鉆探過程和鉆進(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)則利用卷揚(yáng)機(jī)借鋼絲繩帶動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土樣。針對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。

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，破壞粒度比回轉(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)-振動鉆進(jìn)

沖擊-回轉(zhuǎn)-振動鉆進(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。由于震動器高速振動的結(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鉆進(jìn)，切鉆進(jìn)速度較快。

造成土試樣擾動有三個原因：

一是外界條件引起的土試樣的擾動，如鉆進(jìn)工藝、鉆具選用、鉆壓、鉆速、取土方法選擇等。若在選用上不夠合理時，都能造成其土質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)被破壞。

二是采樣過程造成的土體中應(yīng)力條件發(fā)生了改變，引起圖樣內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)間的相對位置位移和組織結(jié)構(gòu)的變化，甚至出現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)間的原由粘聚力的破壞。

三是采取土樣時，需用取土器采取。但不論采用何種取土器，它都有一定的壁厚、長度和面積。當(dāng)切如土層時，會使土樣產(chǎn)生一定的壓縮變形。壁愈厚所排開土體愈多，其變形量愈大，這就造成土樣更大的擾動。

從上述可見，所謂原狀土試樣實(shí)際上都不可避免地遭到了不同程度的擾動。為此，在采取土試樣過程中，應(yīng)力求減小對試樣的擾動，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(yàn)?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：

一級—不擾動，可進(jìn)行試驗(yàn)項目有：土類定義、含水量、密度、強(qiáng)度系數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密系數(shù)。

二級—輕微擾動，可進(jìn)行的試驗(yàn)項目有：土類定義、含水量、密度。

三級—顯著擾動，可進(jìn)行的試驗(yàn)項目有：土類定義、含水量。

四級—完全擾動，可進(jìn)行的試驗(yàn)項目有：土類定義。

在鉆孔取樣時，采用薄壁取土器所采得的土樣定為一～二級；

對于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土樣定為二～三級；

對于采用標(biāo)準(zhǔn)貫入器、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義為三～四級。

從上可見，為取得一級質(zhì)量的土試樣，普遍采用薄壁取土器來采取，以滿足土工試驗(yàn)全部的物理力學(xué)參數(shù)的正確獲得。

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(jìn)方法是保證取得不擾動土樣的前提。

也就是說，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。這一點(diǎn)幾乎對任何種土樣都適用，而對結(jié)構(gòu)敏感或不穩(wěn)定的土層尤為重要。從國內(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。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距離，避免下放取土器時切削孔壁，擠進(jìn)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(jìn)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，避廢土過多，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。

取土過程中，如提升取土器、拆卸取土器等每個操作工序，均應(yīng)細(xì)致穩(wěn)妥，以免造成擾動。

取出的土應(yīng)及時用蠟密封，并注明上下，貼上標(biāo)簽，作好記錄；

另外（即除了鉆探過程的問題外），在土樣封存、運(yùn)輸和開工做試驗(yàn)時，都應(yīng)注意避免擾動。嚴(yán)防振動、日曬、雨淋和凍結(jié)。