4钻探与坑探.ppt

《4钻探与坑探.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4钻探与坑探.ppt（33页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第三节 工程地质钻探与坑探,一、钻探 工程钻探是根据岩土工程的目的和要求，以及 工程建设的需要，利用动力机械和钻具向指定的地 层进行钻孔的施工工程。 借助于钻探直接取得拟定深度和直径的岩芯、 土样、水样、气样等实物样品，用以分析鉴定地质 岩层及构造，确定土的物理力学性质和地层形成年 代，或者钻凿专门供工程用途的钻孔以满足国民经 济济建设的需求。,（一）主要钻探方法,1、冲击钻进 利用钻具重力，冲击孔底，将岩石捣碎，全面地破碎孔 底岩石，称为冲击钻进。冲击钻进根据使用工具不同，有钻 杆冲击和钢丝绳冲击两种；按地层情况，对基岩和卵碎石 土，一般采用十字钻头和一字钻头；对土层一般采用圆筒形 钻头。

2、2、回转钻进 利用硬度高、强度大的研磨材料和切削工具，在一定压 力下，以回转的形式来破碎岩石，称回转钻进。回转钻进又 可分为两类；一类是孔底全面钻进，即将孔底岩石全部破 碎，如用三牙轮钻头钻进，这种方法只能取出岩粉，不能取 出岩心；另一类是孔底环状钻进，即以环状工具破碎岩石， 在钻孔中心部分留下一根柱状岩石（称岩心）。,a金刚石钻进用的钻具； b硬质合金钻进用的钻具； c无岩心钻进用的钻具； d钻粒钻进用的钻具 1 钻机；2发动机；3泥浆泵；4钻塔；5钢丝绳；6水龙头；7送水管；8吸水管；9水源箱；10主动钻杆；11套管；12钻杆接箍；13钻杆；14钻杆锁接头；15沉淀管；16沉淀管接头；17

3、岩心管；18钻粒钻头；19钻铤；20钻铤接箍；21铤锁接头；22岩心管接头；23扩孔器；24金刚石钻头；25刮刀式钻头；26硬质合金钻头,（三）钻孔结构 为了顺利地进行工程钻探施工，在制定勘察方案之后， 对于勘察区城内所布置的钻孔，必须进行钻孔结构和技术设 计的研究。钻孔结构是指由开孔至终孔孔身口径的变化 . 钻孔结构的选择，主要考虑地层岩性、水文地质条件、 取芯要求、终孔口径、钻孔深度、钻进方法以及钻孔用途等 因素。在保证钻孔、质量和安全钻进的前提下，尽可能地采 用泥浆护壁，力求少换径，少下或不下套管。一般来说，换 径次数愈多，钻孔结构愈复杂，换径次数少，则钻孔结构简 单。力求钻进速度快、质

4、量好、成本低、最大限度地简 化钻孔结构。,工程勘察时，在地层复杂的钻孔中，遇到下列 情况，其对策如下： 1 钻进松散的砂砾层、流砂层、受地下水影响， 用泥浆护孔无效时，下套管换径钻进； 2 穿过较厚的节理、裂隙发育的破碎带，坍塌、 掉块严重，采用泥浆、水泥浆或其它护孔堵漏方法 均无效时，下套管换径钻进； 3 钻孔遇到含水构造或大裂隙贯通，严重涌水， 用其它方法止水无效时，可下套管止水后换径钻进 4 钻孔达到一定深度后，为了适应设备负荷的能 力，可换径钻进。,（四）岩心采取 1 对岩心采取质量的要求 1）工程地质钻探对岩心采取率的要求见表,2）岩心的完整程度 采出岩心保持的结构、构造（如矿物颗粒

5、的形 状、大小、胶结状态、原始结构面、风化裂隙等） 所反映的原地层实际情况的程度，称为岩心的完整 程度。钻探中，要求岩心应有较好的完整程度，避 免钻进、采心过程中对岩心的人为破碎，颠倒和扰 动，尽量保持岩心的原生特征。 3）岩心的代表性 岩心取出部位（埋藏深度、厚度、产状等）的准 确程度。要求取出岩心的位置准确，以正确判定地 层与构造。,2 影响岩心采取质量的因素 1）地质因素 地层松软或岩层破碎，岩心在岩心管内受到震动、冲蚀、 相互磨损，造成岩心采取率低和岩心完整程度差。易被溶蚀 的岩层（如盐岩、泥灰岩等），受到冲洗液的冲蚀与溶解， 造成岩心采取率低。 2）人为因素 金刚石钻进的取心质量优于

6、硬质合金钻进，更优于钻粒钻 进；钻压、转速过高，使岩心振动、磨耗增加；过低则钻速 下降，延长了岩心受破坏作用的时间。泵量过大，会加剧岩 心被冲毁和磨耗的破坏作用。 钻头直径过小，则岩心抵抗破碎的能力愈小，特别是当钻 进有较多裂隙、较脆的岩层时，影响更大,3 提高岩心采取质量的措施 为提高岩心采取质量，必须根据岩层特点，正确 选择钻进方法、取心工具，确定适宜的钻进规程和 操作方法 1）无泵钻进法 分为孔内无冲洗液和有冲洗液两种。 孔内无冲洗液无泵钻进法也称干钻法。适用于松 软土层中的钻探，可提高岩心采取率；当需摸清所 钻地层的水文地质情况时亦常采用，如滑坡地区的 钻探。 孔内有冲洗液无泵钻进法适

