厚度超過要求時，應提起取土器重新清孔；g.采?、窦壴瓲钔猎嚇樱瑧捎每焖?、連續的靜壓方式貫入取土器，貫入速度不小于0.1m/s。當利用鉆機給進系統施壓時，應保證具有連續貫入的足夠行程。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。在貫入過程中監視活塞桿的位移變化時，可在活塞桿上設定相對于地面固定點的標志，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。貫入深度應在貫入結束后仔細量測并記錄；j.提升取土器之前，為切斷土樣與孔底土的聯系，可以回轉2～3圈或者稍加靜置之后再提升；提升取土器應做到均勻平穩，避免磕碰。

（二）回轉式取土器取樣

回轉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，必須保證平穩回轉鉆進，使用的鉆桿應事先校直。為避免鉆具抖動，造成土層的擾動，可在取土器上加節重桿；②沖洗液宜采用泥漿。鉆進參數宜根據各場地地層特點通過試鉆確定或根據已有經驗確定；③取樣開始時應將泵壓、泵量減至能維持鉆進的最低限度，然后隨著進尺的增加，逐漸增加至正常值；④回轉取土器應具有可改變內管超前長度的替換管靴。內管管口至少應與外管齊平，隨著土質變軟，可使內管超前增加至50～150mm。對軟硬交替的土層，宜采用具有自動調節功能的改進型單動二（三）重管取土器；⑤在硬塑以上的硬質黏性土、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。對于非膠結的砂、卵石層，取樣時可在底靴加置逆爪；⑥在有充分經驗的地區和可靠操作的保證下，采用無泵反循環鉆進工藝，用普通單層巖芯管采取的砂樣可作為Ⅱ級原狀土試樣。

三、 結束語

鉆探是最重要的巖土工程地質勘察和檢測的手段，在實際工作中，要不斷總結經驗，提高鉆探技術，做到巖芯的采取率和質量達到鉆探的設計要求，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，使鉆探更好地服務于巖土工程勘察和檢測。

參考文獻：

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