工程地质勘察钻探

工程地质勘察钻探-工程地质勘察钻探1第1页，共36页，2023年，2月20日，星期四

第一节钻进方法一、人力冲击和回转钻进使用条件钻探设备和工具

图2-1洛阳铲（1）-弧形铲（2）、（3）-圆形铲（4）-掌形铲（5）-软湿黏土铲（6）-稀泥铲（7）-稀泥铲（8）-水位以下的稀泥铲（9）-砂土和淤泥稀泥铲（10）-风化的岩石铲-工程地质勘察钻探2第2页，共36页，2023年，2月20日，星期四二、机械钻进方法

（一）机械振动钻进

图2-2双轮双轴振动器作用原理示意图1—齿轮2—轴3—偏心轮双轴双轮振动器的作用原理，如图所示。两个偏心轮的形状、尺寸、重量和偏心距都相同，两轮的轴水平布置，且互相平行，两轴2由齿轮1传动，因而使两个偏心轮的旋转方向相反，而角速度相同和相位角对称。由图可知，无论两个偏心轮处于任何位置，离心力Q1和Q2均可分解为两组分力。其中水平分力S1和S2大小相等水平相反，故相互抵消；而垂直分力P1和P2大小相等，方向相同，其合力P等于P1和P2之和。当偏心轮的重心位于水平轴线以上时，合力的方向则向上。因此，合力P将使钻具产生垂直方向的振动。

-工程地质勘察钻探3第3页，共36页，2023年，2月20日，星期四（二）机械螺旋钻进(见第三章)

1.螺旋钻进的特点、分类及应用

2.螺旋钻具

3.螺旋钻进的工艺参数4第4页，共36页，2023年，2月20日，星期四第二节采取砂土样品

取土器的设计要求和技术参数（一）取土器的设计要求1.取土器进入土层要顺利，提取时不掉土，所取天然土样符合天然状态下的原状态下的原始结构。2.结构简单，便于加工和操作。3.土样顶端所所受的压力，包括钻孔中的水拄压力、大气压及土样与取土筒内的阻力所产生的压密。4.土样下端所受的吸力，包括真空吸力、土样本身的内聚力和土样自重。5.取土器进入土层的方法、进入土层的深度和取土器的技术参数等。-工程地质勘察钻探5第5页，共36页，2023年，2月20日，星期四（二）取土器的技术参数

1.直径取土器直径的大小，关系到土样质量。按《工业与民用建筑工程地质勘察规范》规定：取土器的内径不宜小于89毫米。设计取土器直径庆考虑下列因素：①取土方法：取土时土样与取土筒内壁产生摩擦而造成土样边缘扰动，此扰动带的宽度与取土方法、土层性质等有关。根据已有资队当取土器技术参数选择适当，采用压入或重锤少击法取土比扰动带的宽度一般在10毫米左右。

②土层性质；对于易扰动的软土，取土器直径不应小于100毫米；湿陷性黄土不应小丁120毫九砂土可采用直径较小的取土器，以免提取时脱落土样。

图2-3取土器直径③环刀直径目前土工试验所用的环刀直径其规格有多种，土样直径除去扰动带宽度后，尚应稍大于环刀直径。

-工程地质勘察钻探6第6页，共36页，2023年，2月20日，星期四2.内间距比

取土管内径(Ds)和管靴刃口内径（De)之差与刃口内径之比称内间距比Ci％)。3.外间距比取土器管靴外径(Dw)和取土管外径(Dt)之差与取土管外径之比称外间距比(c。％)。-工程地质勘察钻探7第7页，共36页，2023年，2月20日，星期四4.面积比取土器最大断面积和原状土样断面积之差与原状土样断面积之比称面积比(Ar％)。土层类别取土方法取土管内径内间距比(％)外间距比(％)湿陷性黄土振动1401.0～1.52.0～3.0压入或击入120一般黏性土90～1001.0～1.51.0软土1000.5～1.0＜1.0较硬黏性土90～100＜1.51.0～2.0砂9000砂质黏土900.5～1.00表2-1取土器参数8第8页，共36页，2023年，2月20日，星期四表2-2取土器技术参数

