1、勘探包括勘探包括钻探、井探、槽探、洞探、触探以及地球物理勘探钻探、井探、槽探、洞探、触探以及地球物理勘探等等多种方法，勘探方法的选择首先应符合勘察目的的需要，还多种方法，勘探方法的选择首先应符合勘察目的的需要，还要考虑其是否适合于勘探区岩土的特性。比如当勘探区土质较要考虑其是否适合于勘探区岩土的特性。比如当勘探区土质较好、强度较高而所需探查的深度较深时，静力触探的方法就不好、强度较高而所需探查的深度较深时，静力触探的方法就不是很适合。是很适合。一、钻探一、钻探（1 1）钻探的目的和任务）钻探的目的和任务钻探是指用一定的设备、工具（即钻机）来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中钻探是指用一定的设备、
2、工具（即钻机）来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔（直径相对较大者又称为钻井）的过程。工程形成一个直径较小、深度较大的钻孔（直径相对较大者又称为钻井）的过程。工程地质钻探是岩土工程勘察的基本手段，其成果是进行工程地质评价和岩土工程设计、地质钻探是岩土工程勘察的基本手段，其成果是进行工程地质评价和岩土工程设计、施工的基础资料。工程地质钻探的目的是为解决与建筑物（构筑物）有关的岩土体施工的基础资料。工程地质钻探的目的是为解决与建筑物（构筑物）有关的岩土体稳定问题、变形问题、渗流问题提供资料。工程地质钻探的任务可以随着勘察阶段稳定问题、变形问题、渗流问题提供资料。工程地
3、质钻探的任务可以随着勘察阶段的不同而不同，综合起来有如下几个方面：的不同而不同，综合起来有如下几个方面：探察建筑场区的地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层的性质、探察建筑场区的地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层的性质、厚度、层数、产状和空间分布；厚度、层数、产状和空间分布；了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况；了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况；探明地层断裂带的位置、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度变化的探明地层断裂带的位置、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度变化的情况；情况；查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数；查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数；利用钻孔
4、进行灌浆、压水试验及土力学参数的原位测试；利用钻孔进行灌浆、压水试验及土力学参数的原位测试；利用钻孔进行地下水位的长期观测、或对场地进行降水以保证场地岩（土）利用钻孔进行地下水位的长期观测、或对场地进行降水以保证场地岩（土）的相关结构的稳定性（如基坑开挖时降水或处理滑坡等地质问题）。的相关结构的稳定性（如基坑开挖时降水或处理滑坡等地质问题）。（2 2）钻探的基本程序）钻探的基本程序钻探过程包含三个基本程序：破碎岩土。破碎岩土。要在地壳中形成钻孔，首先要进行破碎岩土的钻进工作，钻进可以采用人力或机械力（绝大多数情况下采用机械钻进），以冲击力、剪切力或研磨形式使小部分岩土脱离母体而成为粉末、小岩土
5、块或岩土芯的现象就称为破碎岩土。在孔底将岩土全部破碎成粉末或小块的钻进方法称为“全面钻进”。而钻进过程中只破坏孔底环状部分岩土，中间岩土芯保留的钻进方法称为“取芯钻进”。采取岩土芯或排除破碎岩土。采取岩土芯或排除破碎岩土。这一过程又分为三种方法：一是采用机械的方法，如用取样器、勺钻等取出岩土芯或碎块粉末；二是将岩粉或岩土碎块与水混合成岩粉浆或泥浆后，用抽筒抽出地表，如冲击钻；三是用流体（泥浆、清水、乳化液或空气）作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表。加固孔壁。加固孔壁。当在地壳中形成钻孔之后，钻孔周围原来的地层平衡稳定状态遭到破坏，继而可能引起孔壁坍塌。因此钻孔后必须对孔壁进行加固，加固
