工程地质勘察钻探中的取样问题分析与探讨

工程地质勘察钻探中的取样问题分析与探讨

余俊吾

海南水文地质工程地质勘察院570011

摘要：随着经济与社会的快速发展，我国工程建设领域发展迅速，直接影响工程建设质量的地质勘察钻探取样受关注程度也因此不断提升。基于此，本文简单介绍了工程地质勘察钻探取样及常用技术，并深入探讨了回转式取土器在钻探取样中的应用，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

关键词：地质勘察；钻探取样；回转式取土器

前言

工程项目的实施离不开强有力的岩层地基基础支持，因此在工程项目设计与施工前，地质勘察在其中发挥着关键性作用，而为了明确岩土的结构与受力情况、地质运动情况，针对性的钻探取样开展存在较高必要性，由此可见本文研究具备的较高现实意义。

1.工程地质勘察钻探取样概述

1.1目的分析

对于建设工程来说，地质勘察钻探取样的目的可概况为：（1）划分地层，明确岩土的成分和性质。（2）明确场地地质构造，不利地质现象形态及分布界限。（3）通过分析实验，基于岩土样品明确其物理力学性质。（4）明确地下水水位及类型，通过实验确定地下水样品物理化学性质。（5）钻孔内的取样及测试。

1.2常见分类

工程地质勘察钻探取样可划分为四类，具体为：（1）测绘孔。浅孔，主要负责满足工程测绘需要，基于实验需求明确工程基础地质特征，还需要在孔内适当采取原状样品。（2）勘探孔。为了解地基土详细地质资料，需通过勘探孔进行分析，并针对性选择施工方法。（3）控制孔。为进行工程地质分层，需基于控制孔明确水文地质剖面与岩性地质剖面。（4）实验孔。为满足水文地质等试验需要，需通过实验孔进行取样与测试[1]。

1.3钻进方式

在工程地质勘察钻探取样中，常用的钻进方式包括回转钻探、冲击钻探、岩芯钻探、机械振动钻探、螺旋钻探等。以机械振动钻探为例，其应用范围为砂土和粘性土地层，钻进效率会随着孔深和地层硬度的提升而降低；螺旋钻进属于典型的干式钻进方法，较为适用于1~4级软岩层，一般情况下螺旋钻进的孔深、孔径多处于25~50m、120~200mm区间。

1.4取土器选用

回转式取土器、内环刀取砂器、固定活塞取土器、双管单动取土器等均属于较为常见的工程地质勘察用取土器。图1展示了常见的工程地质勘察用回转式原状取土器，其型号为95-1，该取土器较为适用于黄土层、一般及较硬粘性土取样，图纸的1为止钻接头、2为承压帽、3为导向接头、4为上节、5为废土管、6为对开取土器、7为管靴、8为刃口，该取土器具备管靴壁厚、内外间距合理、面积比大等优势。

图1两种常见的原状取土器

2.常用的工程地质勘察钻探取样技术

2.1钻孔取样操作要点

在工程地质勘察钻探取样中，取样操作的施工工序较为复杂，而为了尽可能保证取样质量，取样全过程的操作合规性必须得到保障，因此本文总结了如下钻孔取样操作要点。

2.1.1钻进要求

需首先选择合适的钻具与钻进方法，为保证钻探取样质量，一般选择回转式钻进，该方法的平稳性较高，如采用水冲、振动等钻进方式，为避免取样质量受到影响，必须在达到预计取样位置1m以上处改用回转钻进。在砂土、软土中的钻探取样中，较为适合应用泥浆护壁，如实际钻探取样中采用套管护壁，土层受到的管靴扰动需得到重点关注，同时需将预计取样深度以上大于孔径3倍的距离作为套管底部限制区域。此外，地下水位对工程地质勘察钻探取样造成的影响也需要得到重视，一般情况需保证钻孔内水头不低于地下水位，在细砂土、饱和粉土情况下需要重点关注水头控制，以此避免出现孔底管涌等问题。