-工程地质勘察钻探9第9页，共36页，2023年，2月20日，星期四5.管靴刃口的形式及角度

管靴刃口的形式概括起来有两种；即单倾斜刀口和双倾斜刀口。我国采用较多的是单倾斜刃口。单倾斜刃口的角度一般为10度左右。图2-4管鞋刃口渐缩束节形式图1—管鞋;2—取土器图2-5管靴刃口形式图1—单倾斜刃口;2—双倾斜刃口-工程地质勘察钻探10第10页，共36页，2023年，2月20日，星期四

图2-6限制球阀取图器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-管靴图2-7上提活阀式取土器1-接头；2-连接帽；3-操作杆；4-橡皮垫活阀；5-余土管；6-取土衬筒；7-取土管；8-管靴-工程地质勘察钻探11第11页，共36页，2023年，2月20日，星期四

图2-8取土器上部封闭装置图

图2-9水压活塞式取土器（a）取土器下入孔底时的状态;（b）开始压土时的状态（c）压土后的状态12第12页，共36页，2023年，2月20日，星期四图2-10回转式取土器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—排水孔11—爪簧挡圈12—接头-工程地质勘察钻探13第13页，共36页，2023年，2月20日，星期四（三）取土方法

1.压入法

通常采用滑轮组合压入法，如图所示。压入法可分为连续压入法断续压入法两种。连续压入法就是用滑轮组合装置，将取土器一次快速的压入地层中，适用于较软地层中的取样；断续压入法就是滑轮组合装置分为二次或者多次压入地层中。击入法可分为孔外击入法和孔内击入法。2.击入法

一般适用于较硬与坚硬土层中的取样，即当用连续压入法或断续压入法无法采用原状土样时采用。3.回转压入法适用与机械回转钻进的压入式取土器，系采取坚硬土层或极软岩层中的土样或岩石时用，一般当不用上述方法取土时，才采用回转压入法。若须在硬质岩层中采取原状样品时，可在岩芯钻探的岩芯中直接选取原状样品。-工程地质勘察钻探14第14页，共36页，2023年，2月20日，星期四（四）影响原状土样采取质量的因素1、钻探方法2.钻孔内残土3.钻孔结构和垂直度5.土样的封状保存及运输4.操作方法-工程地质勘察钻探15第15页，共36页，2023年，2月20日，星期四敞口薄壁取土器参数图2-11敞口薄壁取土器1-弹簧销；2-异径接头；3-钢球；4-螺钉；5-薄壁取样管-工程地质勘察钻探16第16页，共36页，2023年，2月20日，星期四厚壁取土器参数

图2-12厚壁取土器1-变丝接头；2-活塞；3-提帽；4-垫片；5-胶垫；6-下垫片；7-螺母；8-废土管；9-衬管；10-取样管-工程地质勘察钻探17第17页，共36页，2023年，2月20日，星期四束节式取土器参数

图2-13束节式取土器1-变丝接头；2-提帽；3-接连轴；4-垫片；5-胶垫；6-下垫片；7-螺母；8-上节；9-隔环；10-中节；11-环刀；12-下节-工程地质勘察钻探18第18页，共36页，2023年，2月20日，星期四

三重管单动回转取土器参数

图2-14三重管单动回转取土器1-胶垫；2-连接头；3-油封；4-平面轴承；5-轴承夸；6-轴承；7-黄油嘴；8-轴承；9-纸垫；10-锁母；11-油封；12-连接夸；13-“o”型密封圈；14-小轴；15-导正套；16-钢球；17-衬套；18-外管；19-内管；20-钻头；21-管靴；22-卡簧；23-卡簧座；24-平头铆钉；25-合金

