浅谈工程地质勘察钻探中的取样

殷根华

【摘 要】我国的地质勘察事业近些年不断发展，钻探技术以其准确的分析能力在地质勘察工程中也应用得越来越多，成了地质勘察的主要手段。本文论述对岩土工程勘察钻探技术和取样及测试进行了探讨。

【关键词】工程地质勘察；钻探；取样

引言

在工程地质勘察中，按勘察或工程设计施工技术要求，从钻孔（或从探坑、探井、探槽）内某一深度处采取一定数量的实物样品，这是工程地质勘探的主要任务，是工程地质勘探和水文地质勘探获取地表以下地质资料的主要手段，也是检验建筑物基础等地下工程施工质量的重要方法。

一、钻探技术和取样及测试概述

（一）钻探技术和取样及测试的目的

钻探取样的目的主要有以下几个方面： ①揭露并划分地层，鉴定和描述岩土的性质和成分；②查明地质构造，不利地质现象分布界限及形态等；③对孔内采取的岩石样品，进行分析实验，搞清岩石的物理力学性质；④查明地下水的类型，水位测量，采取水样，分析地下水的物理化学性质；⑤在钻孔内进行取样及测试。

（二）钻探技术和取样及测试的分类

钻探取样主要有以下几个方面：①测绘孔：为工程测绘而钻的浅孔，在孔中采取原状样品以供室内实验适用，以查清建筑物基础的工程地质特征；②勘探孔：在勘察阶段中，了解建筑物的地基土的详细地质资料，决定施工方法；③控制孔：是为编制岩性和水文地质剖面进行工程地质分层；④实验孔：是为在孔内进行取样及测试、水文地质试验而钻的孔。

（三）钻探技术和取样及测试的特点

钻探取样是一项复杂的工程，具有明显的特点：①孔浅，一般50m 以内；②取未扰动和原状土样；③孔内进行多种多样试验；④钻进条件变化大，勘察对象分散。

（四）工程地质钻进方法和工具

钻进方式：岩芯钻探、冲击钻探、回转钻探、小径机械回转钻进及小径冲击回转钻进等等。机械振动钻进：振动钻进应用范围砂土和粘性土地层；孔浅时，钻进效率较高，孔深和岩石较硬时，钻进效率低。机械振动原理振动器带动钻杆和钻头产生周期振动，使周围岩层和土层也产生振动。由于振动频率较高，岩土层抗剪强度降低，在钻具和振动器自重及振动力的联合作用下，使钻头切入岩土层，从而实现钻进。

螺旋钻进方法：螺旋钻进方法是干式钻进，利用螺旋钻头，不断地回转将岩粉输送到地面或用螺旋钻杆本身将岩屑提到地表的一种钻进方法。孔径多为120～200mm；孔深为25～50m 最长不超过100m。它适用于1～4 级软岩层。

（五）钻探技术和取样及测试的设备

由于工程地质勘察逐年增加，地下建筑工程深度更大，以往用岩芯钻机已满足不了实际工作需要，现已发展不同类型专用钻机。下面介绍几种：SH30-2型：孔深30m，开孔直径142mm，终孔直径110mm，汽油机或电动机，回转冲击，取原状土样，适用于各种第四纪松散地层。GJD-2 型：孔深50m，开孔直径150mm，终孔直径110mm，柴油机或电动机，回转冲击振动静压，取土样或岩芯，适用于第四纪地层。XY-100 型：孔深100m，开孔直径90～130mm，终孔直径70～90mm，柴油机，正循环回转液压钻进，适用于各种地层，目前被广泛使用。

二、工程地质取样技术

（一）钻孔取样的操作

钻孔取样操作施工工序复杂，必须按照施工工序进行，土样质量的优劣，不仅取决于取土器具，还取决于取样全过程的各项操作是否恰当。

①钻进要求。a.使用合适的钻具与钻进方法。一般应采用较平稳的回转式钻进。若采用冲击、振动、水冲等方式钻进时，应在预计取样位置1m 以上改用回转钻进。在地下水位以上一般应采用干钻方式。b.在软土、砂土中宜用泥浆护壁。若使用套管护壁，应注意旋入套管时管靴对土层的扰动，且套管底部应限制在预计取样深度以上大于3 倍孔径的距离。c.应注意保持钻孔内的水头等于或稍高于地下水位，以避免产生孔底管涌，在饱和粉、细砂土中尤应注意。

②取样要求。原状土取样：a.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；b.地下水位以上应采用干法钻进，不得注水或使用冲洗液，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；c.在饱和黏性土、粉土、砂土中钻进时，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；d.钻进宜采用回转方式，在采取原状土样钻孔中，不宜采用振动或冲击方式钻进；e.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；f.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；g.采取Ⅰ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。当利用钻机给进系统施压时，应保证具有连续贯入的足够行程。采取Ⅱ级原状土试样可使用间断静压方式或重锤少击方式；h. 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，可在活塞桿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%；i. 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；j.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。

（二）回转式取土器取样

回转式取土器取样是一种常用的取样方式，需要注意的问题有：①采用单动、双动二（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；②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；③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；④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；⑤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，取样时可在底靴加置逆爪；⑥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Ⅱ级原状土试样。

三、 结束语

钻探是最重要的岩土工程地质勘察和检测的手段，在实际工作中，要不断总结经验，提高钻探技术，做到岩芯的采取率和质量达到钻探的设计要求，取出合格的岩土试验样品，在钻探的过程中，按要求做好各种测试工作，使钻探更好地服务于岩土工程勘察和检测。

参考文献：

[1] 罗爱.工程地质勘察中钻探技术的应用分析[J].低碳世界，2014（13）.