2023学年完整公开课版钻探

土工技术与应用钻探

制作人：苏巧荣黄河水利职业技术学院2015.04目录1概述2岩土工程钻探的特点3岩土工程钻探的特殊要求4钻探的基本程序5钻探方法及适用性工程地质钻探是利用钻进设备，通过采集岩芯或观察井壁，以探明地下一定深度内的工程地质条件，补充和验证地面测绘资料的勘探工作。工程地质钻探既是获取地表下准确的地质资料的重要方法，也是采取地下原状岩土样和进行多种现场试验及长期观测的重要手段。1.概述岩土工程钻探的特点①钻探工程的布置，不仅要考虑自然地质条件，还需结合工程类型及其结构特点。如房屋建筑与构筑物一般应按建筑物的轮廓线布孔；②孔深变化大，范围较大。除了深埋隧道以及为了解专门地质问题而进行的钻探外，孔深一般十余米至数十米，所以经常采用小型、轻便的钻机；

③钻孔多具综合目的，除了查明地质条件外，还要取样、作原位测试和监测等；有些原位测试往往与钻进同步进行，所以不能盲目追求进尺；

④在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面，均有特殊的要求。如岩芯采取率、分层止水、水文地质观测、采取原状土样和软弱夹层、断层破碎带样品等要求。2.岩土工程钻探的特点岩土工程钻探的特殊要求①土层是岩土工程钻探的主要对象，应可靠地鉴定土层名称，准确判定分层深度，正确鉴别土层天然的结构、密度和湿度状态。为此，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围应为±0.05m，非连续取芯钻进的回次进尺应控制在1m以内，连续取芯的回次进尺应控制在2m以内；某些特殊土类，需根据土体特性选用特殊的钻进方法；对鉴别地层天然湿度的钻孔，在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻，当必须加水或使用循环液、冲洗液时应采取双层岩芯管钻进；3.岩土工程钻探的特殊要求岩土工程钻探的特殊要求②岩芯采取率要求较高。对岩层作岩芯钻探时，一般岩石不应低于80%，破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至关重要需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象的部位，为保证获得较高的岩芯采取率，应采用岩芯管连续取芯的钻进方法。例如，尽量减少冲洗液或用干钻，采取双层岩芯管连续取芯，降低钻速，缩短钻程。当需确定岩石质量指标RQD时，应采用N型双层岩芯管钻进，其孔径为75mm，采取的岩芯直径为54mm，且宜采用金刚石钻头；3.岩土工程钻探的特殊要求岩土工程钻探的特殊要求③钻孔水文地质观测和水文地质试验是岩土工程钻探的重要内容，借以了解岩土的含水性，发现含水层并确定其水位(水头)和涌水量大小，掌握各含水层之间的水力联系，测定岩土的渗透系数等。按照水文地质要求观测，分层止水、水位观测；④在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩芯，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样，需配备取土器，并应注意取样方法和操作工序，尽量使土样不受或少受扰动。采取饱和软粘土和砂类土的原状土样，还需使用特制的取土器。