7、用于松软、脆、碎、 怕冲蚀、溶蚀的岩层中钻探。,2）喷射式孔底反循环钻进 喷射式孔底反循环钻进适用于硬、脆、碎地层及松软、胶 结性差、易磨损地层的钻进。喷射钻具型式较多，但工作原 理基本相同。 钻进时，泵送高压冲洗液由钻杆进入喷嘴，并高速射入扩 散管，在喷嘴与扩散管间形成负压区，使孔底液流经岩心管 吸入扩散管中。 3）双层岩心管钻进 可分为双动双管和单动双管钻具两大类。双管钻具具有 避免冲洗液冲刷岩心的特点，因而适用于松散或怕冲刷的地 层，可提高岩心的采取质量。其中单动双管钻具，由于内管 不转动，可避免因钻具转动所造成的机械破坏岩心作用。,二、勘探技术要求及编录 （一）勘探技术要求 1 钻进深

8、度、岩土层面深度、地下水位深度的量测误差应在 5cm 以内。 2 非连续取芯钻进的回次进尺，对于螺纹钻探应限制在1m 以内，对于岩芯钻探应限制在2m以内。 3 岩芯钻探的岩芯采取率，对于一般岩石应不低于80%，对软质，破碎岩石应不低于65%。 3 钻孔时应注意观测地下水位，量测地下水初见水位与静止水位。通常每个钻孔均应量测第一含水层的水位。如有多个含水层，应根据勘察要求决定是否分层量测水位。 4 对定向钻进的钻孔、跨孔波速测量的钻孔，应分段进行孔斜（倾角及方位）测量。,（二）勘探编录 1、钻探原始编录 1）钻探记录 钻探记录的主要内容是钻探原始记录和交接班记录。施钻 过程中，必须逐项认真填写。

9、内容包括时间、进尺与深度、 岩心记录、地下水位、钻进方法、钻进参数、钻进情况的记 （1）时间 （2）进尺与深度 （3）岩心记录 记录岩心的编号、采长、采取率。并进行鉴定。,岩心描述内容,（4）钻进方法记录： （5）钻进参数的记录： （6）钻进情况记录 A 使用冲洗液钻进时，意记录耗量，回水颜色和冲出混合物成分，及变化情况等； B 钻探过程中，记录孔壁坍塌掉块情况及深度，钻具震动情况； C 在空洞和陷穴地带，发生钻具掉落时，应记录起迄深度及是否有水等； D 钻进砂层遇有涌砂现象时，应注明涌砂深度及涌升高度和所采取的措施； E 在钻进中感觉到可能变层时应及时记录，以便在取出的岩心证实变层位置后，查

10、核深度； F 发现地下水后，记录初见水位、稳定水位、测量日期 I 记录所取原状土样、岩样、水样的数量及深度； J 记录钻孔原位测试：提水、抽水、压水或注水试验,2、钻探综合编录,四、 取土样 （一）取土器的种类 工程地质勘探中采用取土器采取土样。取土器的 种类很多，根据取土器的结构及封闭形式可分为：,1 接头；2 调节垫片；3 调节螺丝；4 弹簧；5 球；6 异径接头；7 余土管；8 取土衬筒；9 取土管；10 管靴,1、限制球阀式取土器 在取样过程中，取土器内的液体、气体将球顶起 排出，当停止取样时，由于球上部弹簧的作用将球 压回原阀座位置，以起密封作用。,1接头；2连接帽；3操纵杆；4橡皮

11、垫活阀；5余土管；6取土衬筒；7取土管；8管靴,2、活阀式取土器 1）上提活阀式 土试样进入取土管时，取土器内的水、气泥由活 阀上部排出。上提钻杆橡皮垫封闭活门，即可取上 土样。,1 取砂筒；2 环刀；3 取砂器头；4 压锥,2）下压活阀式 下压活阀式取土器是用一锥形的活阀，通 过钻杆下旋或弹簧压入而起封闭作用。,1外管；2合金钻头；3内管靴（前刃）；4内管；5上接头；6衬管；7小孔；8阀；9弹簧；10排水口；11爪簧挡圈；12接头,3、回转式取土器（三重管式） 这种取土器有单动三重管和双动三重管两种。单动三重管 取土器相当于单动双重岩芯管，但有三管，即外管、内管及 衬管（薄壁筒）。取样时外管