6、的方法有三种：一是借助于循环液的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持其稳定，这种方法在现代的反循环钻进中得到充分利用；二是用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的惰性材料有水泥、黏土，化学材料有混入循环液中的泥浆处理剂，还有如直接注入钻孔中的堵漏剂，如氰凝、丙凝等；三是用金属或非金属的套管下人钻孔中以支撑孔壁，这种方法虽然可靠，但成本较高。（3 3）钻探方法及适用范围）钻探方法及适用范围工程地质钻探根据岩土破碎方法的不同，分为四种钻进方法：冲击钻进。冲击钻进。该法利用钻具重力和下落过程中产生的冲击力使钻头冲击孔底岩土并使其产生破坏，从而达到在岩土层中钻进之目的。它又包括冲击钻探和锤击钻探。
7、根据使用工具不同还可以分为钻杆冲击钻进和钢丝绳冲击钻进。对于硬质岩土层（岩石层或碎石土）一般采用孔底全面冲击钻进；对于其他土层一般采用圆筒形钻头的刃口借助于钻具冲击力切削土层钻进。回转钻进回转钻进。此法采用底部焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进时一般要施加一定的压力，使钻头在旋转中切入岩土层以达到钻进的目的。它包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，岩芯钻进为孔底环状钻进，螺旋钻进为孔底全面钻进。振动钻进。振动钻进。采用机械动力产生的振动力，通过连接杆和钻具传到钻头，由于振动力的作用使钻头能更快地破碎岩土层，因而钻进较快。该方法适合于在土层中，特别是颗粒组成相对细小的土层中采用。冲洗钻进。冲洗
8、钻进。利用高压水流冲击孔底土层，使之结构破坏，土颗粒悬浮并最终随水流循环流出孔外的钻进方法。由于是靠水流直接冲洗，因此无法对土体结构及其他相关特性进行观察鉴别。需要说明的是，上述四种方法各有特点，分别适应于不同的勘察要求和岩土层性质，详细情况见表5.1。表表5.1 5.1 钻探方法的适用范围钻探方法的适用范围钻探方法钻进地层勘察要求粘性土 粉土砂土 碎石土岩石直观鉴别、采取不扰动试样直观鉴别、采取扰动试样回转螺旋钻探无岩芯钻探岩芯钻探冲击冲击钻探锤击钻探振动钻探振动钻探冲洗钻探冲洗钻探（4 4）钻探的技术要求）钻探的技术要求钻孔口径及规格。钻孔口径及规格。钻探口径及钻具规格应符合表钻探口径及钻
9、具规格应符合表5.25.2的要求。的要求。表表5.2 5.2 钻孔口径及相应的钻具规格钻孔口径及相应的钻具规格钻孔口径（mm）钻具口径及相应的钻具规格(mm)相当于DCDMA标准的级别岩芯外管岩芯内管套管钻杆绳索钻杆DdDdDdDdDd36352926.52345383323 E46453835315849433143.534A59585147.543.57363544255.546B757365.56256.5898167557161N918981777010899.5675511010899.5127118130127118146137150146137168156S注：标准为美国金刚石钻
10、机制造者协会标准。钻孔口径应根据钻探目的和钻进工艺确定，应当满足取样、原位测试的要求。对要采取原状土样的钻孔，口径不得小于91mm；对仅需鉴别地层岩性的钻孔，口径不宜小于36mm；而在湿陷性黄土中的钻孔，钻孔口径不宜小于150mm。在确定了钻孔口径后，可根据表确定钻具的规格。钻进方法的要求。钻进方法的要求。a、对要求鉴别地层和取样的钻孔，均应采用回钻方式钻进以取得岩土样品。遇到卵石、漂石、碎石、块石等不适合回转钻进的土层时，可改用振动回转方式钻进。b、在地下水位以上土层中应进行干钻，不得使用冲洗液，不得向孔内注水，但可采用能隔离冲洗液的二重或三重管钻进取样。c、钻进岩层宜采用金刚石钻头，对软质
11、岩层及风化破碎带应采用双层岩芯管钻头钻进。需要测定岩石质量指标RQD时应采用外径75mm的双层岩芯管钻头。d、在湿陷性黄土中必须采用螺旋钻头钻进。钻孔护壁的技术要求。钻孔护壁的技术要求。对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施。在浅部填土及其他松散土层中可采用套管护壁。在地下水位以下的饱和软黏土土层、粉土层及砂层中宜采用泥浆护壁，在破碎岩层中可视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。冲洗液严重漏失时，应采取充填封闭等堵漏措施。钻进时，应保证孔内水头压力等于或稍大于周围的地下水水压，提钻时，应通过钻进时，应保证孔内水头压力等于或稍大于周围的地下水水压，提钻时，应通过钻头向孔底通气通水以防止孔底土层由
