岩土工程勘察方法

岩土工程勘察方法很多，目前主要采用的方法有岩土工程物探、岩土工程钻探和岩土工程坑探三种方法。一个工程在不同的勘察阶段，物探和勘探的使用应有所侧重。一般地说，在勘察的初级阶段，主要进行岩土工程测绘，物探和钻探往往是配合测绘工作的，其中应较多地采用物探手段；钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。随着勘察程度的提高，为了深入研究各种岩土工程问题，便以进行确切的分析、评价，钻探和坑探工程将愈来愈被广泛地采用，成为主要的勘察手段，而物探工作则作为勘探工程的辅助手段。

本节将简单介绍物探和勘探在岩土工程勘察中的适用条件，所要解决的主要问题等。

一、岩土工程物探

物探全称地球物理勘探，它是运用专门仪器来探测地壳表层各种地质体的物理场，从而进行地层划分以判定地质结构、水文地质条件及物理地质现象，并提供各种分析资料和岩土体某些特征数据的一种勘探方法。

该方法只有在地质介质存在一定程度的不均一性——即各层的物理状态、物理性质存在较大差异时，才能成功地运用。

(1)物探方法种类：①电法；②震法；③测井法；④重力法；⑤磁法；⑥核子(放射性)勘探；⑦遥感物探方法。这些种类的方法，在岩土工程勘察中已获得采用。其中前三种方法应用最广泛，而后几种方法在区域地壳稳定性分析中，应用最广泛。

(2)物探解决的问题：①电法--(电测深、电剖面)电阻率法；划分岩层--近水平；查明褶皱形态、寻找断层、确定产状、查找主导充水隙裂方向；查明覆盖层厚度、基岩起伏及风化壳厚度；查明含水层分布情况、埋深发育情况、埋深厚度及深度寻找古河道；研究滑坡及下滑速度--充电法；②震法、声波法：震法(确定第四系覆盖层厚度、基岩起伏和埋深；查明地下构造情况--追索断层和裂隙密度等；探测地下水位确定含水层；测定岩土的弹性力学参数)和声测法(划分风化带；围岩分类；岩体裂隙系数；小构造；围岩松动和岩柱稳定)。目前声波法运用在岩土工程勘察中较广泛，具体将在第7章中加以讨论。

(3)物探的特点主要优点是：①透视性强，可进行立体填图；②效率高，仪器轻便，成本低；③综合性强；④成果代表性强(岩体的综合指标)；⑤可以进行定量评价。

其缺点为：①局限性：地表浅部，表部，深部成果有一定变化范围；②条件性：物理量差异大，地形平坦，开阔，岩层有一定厚度，沿导线水平小于20°，地区差异性大；③多解性：深部误差大。

二、岩土工程钻探

岩土工程钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的，它具有综合目的，因而对钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面均有特殊要求。

岩土工程钻探的岩心采取率要求较高。为保证获得较高的采心率，针对不同的勘探对象，应采用相应的钻进方法。如在软弱地层或断层破碎带中钻进时，要尽量减少冲洗液或用干钻，降低钻速，缩短钻程，最好采用双层岩心管。在土层中钻进时，以采用干钻为宜，并应适当缩短钻程。为了保证准确地测定地下水位和水文地质试验工作的正常进行，必须按含水层的位置和试验工作的要求，确定孔身结构及钻进方法。一般的岩土工程钻孔终孔直径为91mm。若在基岩面以上的砂卵石居中作抽水试验时，开孔口径以325mm为宜。为了保证取得准确的水文地质参数，必须采用清水钻进或干钻，不允许使用泥浆加固孔壁的方法。一般钻孔要直，不能发生弯曲；孔壁要求光滑规则，同一孔径段应大小一致。这些要求在钻探操作工艺上给予满足。

1.钻探的特点及适用条件

在岩土工程钻探中，为了研究岩土的物理力学性质，经常要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩心，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，则必须配备专门的取土器，并应注意取样方法和操作工序，以尽量使土样不受或少受扰动。

勘探线、点的布置应密切结合地质情况和工程要求。一般情况下要垂直于地层走向、地貌、地形、构造线布置；同时要结合工程建筑物的轮廓布置。除工程深隧洞、岩溶区钻探(＞100～500m)外，通常情况下孔深不大，约百米以内，一般为10～20m。孔径一般情况下变化较大，岩土工程钻孔为小口径钻孔(36mm，46mm，56mm，66mm)，地质钻孔为一般钻孔(75mm，95mm，108mm，112mm，132mm，150mm，168mm)和大口径钻孔(300mm，500mm，1000mm，1300mm，2500mm)。钻进多具综合性目的，使一孔多用，例如：作勘探孔，试验孔，取样孔，长观孔，处理孔。如斜孔，变径孔等。

2.钻探方法

自然地质条件是复杂的，各种钻探方法和设备都有一定的使用条件。选择钻探方法和设备时，应视钻探的目的和地质条件而定。目前，岩土工程勘探中常用的钻探方法，可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探和振动钻探等四种。在岩土工程勘探中，主要采用冲击钻探和回转钻探；按动力来源又可将它们分为人力的和机械的两种。机械回转钻探钻进效率高，孔深大，又能采取岩心，所以在岩土工程勘探中使用最为广泛。

3.钻探孔的种类

钻孔的类型有多种分类方法，一般在岩土工程勘察中，可按照目的与用途来区分；也可以按照钻孔方向来划分，主要是指钻孔的角度及其方向。钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角，也叫做钻孔倾角。

按照钻孔倾角及其变化情况，可将钻孔分为铅直孔、斜孔、水平孔和定向孔四种；在岩体勘察中也有按照孔径的大小来划分的。在进行岩土工程勘探时，究竟采用何种角度及方向钻孔，需视钻孔的具体任务及地形地质条件而定。