-工程地质勘察钻探19第19页，共36页，2023年，2月20日，星期四三重管双动回转取土器参数

图2-15三重管双动回转取土器1-连接头；2-钢球；3-阀座；4-外管；5-衬管；6-内管；7-导正环；8-护圈；9-外管合金钻头；10-内管合金钻头-工程地质勘察钻探20第20页，共36页，2023年，2月20日，星期四自由活塞薄壁取土器参数

图2-16自由活塞薄壁取土器1-螺帽；2-异径接头；3-锥卡机构；4-接头；5-螺钉；6-取样管；7-活塞杆；8-活塞总成-工程地质勘察钻探21第21页，共36页，2023年，2月20日，星期四第三节压水实验

一、压水实验概述

压水实验是鉴定水工建筑物基础岩石的裂隙率和透水性的主要方法，是水利水电工程地质钻探的主要任务之一。所得的资料是水利水电工程设计以及基础处理的依据之一。

压水实验是根据把水压入钻孔时时岩石所吸收的水量，来了解岩石的裂隙率和透水性的。但是，压水实验资料只能相对地表示出岩石的裂隙程度。因为同样的水量，可能是由少量的大裂隙和大量的小裂隙所吸收，故还要综合岩心采取率和岩心样品来考虑。-工程地质勘察钻探22第22页，共36页，2023年，2月20日，星期四二、压水实验对钻孔的要求

（1）钻孔要直，孔壁要光滑一致。（2）冲洗液要使用清水，不得用泥浆。（3）清洗钻孔。（4）实验前要检查动力机和水泵，对压力表、水量表、实验栓塞和管路都要检查。三、实验栓塞的种类以及使用方法

压水实验栓塞，有双管和单管栓塞两种两类。

1．双管丝杠收缩式栓塞（1）双管单栓塞（2）双管双栓塞-工程地质勘察钻探23第23页，共36页，2023年，2月20日，星期四图2-17双管单栓塞结构1—丝杆收缩装置；2—放气阀3—外管；4—内管；5—水孔；6—橡胶栓塞；7—铁垫圈；8—滚珠轴承图2-18双管双栓塞下部结构A—上栓塞；B—下栓塞1—外管；2—内管；3—蜂孔支气管；4—橡胶-工程地质勘察钻探24第24页，共36页，2023年，2月20日，星期四2．单管顶压式栓塞

图2-19单管顶压式示意图1—进水管；2—锁帽；3—挡肩；4—心管；5—垫圈；-工程地质勘察钻探25第25页，共36页，2023年，2月20日，星期四

四、压水实验的加压方法

1.按供水和形成压力水头的方式可以分为静水柱压水法、孔内水柱压水法和水泵压水法。

(1)水泵压水此方法是用水泵提供压水试验所需的压力。试验时，水泵的送水管与压水栓塞的管柱连接，在栓塞内管柱顶端装有压力表，在送水管与回水管上分别装有进水闸门、流量表和分流闸门，用以调节进水流量和压力。水泵压水法使用的设备较多，造成误差的因素也较多，影响试验资料的准确性，因此只有在地形平缓、地下水位浅而不能使用静水柱压水法和孔内水柱压水方法时才用。

(2)静水柱压水靠设在高处的静水压力形成自流供水以进行压水试验，静水柱压水过程中，压力和流量易于稳定，压水连续均匀，试验成果准确，此方法适用于地下水位较浅的钻孔。-工程地质勘察钻探26第26页，共36页，2023年，2月20日，星期四(3)孔内水柱压水法

当地下水位较深（一般大于15m）时，供水水箱可以安放在钻孔孔口，水由水箱经阀门直接压入孔内，在孔内形成一定高度的水柱，提供必要的水柱压力。此方法与静水柱压水法的本质相同，优点相似，但设备简单，更易于操作和控制，且不受地形条件的限制。

2.按试验段的隔离次序分为分段压水法和综合压水法

分段压水法

此法可分为自上而下分段压水法和自下而上分段压水法两种自上而下分段压水法自下而上分段压水法

-工程地质勘察钻探27第27页，共36页，2023年，2月20日，星期四综合压水法此法可分为自上而下综合压水法和自下而上综合压水法两种自上而下综合压水法自下而上综合压水法五、实验时的观测和记录工作