12、于负压而受到扰动破坏。钻头向孔底通气通水以防止孔底土层由于负压而受到扰动破坏。钻进深度、岩土分层深度量测误差应小于钻进深度、岩土分层深度量测误差应小于0.050.05mm。孔斜的要求及测量。孔斜的要求及测量。深度超过100m的钻孔以及有特殊要求的钻孔，应测斜、防斜，保持钻孔的垂直度或预计的倾斜角度与倾斜方向。对垂直孔，每测量一次垂直度，每100m允许偏差为2。对斜孔，每25m测量一次倾斜角和方位角，允许偏差应根据勘探设计要求确定。钻孔超过允许倾斜度和方位角的偏差值时，应采取纠正措施。倾角及方位角的量测精度应分别小于0.1和3 二、坑探二、坑探当钻探方法难以准确查明地下岩土层情况时，可以采用坑探
13、进行勘探。由于钻探的当钻探方法难以准确查明地下岩土层情况时，可以采用坑探进行勘探。由于钻探的钻孔孔径一般较小，人工不能直接进人观察，因而难以对较大范围岩土层的性质或钻孔孔径一般较小，人工不能直接进人观察，因而难以对较大范围岩土层的性质或地质构造等地质现象作完整准确的了解，加上采样率的限制，对于细节问题了解也地质构造等地质现象作完整准确的了解，加上采样率的限制，对于细节问题了解也存在困难。而探井、探槽等是采用人工或机械的方式挖掘形成坑、槽，揭开地层的存在困难。而探井、探槽等是采用人工或机械的方式挖掘形成坑、槽，揭开地层的范围比较大，人可以进人其中进行详细的观测描述，能直接观测岩土层的天然状态范围
14、比较大，人可以进人其中进行详细的观测描述，能直接观测岩土层的天然状态以及各地层之间的接触关系，还可以取出接近实际的原状结构土样，所以可以更加以及各地层之间的接触关系，还可以取出接近实际的原状结构土样，所以可以更加全面深人地了解地下的情况，因此它具有其他勘察手段无法取代的作用。它的缺点全面深人地了解地下的情况，因此它具有其他勘察手段无法取代的作用。它的缺点是探察的深度较浅，对于地下水位以下深度的勘探也比较困难。岩土工程勘探中常是探察的深度较浅，对于地下水位以下深度的勘探也比较困难。岩土工程勘探中常用的坑探工程有：探槽、试坑、浅井、竖井、平硐和石门等（图用的坑探工程有：探槽、试坑、浅井、竖井、平硐
15、和石门等（图5.1）其特点及用途）其特点及用途详见表详见表5.3。1234561-探槽2-试坑3-浅井4-竖井 5-平硐6-石门图5.1 岩土工程勘察常用坑探示意图表表5.3 各种坑探工程的特点和用途各种坑探工程的特点和用途类型特点用途试坑深数厘米的小坑，形状不定局部剥除地表覆土，揭露基岩探槽从地表垂直岩层走向或构造线方向挖掘成深度不大（小于3-5m）的长条形槽子追索构造线、断层、探查残积坡积层及风化层的厚度和岩性浅井从地表向下垂直，断面呈圆形或方形，深5-15m确定覆盖层及风化层的岩性和厚度，取原状土样，进行载荷试验、渗水试验等竖井形状与浅井相同，但深度可超过20m，一般在平缓山地、漫滩、阶
16、地等岩层较平缓的地方，有时需要进行支护了解覆盖层厚度及性质、构造线、岩层破碎情况、岩溶、滑坡等，对岩层倾向角较缓时效果较好平硐在地面有出口的水平坑道，深度较大，适用于岩层产状较陡的基岩岩层探查调查斜坡地质构造，对查明地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层效果较好，也可以进行取样或做原位试验石门（平巷）不露出地面而与竖井相连的水平坑道，石门垂直岩层走向，与平巷平行了解河底地质结构，做试验等三、地球物理勘探三、地球物理勘探地球物理勘探简称物探，它是基于不同的地层岩性、不同的地质单元具有不同的地球物理勘探简称物探，它是基于不同的地层岩性、不同的地质单元具有不同的物理学性质的特点，以地球物理的方法来探测
17、地层的分界线、面及地质构造线面以物理学性质的特点，以地球物理的方法来探测地层的分界线、面及地质构造线面以及异常点（区域）的探察方法。物探主要通过岩土介质的电性差异、磁场差异、重及异常点（区域）的探察方法。物探主要通过岩土介质的电性差异、磁场差异、重力场差异、放射性辐射差异以及弹性波传播速度差异等，来解决地质学问题的方法。力场差异、放射性辐射差异以及弹性波传播速度差异等，来解决地质学问题的方法。物探的具体方法有很多种，主要可分为以下几大类：电法勘探、磁法勘探、重力勘物探的具体方法有很多种，主要可分为以下几大类：电法勘探、磁法勘探、重力勘探、地震勘探、放射性勘探、井中地球物理测量（也叫地球物理测井
