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工程地质勘察的任务及方法(下)

2020-10-07 12:52:41

工程地质勘察的任务及方法(下)

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。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。

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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层而综合成图表表示。图中表示有地质年代、土层埋藏深度、土层厚度、土层底部的标高、岩土的描述、柱状图、地面标高、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1:100—1:500。

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”,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。

工程地质勘察

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:

yi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yi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

为保证土样少受扰动,采取土试样的前后及过程中应注意如下事项:

工程地质勘察

合理的钻进方法是保证取得不扰动土样的di一前提。

也就是说,钻进方法的选用首先应着眼于确保孔底拟取土样不被扰动。这一点几乎对任何种土样都适用,而对结构敏感或不稳定的土层尤为重要。从国内外的经验看,主要有以下几点要求:

1)在结构性敏感土层和较疏松砂土层中需采用回转钻进,而不得采用冲击钻进;

2)以泥浆护孔,可以减少扰动。并注意在孔中保持足够的静水压力,防止因孔内水位过低而导致孔底软粘性土或砂层产生松动或涌起;

3)取土钻孔的孔径要适当,取土器与孔壁之间要有一定的距离,避免下放取土器时切削孔壁,挤进过多的废土。尤其在软土钻孔中,时有缩径现象,则更需加大取土器与孔壁的间隙。钻孔应保持孔壁垂直,以避免取土器切刮孔壁;

4)取土前的一次钻进不宜过深,以免下部拟取土样部位的土层受扰动。并且在正式取土前,把已受一定程度扰动的孔底土柱清理掉,避废土过多,取土器顶部挤压土样;

工程地质勘察

5)取土深度和进土深度等尺寸,在取土前都应丈量准确。

取土过程中,如提升取土器、拆卸取土器等每个操作工序,均应细致稳妥,以免造成扰动。

取出的土应及时用蜡密封,并注明上下,贴上标签,作好记录;

另外(即除了钻探过程的问题外),在土样封存、运输和开工做试验时,都应注意避免扰动。严防振动、日晒、雨淋和冻结。


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