3.岩土工程钻探的特殊要求钻探的基本程序（1)破碎岩土首先要进行破碎岩土的钻进工作，钻进可以采用人力或机械力(绝大多数情况下采用机械钻进)，以冲击力、剪切力或研磨形式使小部分岩土脱离母体而成为粉末、小岩土块或岩土芯的现象就称为破碎岩土。在孔底将岩土全部破碎成粉末或小块的钻进方法称为“全面钻进”。而钻进过程中只破坏孔底环状部分岩土，中间岩土芯保留的钻进方法称为“取芯钻进”；4.钻探的基本程序钻探的基本程序（2)采取岩土芯或排除破碎岩土这一过程又分为三种方法：一是采用机械的方法，如用取样器、勺钻等取出岩土芯或碎块粉末；二是将岩粉或岩土碎块与水混合成岩粉浆或泥浆后，用抽筒抽出地表，如冲击钻；三是用流体(泥浆、清水、乳化液或空气)作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表；4.钻探的基本程序钻探的基本程序（3)加固孔壁(保护孔壁)当在地壳中形成钻孔之后，钻孔周围原来的地层平衡稳定状态遭到破坏，继而可能引起孔壁坍塌。因此钻孔后必须对孔壁进行加固，加固方法有三种：一是借助于循环液的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持其稳定，这种方法在现代的反循环钻进中得到充分利用；二是用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的惰性材料有水泥、粘土，化学材料有混入循环液中的泥浆处理剂，还有如直接注入钻孔中的堵漏剂，如氰凝、丙凝等；三是用金属或非金属的套管下入钻孔中以支撑孔壁，这种方法虽然可靠，但成本较高。4.钻探的基本程序（1）回转钻进：采用底部焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进时一般要施加一定的压力（人力或机械），使钻头在旋转中切入岩土层以达到钻进的目的。它包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，岩芯钻进（合金或金刚石钻头）为孔底环状钻进，螺旋钻进为孔底全面钻进。5.钻探方法及适用性（1）回转钻进：①螺旋钻进适用于：细粒土钻进方法：干法钻进钻头：麻花形、勺形、提土器麻花形、勺形钻头：人力或机械旋转力矩作用下，将钻头螺纹旋入土层，提钻时带出扰动土样5.钻探方法及适用性（1）回转钻进：①螺旋钻进5.钻探方法及适用性（1）回转钻进：②环形钻进适用于：土层、岩层钻进方法：对孔底作切削研磨，用循环液清除输出岩粉，环形中心保留柱状岩芯钻头：合金、钢粒、金刚石钻头5.钻探方法及适用性（1）回转钻进：③无岩芯钻进适用于：土层、岩层钻进方法：对整个孔底作切削研磨，用循环液清除输出岩粉，可不提钻连续钻进，效率高，但不能取芯钻头：鱼尾钻头、三翼钻头、牙轮钻头5.钻探方法及适用性（2）冲击钻进：利用钻具重力和下落过程中产生的冲击力使钻头冲击孔底岩土并使其产生破坏碎，破碎的岩粉由循环液带出地面，也可由带活门的抽筒拖出地面，从而达到在岩土层中钻进的目的。包括冲击钻探和锤击钻探。根据使用工具不同还可以分为钻杆冲击钻进和钢绳冲击钻进。对于硬质岩土层(岩石层或碎石土)一般采用孔底全面冲击钻进；对于其他土层一般采用圆筒形钻头的刃口借助于钻具冲击力切削土层钻进。湿陷性黄土用落壁冲击钻头。5.钻探方法及适用性（2）冲击钻进：①冲击钻进适用于：坚硬土层、碎石土、岩层钻进方法：利用钻具自重冲击破碎孔底，用循环液清除输出岩粉、岩屑，也可采用带活门的提筒提出地面钻头：“一”字形钻头、“十”字形钻头缺点：对孔壁、孔底扰动大5.钻探方法及适用性（2）冲击钻进：②锤击钻进适用于：一般粘性土、粉土、黄土状土钻进方法：通过重锤将管状钻头击入孔底土层中，提钻后掏出土样进行岩性鉴定钻头：带刃口的管状钻头优缺点：效率高，质量好5.钻探方法及适用性（3）振动钻进：采用机械动力产生的振动力，通过连接杆和钻具传到钻头，由于振动力的作用使钻头能更快地破碎岩土层，因而钻进较快。该方法适合于在土层中，特别适合于颗粒组成相对细小的土层中采用。适用于：细粒土、砂土及碎石土钻进方法：通过钻杆将振动器激发的高速振动传递至孔底管状钻头周围的土中，使土的抗剪阻力急剧降低，同时在一定轴向压力下使钻头贯入土层中。优缺点：这种钻进方式钻进效率高，但对孔底扰动较大，往往影响高质量土样的采取。5.钻探方法及适用性（4）冲洗钻进：利用高压水流冲击孔底土层，使之结构破坏，土颗粒悬浮并最终随水流循环流出孔外的钻进方法。由于是靠水流直接冲洗，因此无法对土体结构及其他相关特性进行观察鉴别。适用于：砂层、粉土层和不太坚硬的黏性土层钻进方法：通过高压射水破坏孔底土层实现钻进。土层破碎后由水流冲出地面。优缺点：简单、快速、成本低廉的钻进方法。但冲出地面的粉屑往往是各土层物质的混合，代表性差，无法用于地层岩性的划分。5.钻探方法及适用性钻探方法选择：5.钻探方法及适用性钻探方法钻

进

地

层勘察要求粘性土粉土砂土碎石土岩石直观鉴别、采取不扰动试样直观鉴别、采取扰动试样回转螺旋钻探无岩芯钻探岩芯钻探++++++++++++++++-++—++++++—++++—++冲击冲击钻探锤击钻探—++++++++++++———+