18、）以及地球物探、地震勘探、放射性勘探、井中地球物理测量（也叫地球物理测井）以及地球物理遥感测量等。由于方法众多，这里不可能对它们进行详细地介绍，只概略介绍其理遥感测量等。由于方法众多，这里不可能对它们进行详细地介绍，只概略介绍其主要原理和在工程地质方面的主要应用，以帮助读者从总体上对物探方法有所了解，主要原理和在工程地质方面的主要应用，以帮助读者从总体上对物探方法有所了解，以便在日后工作中能正确选用相应的物探方法解决具体的工程地质问题。现将各主以便在日后工作中能正确选用相应的物探方法解决具体的工程地质问题。现将各主要物探方法的原理和适用范围列于表要物探方法的原理和适用范围列于表5.4一、土样质
19、量等级划分一、土样质量等级划分工程地质钻探的任务之一是采取岩土的试样，用来对其观察、鉴别或进行各种工程地质钻探的任务之一是采取岩土的试样，用来对其观察、鉴别或进行各种物理力学的试验。一般而言，不同的目的对于岩土样品的要求也是不一样的，物理力学的试验。一般而言，不同的目的对于岩土样品的要求也是不一样的，如果仅仅是要对岩性进行鉴别，则岩芯的完整与否就不重要了。而如果仅仅是如果仅仅是要对岩性进行鉴别，则岩芯的完整与否就不重要了。而如果仅仅是对土进行定名、分类，则土样是否受到扰动也就没有什么影响了。但是多数情对土进行定名、分类，则土样是否受到扰动也就没有什么影响了。但是多数情况下岩土样可能是多用途的，
20、因此在采取土样时，应尽量减少对其进行扰动，况下岩土样可能是多用途的，因此在采取土样时，应尽量减少对其进行扰动，也就是要采取原状土样，所谓也就是要采取原状土样，所谓“原状土样原状土样”是指能保持原有的天然结构未受破是指能保持原有的天然结构未受破坏的土样。相应地，如果试样的天然结构已遭受破坏，则称为坏的土样。相应地，如果试样的天然结构已遭受破坏，则称为“扰动土样扰动土样”。在实际勘探过程中，要取得完全不受扰动的原状土样是不可能的，这是由三个在实际勘探过程中，要取得完全不受扰动的原状土样是不可能的，这是由三个方面的因素决定的，第一，土样脱离母体后，原来所受到的围压突然解除，土方面的因素决定的，第一，
21、土样脱离母体后，原来所受到的围压突然解除，土样的应力状态与原来相比发生了变化，这在一定程度上会影响到土样的结构；样的应力状态与原来相比发生了变化，这在一定程度上会影响到土样的结构；第二，钻探及采样过程中，钻具在钻压过程中必然要对周围土体（包括土样原第二，钻探及采样过程中，钻具在钻压过程中必然要对周围土体（包括土样原来所在区域）产生一定程度上的扰动；第三，采取土样时要使用取土器，无论来所在区域）产生一定程度上的扰动；第三，采取土样时要使用取土器，无论何种取土器都有一定的壁厚、长度和面积，它在压入过程中，也使土样受到一何种取土器都有一定的壁厚、长度和面积，它在压入过程中，也使土样受到一定的扰动。所
22、以一般所说的原状土样也只是相对扰动程度较小而已。定的扰动。所以一般所说的原状土样也只是相对扰动程度较小而已。按照取样方法和试验目的的不同，现行的岩土工程勘察规范将土样分成按照取样方法和试验目的的不同，现行的岩土工程勘察规范将土样分成4 4个质个质量等级，具体见表量等级，具体见表5.55.5表5.5 土试样质量等级划分土样级别扰动程度试验内容不扰动土类定名、含水率、密度、强度试验、固结试验轻微扰动土类定名、含水率、密度显著扰动土类定名、含水率完全扰动土类定名注：（1）不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度、含水量变化很小，可以满足各项室内试验要求；（2）除了甲级基础工程外，如确无条件采
23、取级土样，在工程技术条件允许的情况下，可用级土样代替，但宜先对土样受扰动程度作出鉴定，判定用于试验的适用性。并结合地区经验使用试验成果。表表5.5虽然给出了根据扰动程度进行土样质量等级划分的依据，但是土样扰动程虽然给出了根据扰动程度进行土样质量等级划分的依据，但是土样扰动程度的确定也具有一定难度，需要综合多方面的因素进行。一般而言，可根据下列度的确定也具有一定难度，需要综合多方面的因素进行。一般而言，可根据下列几个方面来确定：几个方面来确定：现场外观检查，观察土样是否完整，有无缺失，取样管或衬管是否挤扁、弯现场外观检查，观察土样是否完整，有无缺失，取样管或衬管是否挤扁、弯曲、卷折等。曲、卷折等