1．栓塞密封情况的观测2．稳定水位的观测和记录-工程地质勘察钻探28第28页，共36页，2023年，2月20日，星期四第四节触探

触探分动力触探和静力触探两类。

（一）动力触探动力触探（DPT）是利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入的难易程度（可用贯入度、捶击数或探头单位面积动贯如阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试技术。如将探头换为标准贯入实验（SPT），则称为标准贯入实验。1．动力触探的作用以及应用范围（1）划分不同性质的土层：当土层的力学性质有显著差异，而在触探指标上有明显反映时，可利用动力触探进行分层和定性地评价土的均匀性，检查填土质量，探查滑动带、土洞和确定基岩面或碎石土层的埋藏深度等。（2）确定土的物理力学性质；确定砂土的密实度和黏性土的状抵评定地基土和桩基承栽力，估算土的强度和变形参数等。-工程地质勘察钻探29第29页，共36页，2023年，2月20日，星期四2、动力触探的影响因素影响动力触探的因素主要有（1）人为因素落锤的高度控制和锤击方法；读数量刺方法和精度；触探孔的垂直程度；在钻孔中进行触探时钻孔的钻进方法和护壁、清孔情况。（2）设备因素穿心锤的形状和质量；探头的形状和大小；触探杆的截面尺寸、长度和质量；导向锤座的构造及尺寸；所用材料的材型及性能。（3）其他影响因素等3．成果应用（1）评价砂土密度（2）确定地基土承裁力（3）确定变形模量-工程地质勘察钻探30第30页，共36页，2023年，2月20日，星期四类型SPT轻型触探重型触探超重型探头或贯入器规格半合管贯入器，外径51mm,内径35mm，长70cm圆锥探头，锥角600

，锥底面积12.6cm2圆锥探头，锥角600

，锥底面积43cm2同SPT落锤重量63.5kg10kg63.5kg120kg落锤落距76cm50cm76cm74cm探头直径51407474探头锥角606060探杆直径42mm25mm42mm50～60mm指标N63.5，贯入30cm的锤击数N10，贯入30cm的锤击数N63.5，贯入土中10cm的锤击数N120，贯入土中10cm的锤击数适用地层砂土、粉土、一般粘性土浅部填土、砂土、粉土粘性土砂土、中密以下的碎石土、极软岩密实和很密的碎石土、软岩、极软岩

动力触探的类型及规格-工程地质勘察钻探31第31页，共36页，2023年，2月20日，星期四

（二）标准贯入实验标准贯入实验实际上仍属于动力触探类型。所不同的是，其探头不是圆锥形的，而是圆筒形探头，称为标准器。图2-20标准贯入器1—贯入器靴；2—由两个半圆形管组合成的贯入器身；3—出水孔；4—贯入器头；5—触探成果应用:（1）确定砂土的密实度（2）确定黏性土状态和无限抗压强度（3）确定黏性土、砂土的抗剪强度和变形参数（4）评价饱和砂土、粉土的地震液化。-工程地质勘察钻探32第32页，共36页，2023年，2月20日，星期四(二)试验要点

1．与钻探配合进行，先钻进到需要进行试验的土层标高以上约15厘米，洁孔后换用标准贯入器，并量得深度尺寸。

2．将贯入器打入试验土层中，先打入15厘米不计击数，继续贯入土中30厘米记录锤击数。若砂层比较密实，贯入击数较大时，也可记录小于30厘米的锤击数，这时需按下式换算成贯入30厘米的锤击数N。式中：n——所选取的任意贯入量的锤击数；

ΔS——对应锤击数n击的贯人量，厘米。式中：N63.5

－标准贯入试验锤击数；

α－触探杆长度校正系数，可按表2－9确定；

N－实测贯入30cm的锤击数。-工程地质勘察钻探33第33页，共36页，2023年，2月20日，星期四触探杆长度（cm）≤36912151821α1.00.920.860.810.770.730.70