2.1.2取样要求

原状土取样属于工程地质勘察钻探取样的主要内容，具体取样过程需关注以下要点：（1）孔径选择。如钻孔用于原状土取样，必须保证钻孔的钻径大于取土器外径1个等级。（2）地下水位影响应对。需应用干法钻进开展地下水位以上钻进取样，不得使用冲洗液或注水；而在地下水位以下的钻进过程中，应用的螺旋钻头与提土器需具备漏气漏水特性，也可以采用具备同样特性的岩芯钻头。此外，底喷式冲洗钻头较为适用于地层方面要求不严格情况，双动二（三）重管回转取土器较为适用于土质较硬地层。（3）饱和黏性土、砂土、粉土钻进。这类土层较为适合采用泥浆护壁，如需要应用套管，需避免出现强行击入套管的情况出现，否则很容易造成取土器的损坏。（4）钻进方式选择。回转方式的钻进较为适用于工程地质勘察钻探取样，不应采用冲击或振动方式直接采集原状土样。（5）清孔处理。在应用取土器前，清孔处理需得到重点关注，以敞口式取样器为例，这类取土器的浮土残留厚度需控制在5cm内。（6）取土器下放。下放过程中必须保证取土器平稳，并避免出现对孔底造成冲击的情况，下放过程中还需要做好对钻具长度与钻孔深度的核对，如发现残留浮土已经或将要出现厚度超标问题，必须立即提起取土器进行针对性清孔处理。（7）I级原状土试样取样要点。取土器的贯入需采用连续、快速的静压方式，并将贯入的速度控制在0.1m/s或以上，连续贯入的足够行程保障为钻机给进系统试压的依据。（8）固定活塞取土器应用。在应用固定活塞取土器时，需连接钻架与活塞杆，以此避免活塞出现向下移动问题。活塞杆的位移变化需要在贯入过程中得到时刻监视，高差的测记需基于地面固定点标志进行，同时还需要保证活塞杆的位移量得到较好控制，这一位移量需控制在总贯入深度的1%以内。（9）贯入取样深度控制。在贯入取样过程中，需严格控制取样管的贯入深度，一般深度需控制为总长的90%左右。（10）取土器提升前处理。为完成工程地质勘察钻探取样，需要最终切断孔底土与所取土样的联系，可采用稍加静置或回转2~3圈的方式进行处理，同时保证提升过程中的均匀平稳，由此即可更好保证工程地质勘察钻探取样质量。（11）土样保存。在顺利取得土样后，需由专人通过包装进行土样处理，在铁皮盒内储藏土样并使用胶布密封，配合专人修剪、标签粘贴、雨淋与振动的控制，即可为地质勘察工作提供有力支持[2]。

2.2回转式取土器取样应用要点

回转式取土器在我国工程地质勘察钻探取样中的应用较为广泛，以下要点必须得到重视：（1）基本要点。在回转式取土器的应用过程中，必须保证钻杆在应用前的校直，同时还需要保证其平稳回转转进，必要时可通过加节重杆降低土层受到的扰动。（2）参数选择。为保证回转式取土器的应用质量，地质勘察钻探取样前必须结合场地地层特点并根据已有经验设置钻进参数，必要时需开展试钻，回转式取土器较为适合采用泥浆作为冲洗液。（3）取样过程控制。在应用回转式取土器的钻进取样过程中，开始时需严格控制泵压、泵量，将其维持在能够最低限度钻进区间，并随着进尺逐渐恢复正常。（4）硬质粘性土取样。对于硬质粘性土取样，可使用双动三重管取样器，试验需选择原状土试样。在底靴加置逆爪可较好满足非胶结的砂、卵石层取样需要。（5）无泵反循环钻进工艺应用。该工艺较为适用于存在充分经验地区，且需要得到可靠的操作支持。

结论

综上所述，工程地质勘察钻探中的取样需关注多方面要点，在此基础上，本文涉及的钻进要求、取样要求、参数选择、取样过程控制、硬质粘性土取样、无泵反循环钻进工艺应用等内容，则提供了可行性较高的工程地质勘察钻探取样路径，而为了进一步提升钻探取样水平，基于实际的取土器选择必须得到重视。

参考文献：

[1]杨博，栾志刚.薄壁取土器在新疆某水库除险加固工程地质勘察中的应用[J].新疆农垦科技，2018，41（04）：46-47.

[2]高琦.工民建项目中岩土工程勘察工作要点分析[J].住宅与房地产，2017（06）：251+282.