24、。测定回收率，回收率，是指取样时取样器贯入孔底以下土层的深度；是指土测定回收率，回收率，是指取样时取样器贯入孔底以下土层的深度；是指土样长度，可取土试样毛长，即可从试样顶端算至取土器刃口，下部如有脱落可不样长度，可取土试样毛长，即可从试样顶端算至取土器刃口，下部如有脱落可不扣除。回收率等于扣除。回收率等于0.98左右是最理想的，大于左右是最理想的，大于1.0或小于或小于0.95是土样受扰动的标志。是土样受扰动的标志。射线检验，可发现土样裂纹、孔洞及粗粒包裹体等土样可能受到扰动的标志。射线检验，可发现土样裂纹、孔洞及粗粒包裹体等土样可能受到扰动的标志。室内试验评价，由于土的力学性质参数对试样的扰
25、动十分敏感，土样受扰动的程度室内试验评价，由于土的力学性质参数对试样的扰动十分敏感，土样受扰动的程度可以通过力学性质试验反映出来，最常见的试验判别方法有两种：可以通过力学性质试验反映出来，最常见的试验判别方法有两种：一是根据应力应变关一是根据应力应变关系评价。系评价。随着土样扰动程度的增加，破坏应变增加，峰值应力降低，应力应变关系曲线随着土样扰动程度的增加，破坏应变增加，峰值应力降低，应力应变关系曲线趋于平缓。根据国际土力学与基础工程学会取样分会汇集的资料，不同地区对不扰动土趋于平缓。根据国际土力学与基础工程学会取样分会汇集的资料，不同地区对不扰动土样作不排水压缩试验得出的破坏应变值分别为：加
26、拿大黏土样作不排水压缩试验得出的破坏应变值分别为：加拿大黏土1%；前南斯拉夫黏土；前南斯拉夫黏土1.5%；日本海相黏土日本海相黏土6%；法国黏性土；法国黏性土3-8%；新加坡海相黏土；新加坡海相黏土1%；如果测得的破坏应变值大于；如果测得的破坏应变值大于上述特征值，该土样就可以认为是受扰动的。上述特征值，该土样就可以认为是受扰动的。二是根据压缩曲线特征评定。二是根据压缩曲线特征评定。先定义扰动先定义扰动指数，式中为原位孔隙比与土样在先期固结压力处孔隙比的差值；为原位孔隙比与重塑指数，式中为原位孔隙比与土样在先期固结压力处孔隙比的差值；为原位孔隙比与重塑土在上述压力处孔隙比的差值。如先期固结压力
27、未能确定，可改用体积应变作为评价指土在上述压力处孔隙比的差值。如先期固结压力未能确定，可改用体积应变作为评价指标：，式中，为土样初始孔隙比；为加荷至自重压力时的孔隙比变化量。标：，式中，为土样初始孔隙比；为加荷至自重压力时的孔隙比变化量。需要说明的是，上述指标的特征值受多种因素控制，它不仅与土样扰动程度有关，而需要说明的是，上述指标的特征值受多种因素控制，它不仅与土样扰动程度有关，而且还受土的沉积类型，应力历史等条件影响，同时也与试验方法有关。因此对于不同地且还受土的沉积类型，应力历史等条件影响，同时也与试验方法有关。因此对于不同地区，不同土质类型是无法找到统一的判断标准的，各个地方应在反复试
28、验、积累数据的区，不同土质类型是无法找到统一的判断标准的，各个地方应在反复试验、积累数据的基础上建立适合于自身的标准。此外，上述标准只是取样后对其扰动状态的事后判断，基础上建立适合于自身的标准。此外，上述标准只是取样后对其扰动状态的事后判断，为了能取到合乎要求的土试样，重点应当放在取样前的精心准备和取样过程的严格控制，为了能取到合乎要求的土试样，重点应当放在取样前的精心准备和取样过程的严格控制，这才是对土试样进行质量等级划分的指导思想所在。这才是对土试样进行质量等级划分的指导思想所在。二、不同等级土样的取样方法及取样工具二、不同等级土样的取样方法及取样工具取样过程中，对土样扰动程度影响最大的因
29、素是所采用的取样方法和取样工具。从取样方法来讲，基本可以分为两种，一是从探井、探槽中直接刻取土样；二是用钻孔取土器从钻孔中采取。对于埋深较大的岩土层，其岩土样品的采取主要是采用第二种方法，即用钻孔取土器采样的方法，所以我们首先来看一下钻孔取土器的分级分类，钻孔取土器按适合的土样质量等级分为、两级，级又分为两个亚级，具体内容可见表5.6。此外按取土器进入岩土层的方式又可分为贯入式取土器和回转式取土器两类。表表5.6 5.6 钻孔取土器分级钻孔取土器分级取土器分类取土器名称a固定活塞薄壁取土器、水压式固定活塞薄壁取土器单动二（三）重管回转取土器双动二（三）重管回转取土器b自由活塞薄壁取土器敞口薄壁
