工程地質(zhì)勘察是為查明影響工程建筑物的地質(zhì)因素而進(jìn)行的地質(zhì)調(diào)查研究工作。所需勘察的地質(zhì)因素包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)構(gòu)造:地貌、水文地質(zhì)條件、土和巖石的物理力學(xué)性質(zhì),自然(物理)地質(zhì)現(xiàn)象和天然建筑材料等。這些通常稱(chēng)為工程地質(zhì)條件。查明工程地質(zhì)條件后,需根據(jù)設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn),預(yù)測(cè)工程建筑物與地質(zhì)環(huán)境相互作用(即工程地質(zhì)作用)的方式、特點(diǎn)和規(guī)模,并作出正確的評(píng)價(jià),為確定保證建筑物穩(wěn)定與正常使用的防護(hù)措施提供依據(jù)。
1-孔口;2-孔底;3-孔壁;4-孔經(jīng);5-換經(jīng);6-孔深
(2)鉆探過(guò)程和鉆進(jìn)方法
根據(jù)自然條件的復(fù)雜性以及工程要求選擇鉆探設(shè)備和鉆進(jìn)方法。鉆機(jī)一般分為回轉(zhuǎn)式和沖擊式兩種。
回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)是利用鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)器帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn),磨消孔底地層而鉆進(jìn),通常使用管狀鉆具,能取柱狀巖芯樣品。
沖擊式鉆機(jī)則利用卷?yè)P(yáng)機(jī)借鋼絲繩帶動(dòng)有一定重量的鉆具上下反復(fù)沖擊,使鉆頭擊碎孔底地層而形成鉆孔后用抽筒提取巖石碎塊或擾動(dòng)土樣。針對(duì)不同的巖石及地層條件,可選取不同的鉆進(jìn)方式、鉆機(jī)與鉆具。
鉆探過(guò)程中有三個(gè)基本程序:
破碎巖土:在工程地質(zhì)鉆探中廣泛采用人力和機(jī)械方法,使小部分巖土脫離整體而成為粉末、巖土塊或巖土芯的現(xiàn)象,叫做破碎巖土。巖土的破碎是借助于沖擊力、剪切力、研磨和壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
采取巖土:用沖洗液(或壓縮空氣)將破碎的碎屑沖到孔外,或者用鉆具(抽筒、勺形鉆頭、螺旋鉆頭、取土器、巖芯管等)靠人力或機(jī)械將孔底的碎屑或樣芯取出于地面。
保全孔壁:為了順利地進(jìn)行鉆探工作,必須保護(hù)好孔壁,不使其坍塌。一般使用套管和泥漿來(lái)護(hù)壁。
工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式,將鉆進(jìn)的方法分為以下四種:
沖擊鉆進(jìn)
沖擊鉆進(jìn)法采用底部圓環(huán)狀鉆頭。鉆進(jìn)時(shí)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(shí)產(chǎn)生沖擊動(dòng)能,沖擊孔底巖土層,使巖土層達(dá)到破碎之目的而加深鉆孔。
回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)
回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中施加鉆壓,使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切入巖土層,達(dá)到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進(jìn),有時(shí)為有效地完整地揭露標(biāo)準(zhǔn)地層,還可以采用勺形鉆鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)綜合了前兩種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。其工作原理是:在鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆頭克取巖石時(shí),施加一定的動(dòng)力,對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊作用,使巖石的破碎速度加快,破壞粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時(shí)由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻入巖石深度增加,在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大提高了鉆進(jìn)的效率。
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)綜合了前三種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。采用機(jī)械動(dòng)力所產(chǎn)生的振動(dòng)力,通過(guò)連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周?chē)林?。由于震?dòng)器高速振動(dòng)的結(jié)果,圓筒鉆頭依靠鉆具和振動(dòng)器的重量使得土層更容易被切削鉆進(jìn),切鉆進(jìn)速度較快。
減少土試樣擾動(dòng)的注意事項(xiàng)
為保證土樣少受擾動(dòng),采取土試樣的前后及過(guò)程中應(yīng)注意如下事項(xiàng):
合理的鉆進(jìn)方法是保證取得不擾動(dòng)土樣的前提。
也就是說(shuō),鉆進(jìn)方法的選用首先應(yīng)著眼于確??椎讛M取土樣不被擾動(dòng)。這一點(diǎn)幾乎對(duì)任何種土樣都適用,而對(duì)結(jié)構(gòu)敏感或不穩(wěn)定的土層尤為重要。從國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)看,主要有以下幾點(diǎn)要求:
1)在結(jié)構(gòu)性敏感土層和較疏松砂土層中需采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),而不得采用沖擊鉆進(jìn);
2)以泥漿護(hù)孔,可以減少擾動(dòng)。并注意在孔中保持足夠的靜水壓力,防止因孔內(nèi)水位過(guò)低而導(dǎo)致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動(dòng)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距離,避免下放取土器時(shí)切削孔壁,擠進(jìn)過(guò)多的廢土。尤其在軟土鉆孔中,時(shí)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(jìn)不宜過(guò)深,以免下部擬取土樣部位的土層受擾動(dòng)。并且在正式取土前,把已受一定程度擾動(dòng)的孔底土柱清理掉,避廢土過(guò)多,取土器頂部擠壓土樣;
5)取土深度和進(jìn)土深度等尺寸,在取土前都應(yīng)丈量準(zhǔn)確。
取土過(guò)程中,如提升取土器、拆卸取土器等每個(gè)操作工序,均應(yīng)細(xì)致穩(wěn)妥,以免造成擾動(dòng)。
取出的土應(yīng)及時(shí)用蠟密封,并注明上下,貼上標(biāo)簽,作好記錄;
另外(即除了鉆探過(guò)程的問(wèn)題外),在土樣封存、運(yùn)輸和開(kāi)工做試驗(yàn)時(shí),都應(yīng)注意避免擾動(dòng)。嚴(yán)防振動(dòng)、日曬、雨淋和凍結(jié)。