12、回转，内管由于有轴承相连， 只下压而不转动。内管下端为一前刃，没有活塞，密封靠上 部的弹簧阀或球阀。,1 活塞；2 薄壁取土管；3 活塞杆；4 钻杆,4、活塞式取土器 固定活塞式取土器：这种取土器的取土筒内装有 一活塞，与它联接的活塞杆一直通到地面。取样时 先将活塞杆在地面固定，然后下压钻杆将取土筒压 入土内。,（二）不扰动土试样的采取方法 钻孔中采取不扰动土试样的方法有： 1、击入法 按锤击次数分为： （1） 轻锤多击法 是用人力或机械力操纵落锤。锤的质量轻，锤击 次数多，其速度及下击力往往不均匀，钻杆的摆动 也大，故对土试样的扰动较大，一般不采用。 （2） 重锤少击法 是用重锤以少击快速将

13、取土器击入土中。根据取 样试验比较，重锤少击比轻锤多击取土质量好，而 又以重锤一次击入更好。,2、压入法 1）慢速压入法 是用杠杆、千斤顶、钻机手把等加压，慢速压 入法取样对土试样有一定程度的扰动，不过扰动的 程度较轻锤多击法要轻。 2）快速压入法 是将取土器快速、均匀地压入土中，采用这种 方法对土试样的扰动程度最小。目前较普遍使用的 方法有两种： 活塞油压筒法：采用比取土器稍长的活塞油压 筒通以高压，强迫取土器以等速压入土中。 纲绳、滑车组法：借机械力量通过钢绳、滑车 装置将取土器压入土中。,注：1 不扰动土试样系指虽原位应力状态改变，但土的结构，密度、含水量变 化很小，能满足各项室内试验要

14、求的土试样； 2 因无法取得I级土试样而必须使用II级土试样进行强度、变形、固结压 密参数试验时，应结合地区经验慎重使用试验成果。,（三） 取样质量要求 1、土试样质量等级 按照取样方法及试验目的，岩土工程勘察规 范对土试样的质量等级作如下规定,2、取样技术要求 钻孔中采取IIII级土试样，操作方法应符合以下要求 1） 在地下水位以上钻进遇水易于浸湿而影响土试样质量的 土层，不允许向孔内注水或使用冲洗液 2） 在地下水位以下的软土、粉土及砂土中钻进宜采用泥浆 护壁。如使用套管，应始终保持孔内水位等于或稍高于 地下水位，且取样位置至少应低于套管底部1m。 3） 采用冲击、振动等方法钻进，至少应在

15、预计取样位置以 上1m 开始改用回转方式钻至取样位置 4） 放取土器之前应仔细清孔，孔底残留浮土厚度不得大于 取土器上端废土段长度，下放取土器时禁止冲击孔底 5） 采取土试样宜用快速静力连续压入法；条件不允许时也 可采用重锤少击方式，但应有良好的导向装置，避免锤 击时摇晃。 6） 对粘性较强的土层，上提取土器之前可回转3圈，使土试 样从底端断开。,3、土试样封装、保存及运输 土试样的封装、保存及运输应符合下列要求： 1） 取出土试样应及时妥善密封，以防止湿度变 化，并避免曝晒或冰冻。 2） 土试样运输前应妥善装箱、填塞缓冲材料，运 输途中避免颠簸。对易于振动液化、水分离析 的土试样宜就近进行试

16、验。 3） 土试样采取后至试验前的存放时间不宜超过3 周。,五 坑探 (一)探槽 槽探适用于覆盖层不厚的地方。常用来追索构 造线、破碎带宽度、不同地层的分界线等。布置槽 探时一般应与岩层的走向线或构造线成正交。 (二)探坑 坑探适用于在不含水或地下水量甚小的较稳固 的地层中进行。一般用来了解覆盖层厚度和性质、 滑坡的滑动面、观测地下水位及毛细水上升高度、 采取原状土样等。试坑的断面一般采用0.6-1,0m 的 矩形或直径为0.8-1.0m 的圆形。在挖探过程中，对 坑壁易坍塌和较深的试坑应采取支护措施，以策安 全。,(三)洞探 洞探适用于覆盖层较厚的地方，能直接观察地质情况， 详细描述岩性和进

17、行地质分层，掌握地下水的水量等。利用 洞探能取出接近实际的岩样及原状土样等。其工期长，费用 高，一般在地质条件复条，用其它手段难于查明情况时才采 用。洞探的宽度和高度一般均为2-3m，长度可根据所要了解 的地质条件而定。,洛阳铲（单位：cm）,六 小型勘探 (一)洛阳铲勘探 洛阳铲勘探是借助洛阳铲的重力冲入土中，完成直径较 小而深度较大的圆形孔。可采取扰动土样，冲击深度一般为 10m，在黄土层中可达30m。洛阳铲勘探每次冲进不超过10- 20cm，为便于随时掌握冲进中的地层情况，宜在铲柄和绳 索上作好尺度标记。,(二) 锥探 锥探是用锥具向下冲入土中，凭感觉探找较疏 松覆盖层的厚度或基岩的埋藏深度，一般探深可达 10-15m。利用锥探查明沼泽、软土的厚度及其基底 的坡度、黄土陷穴和黄土层下的掏沙洞等，效果良 好。 (三)小螺纹钻勘探 小螺纹钻是由人工加压回转钻进，能取出扰动 土样。适用于粘性土和砂类土地层，一般探深在6m 以内。,