30、取土器、束节式取土器厚壁取土器由于不同的取样方法和取样工具对土样的扰动程度不同，因此，中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范（GB50021-2001）对于不同等级土试样适用的取样方法和工具作了具体规定，其内容具体见表5.7。取土器的外形尺寸及管壁厚度对土样的扰动程度有着重要的影响，因此，规范对每一种取土器的尺寸外形也作了规定，具体如表5.8及表5.9。表5.8 贯入式取土器的技术参数取土器参数厚壁取土器薄壁取土器束节式取土器黄土取土器敞口自由活塞水压固定活塞固定活塞面积比13-201010-13 15内间隙比0.5-1.500.5-1.0 1.5外间隙比0-2.00 1.0刃口角度（）105
31、-10 1.0长度L(mm)400、550对砂土：对粘性土：外径（mm）75-89、10875、10050、75、100127衬管整圆或半合管，塑料、酚醛层压纸或镀锌铁皮制成无衬管，束节式取土器衬管同左塑料、酚醛层压纸或用环刀塑料、酚醛层压纸表5.9 回转型取土器的技术参数 取土器类型外径（mm）土样直径（mm）长度（mm）内管超前说明双重管（加内衬管即为三重管）单动102711500固定直径规格可视财力规格稍作变动，单土样直径不得小于71mm140104可调双动102711500固定140104可调三、钻孔取样的一般要求三、钻孔取样的一般要求除了在探井（洞、槽）中直接刻取岩土样品外，绝大多数
32、情况下岩土样的采取是在钻孔中进行的，钻孔取样除了上述取样方法和取样工具的要求外，还对钻孔过程及取样过程有一定的要求，详细的要求可查看中华人民共和国行业标准建筑工程地质勘探与取样技术规程（JGJ/T87-2012），这里仅介绍其要点。首先，对采取原状土样的钻孔，其孔径必须要比取土器外径大一个等级；其次，在地下水位以上应采用干法钻进，不得注水或使用冲洗液。而在地下水位以下钻进时应采用通气通水的螺旋钻头、提土器或岩芯钻头。在鉴别地层方面无严格要求时，也可以采用侧喷式冲洗钻头成孔，但不得采用底喷式冲洗钻头。当土质较硬时，可采用二（三）重管回转取土器，取土钻进合并进行；再次，在饱和黏性土、粉土、砂土中钻
33、进时，宜采用泥浆护壁。采用套管时，应先钻进再跟进套管，套管下设深度与取样位置之间应保留三倍管径以上的距离，不得向未钻过孔的土层中强行击入套管；此外，钻进宜采用回转方式，在采取原状土样的钻孔中，不宜采用振动或冲击方式钻进；最后，要求取土器下放之前应清孔。采用敞口式取样器时，残留浮土厚度不得超过5cm。当采用贯入式取土器取样时，还应满足下列要求：当采用贯入式取土器取样时，还应满足下列要求：取土器应平稳下放，不得冲击孔底。取土器下放后，应核对孔深和钻具长度，发现残留浮土厚度超过要求时，应提起取土器重新清孔。采取级原状土试样，应采用快速、连续的静压方式贯入取土器，贯入速度不小于0.1m/s。当利用钻机
34、的给进系统施压时，应保证具有连续贯入的足够行程。采取级原状土试样可使用间断静压方式或重锤少击方式。在压入固定活塞取土器时，应将活塞杆牢固地与钻架连接起来，避免活塞向下移动。在贯入过程中监视活塞杆的位移变化时，可在活塞杆上设定相对于地面固定点的标志，测记其高差。活塞杆位移量不得超过总贯入深度的1%。贯入取样管的深度宜控制在总长的90%左右。贯入深度应在贯入结束后仔细量测并记录。提升取土器之前，为切断土样与孔底土的联系，可以回转2-3圈或者稍加静置之后再提升。提升取土器应做到均匀平稳，避免磕碰。当采用回转式取土器取样时，还应满足下列要求：当采用回转式取土器取样时，还应满足下列要求：采用单动、双动二
35、（三）重管采取原状土试样，必须保证平稳回转钻进，使用的钻杆应事先校直。为避免钻具抖动，造成土层的扰动，可在取土器上加节重杆。冲洗液宜采用泥浆。钻进参数宜根据各场地地层特点通过试钻确定或根据已有经验确定。取样开始时应将泵压、泵量减至能维持钻进的最低限度，然后随着进尺的增加，逐渐增加至正常值。回转取土器应具有可改变内管超前长度的替换管靴。内管管口至少应与外管齐平，随着土质变软，可使内管超前增加至50-150mm。对软硬交替的土层，宜采用具有自动调节功能的改进型单动二（三）重管取土器。在硬塑以上的硬质黏性土、密实砾砂、碎石土和软岩中，可使用双动三重管取样器采取原状土试样。对于非胶结的砂、卵石层，取样
36、时可在底靴加置逆爪。在有充分经验的地区和可靠操作的保证下，采用无泵反循环钻进工艺，用普通单层岩芯管采取的砂样可作为级原状土试样。四、钻孔原状土样的采取方法四、钻孔原状土样的采取方法土样的采取方法指将取土器压入土层中的方式及过程。采取方法应根据不同地层、土样的采取方法指将取土器压入土层中的方式及过程。采取方法应根据不同地层、不同设备条件来选择。常见的取样方法有如下几种：不同设备条件来选择。常见的取样方法有如下几种：连续压入法。连续压入法。连续压入法也称组合滑轮压入法，即采用一组组合滑轮装置将取土器一次快速的压入土中。一般应用在人力钻或机动钻在浅层软土中的采样情况下。由于取土器进入土层过程是快速、
37、均匀的，历时较短，因此能够使得土样较好的保持其原状结构，土样的边缘扰动很小甚至几乎看不到扰动的痕迹。由于连续压入法具有上述优越性，在软土层中应尽量用此法取样。断续压入法。断续压入法。即取土器进入土层的过程不是连续的，而是要通过两次或多次间歇性压人才能完成的，其效果不如连续压入法，因此仅在连续压入法无法压入的地层中采用。断续压入时，要防止将钻杆上提而造成土样被拔断或冲洗液侵入对土样造成破坏。击入法。击入法。此法在较硬或坚硬土层中采样时采用。它采用吊锤打击钻杆或取土器进行土样的采取。在钻孔上面用吊锤打击钻杆而使取土器切入土层的方法称为上击式；在孔下用吊锤或加重杆直接打击取土器而进行取土的方法称为下
38、击式。采用上击式取土方法时，锤击能量是由钻杆来传递的，如钻杆过长则在锤击力作用下会产生弯曲，弯曲到一定程度即会对土样产生附加的扰动，因此钻杆的长度应当有所限制，即不应当超过某一临界长度，临界长度可由欧拉公式求得：)(cmPCEJL 当取样深度小于临界深度时，钻杆不会产生明显的纵向弯曲，采用上击式取土是有效的。但当取样深度大于L时，钻杆柱产生了纵向弯曲，最大弯曲点接触孔壁，使传至取土器的冲击力大大减弱，在这种情况下上击式取土效果差。另外，钻杆本身也是一个弹性体，当重锤下击时，极易产生回弹振动，因而容易造成土样扰动。由于存在上述缺点，上击法只用于浅层硬土中。下击式取土由于重锤或加重杆在孔下直接打击
39、取土器，避免了上击式取土所存在的一些问题。因此，它具有效率高、对土样扰动小、结构简单、操作方便等优点。下击式取土法采用在孔下取土器钻杆上套一穿心重杆的方法，用人力或机械提动重杆使之往复打击取土器而进行取土。在提动重杆或重锤时，应使提动高度不超过允许的滑动距离，以免将取土器从土中拔出而拔断土样。回转压入法回转压入法机械回转钻进时可用回转压入式取土器（双层取土器）采取深层坚硬土样或砂样。取土时，外管旋转刻取土层，内管承受轴心压力而压入取土。由于外管与内管为滚动式接触，因此内管只承受轴向压力而不回转，外管刻取的土屑随冲洗液循环而携出孔外。如果泵量过小，则土屑不能全部排出孔口而可能妨碍外管钻进，甚至进
40、入内外管之间造成堵卡，使内管随外管转动而扰动土样。回转压入取土过程中应尽量不要提动钻具，以免提动内管而拔断土样，即使在不进尺的情况下提动钻具，也应控制提动距离，使之不超过内管与外管的可滑动范围。五、探井、探槽取样的一般要求五、探井、探槽取样的一般要求（1 1）探井、探槽中采取的原状土试样宜用盒装。）探井、探槽中采取的原状土试样宜用盒装。土样容器可采用120mm200mm或120mm120mm200mm、150mm150mm200mm等规格。对于含有粗颗粒的非均质土，可按实验设计要求确定尺寸。土样容器宜做成装配式并具有足够刚度，避免土样因自重过大而产生变形。容器应有足够净空，使土试样盛入后四周上
41、下都留10mm的间隙。（2 2）原状土试样的采取应按下列步骤：）原状土试样的采取应按下列步骤：整平取样处的表面；按土样容器净空轮廓，除去四周土体，形成土柱，其大小比容器内腔尺寸小20mm；套上容器边框，边框上缘高出土样柱约10mm，然后浇入热蜡液，蜡液应填满土样与容器之间的空隙至框顶，并与之齐平，待蜡液凝固后，将盖板用螺钉拧上；挖开土样根部，使之与母体分离，再颠倒过来削去根部多余土料，使之低于边框约10mm，再浇满热蜡液，待凝固后拧上底盖板。在探井、探槽中按照上述要求采取的盒状土样，可作为级原状十试样。六、土样的现场检验、封存、储存及运输六、土样的现场检验、封存、储存及运输土样从母体土层中被剥
42、离后到最终进入室内试验尚需要经过现场封装、储存、运输等多个环节，这其中的任何一个环节处置不当均会对土样造成扰动甚至破坏，从而影响试验结果的准确性，因此对从取土器中取出土样及后续过程也应遵守相应的规定，否则可能会前功尽弃。（1 1）取土器提出地面之后，小心地将土样连同容器（衬管）卸下，并应符合下列要求：）取土器提出地面之后，小心地将土样连同容器（衬管）卸下，并应符合下列要求：以螺钉连接的薄壁管，卸下螺钉即可取下取样管；对丝扣连接的取样管、回转型取土器，应采用链钳、自由钳或专用扳手卸开，不得使用管钳之类易于使土样受挤压或使取样管受损的工具；采用外管非半合管的带衬管取土器时，应使用推土器将衬管与土样
43、从外管推出，并应事先将推土端土样削至略低于衬管边缘，防止推土时土样受压；对各种活塞取土器，卸下取样管之前应打开活塞气孔，消除真空。（2 2）对钻孔中采取的）对钻孔中采取的级原状土试样，应在现场测定取样回收率。取样回收率大于级原状土试样，应在现场测定取样回收率。取样回收率大于1.0或小于或小于0.95时，应检查尺寸量测是否有误，土样是否受压，根据情况决定土样废弃时，应检查尺寸量测是否有误，土样是否受压，根据情况决定土样废弃或降低级别使用。或降低级别使用。（3）土样密封可选用下列方法：）土样密封可选用下列方法：将上、下两端各去掉约20mm，加上一块与土样截面面积相当的不透水圆片，再浇灌蜡液至与容器
44、端齐平，待蜡液凝固后扣上胶皮或塑料保护帽；用配合适当的盒盖将两端盖严后，将所有接缝用纱布条蜡封或用胶带封口。（4）每个土样封蜡后均应填贴标签，标签上下应与土样上下一致，并牢固的粘）每个土样封蜡后均应填贴标签，标签上下应与土样上下一致，并牢固的粘贴于容器外壁。土样标签应记载下列内容：贴于容器外壁。土样标签应记载下列内容：工程名称或编号；孔号、土样编号、取样深度；土类名称；取样日期；取样人姓名。土样标签记载应与现场钻探记录相符。取样的取土器型号、贯入方法，锤击时击数、回收率等应在现场纪录中详细记载。（5）土样密封后应置于温度及湿度变化小的环境中，避免暴晒或冰冻。）土样密封后应置于温度及湿度变化小的
45、环境中，避免暴晒或冰冻。（6）运输土样，应采用专用土样箱包装，土样之间用柔软缓冲材料填实。一箱）运输土样，应采用专用土样箱包装，土样之间用柔软缓冲材料填实。一箱土样总重不宜超过土样总重不宜超过40kg。（7）对易于振动液化、水分离析的土样，不宜长途运输，应在现场就近进行室）对易于振动液化、水分离析的土样，不宜长途运输，应在现场就近进行室内实验。内实验。（8）土样采取之后至开始土工实验之间的储存时间，不宜超过两周。）土样采取之后至开始土工实验之间的储存时间，不宜超过两周。七、保证土取样质量的主要措施七、保证土取样质量的主要措施上面已提及，影响土样质量的因素，贯穿于钻孔、取样、封装、运输、保存等全
46、过程。保证土样质量的常见措施有：（1 1）保持钻孔的垂直度。）保持钻孔的垂直度。钻孔的垂直度直接影响土样的质量与试验资料的准确性。若钻孔倾斜，则在下放取土器的过程中，取土器会刮削孔壁而使余土过多，因而使土样受挤压扰动。另外，由倾斜钻孔中取出的土样也是倾斜的，用这些土样进行试验所得到的土的力学指标是不符合实际情况的，按照这种试验结果进行土工计算和设计很可能会导致错误的结果。（2 2）根据不同地层、不同埋深情况、不同设备条件合理选择相应的取土器和取土方）根据不同地层、不同埋深情况、不同设备条件合理选择相应的取土器和取土方法。法。这一点也非常关键，具体选择标准可参考表5.7的有关内容。（3 3）保持
47、孔内清洁。）保持孔内清洁。只有较彻底地清除孔底的废土碎屑，才能避免因余土过多而使土样受挤压扰动。（4 4）保证取土器切入土层的速度。为了获得高质量的原状土样，提高取土器进入土）保证取土器切入土层的速度。为了获得高质量的原状土样，提高取土器进入土层的速度是一个重要方面。层的速度是一个重要方面。取土器进入土层的速度与施加压力的大小和土层的性质、结构等因素密切相关。在取土器进入土层的过程中，虽然取土器的内壁比较光滑，但若切入速度较慢，土样的侧向膨胀会加大取土器内壁与土样之间的摩擦阻力而使土样受到扰动。反之，如取土器切入较快，不待土样膨胀，土样已顺利进入取土器中，则土样扰动程度相对较小。（5 5）土样的封装、运输、保存应符合有关要求。）土样的封装、运输、保存应符合有关要求。（6 6）钻进方法。）钻进方法。为取得保持原状结构的土样，首先必须保证孔底土层没有因不恰当的钻进方法而受到扰动。这一点对结构性较强的土层尤为重要。