(1)按目的与用途分：①首先可分为勘探孔(一般孔主要是了解地层岩性、结构)和控制孔(主要为了解地层及结构、重要部位)；②试验孔(岩土工程试验孔，水文地质试验孔)；③工程处理孔--灌浆孔、输水孔、导水孔、锚杆孔等；④长期观测孔。

(2)孔按钻进方向分：①铅直孔：适用于岩层倾角小于30°，岩性均一、岩层平缓时用；②斜孔岩层倾角大于60°的或陡倾的断层破碎带与岩层、岩层倾向相反的方向钻进，查明河谷地质结构更为方便；③水平孔，例如隧洞超前孔、应力测量孔、排水孔；④定向钻孔。如图1-2所示。

(3)按钻孔孔径大小分：①一般钻孔：开孔直径168mm，终孔直径91mm；②大口径孔：孔径为300mm、500mm一般为打井孔(抽水)。孔径750mm、850mm、950mm、1050mm、1150mm、1300mm、2000mm、2500mm多为井内观测、取样、试验用；③小口径孔：孔径小于66mm者：该类孔钻进速度快，寿命长，岩心采取率高，岩心完整性好，孔径均匀，钻机能量消耗小。

图1-2 定向钻孔

4.岩土工程钻探的特殊要求

通常在岩体勘察中要求岩心采取率大于80%，对于软弱夹层，风化岩，断层破碎带也要求其岩心采取率大于65%；对于水文地质钻孔，要求(变径，终孔直径小于91mm)分层止水，各含水层的水位、水量、水质、渗透系数、抽水等进行描述，一般情况下在冲积层中开孔直径以325mm为宜，要求清水钻进或干钻，孔壁光滑不堵孔；对于孔斜测量一般情况下要求：孔深小于75m，孔斜在1°的范围内；对于深度大于100m的孔，孔斜每100m进行一次校正，在终孔时要保证小于2°。对于孔深度要求每50m测深一次，终孔一次，校正的误差要小于0.1%，分层深度的量测正负要小于0.05m。非连续取心钻进的回次进尺，螺纹钻进时，要小于1.0m，岩心钻进要小于2.0m。选用金刚石钻头，口径为75mm取层岩心管来确定RQD指标。地下水位以下取样时，应采用干钻，同时要求原位试验与钻进同时进行，取样应符合技术要求。

5.钻孔编录及资料整理

为了全面、准确地反映钻探工程所反映的第一手地质资料，在钻过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作。主要是对岩心观察、描述、编录和鉴定。工作的内容是：描述其颜色、矿物成分和颗度成分、结构和构造，正确地定名。对于土体(无粘性土和粘性土)应观察其致密程度和稠度状态。对于岩体应确定节理、裂隙的类型、延续性、蚀变充填情况、倾角、间距等，并进行裂隙统计。对风化岩石，应将岩心按风化程度进行分带和描述。必要时编制岩心素描及岩心柱状图。

通过对岩心的各种统计，可获得岩心采取率、岩心获得率和岩石质量指标(RQD)等定量指标。

岩心采取率是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总长度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑及碎粉物质。岩心获得率是指比较完整的岩心长度与进尺的百分比。它不计入不成形的破碎物质。

一般情况下，应按照下面的顺序每次进尺进行逐项填写：其描述内容包括孔深、进尺、颜色、成分、结构构造、密实性(主要指砂类土)、稠度状态、干湿程度、裂隙类型、风化程度、取样位置、样品编号、岩心回收率、岩石的RQD指标。

要进行简单计算的指标是：岩心采取率(即岩心总长度与总进尺之比)、岩心获取率(即成形岩心总长度与总进尺之比)、岩石质量指标(RQD)(即大于10cm岩心总长度与总进尺之比)。另外要记录下初见水位及稳定水位、水样取样地点等内容。

钻探工作结束后，要进行钻孔资料整理。钻探法在钻进过程中，必须随时做好钻孔记录，这是一项极重要的工作。从钻机定位后由开钻到终孔为止，记录每一钻的深度，鉴别与描述每一钻取出的土样，进行定名，并立刻写在记录表中，作为绘制地质剖面图的原始依据。国家规范要求：野外记录应由经过专业训练的人员承担，记录应真实及时，按钻进回次逐段填写，严禁事后追记。

主要成果有：①钻孔柱状图，即将孔内岩层情况，按一定比例尺编制柱状图，并作岩性描述；还应在相应位置上标明岩心采取率、冲洗液消耗量、地下水位、岩心风化分带、代表性的岩土物理力学性质指标，以及取样位置及项目等；②岩土工程剖面图及岩土工程立体投影图(具体编图将在第8章中讨论)。如果孔内作过试验，则应将试验成果也在相应位置上标出；③钻孔操作及水文地质日志图；④岩心素描图及其说明，其格式见表1-15所示。

野外鉴别地基土要求快速，但又无仪器设备，主要凭感觉和经验。对碎石土和砂土的鉴别方法，是利用日常熟悉的食品如绿豆、小米、砂糖、玉米面的颗粒作为标准，来进行对比鉴别；对粘性土与粉土的鉴别方法，可根据手搓滑腻感或砂粒感等感觉，加以区分和鉴别。土的野外描述内容如下：

(1)颜色：土样的颜色取决于组成该土的矿物成分和含有的其他成分。描述时从色在前，主色在后。例如，黄褐色，以褐色为主色，带黄色；若土中含氧化铁，则土呈红色或棕色；土中含大量有机质，则土呈黑色，表明此土层不良；土内含较多的碳酸钙、高岭土，则土呈白色；

(2)密度：土层的松密是鉴定土质优劣的重要方面。在野外描述时可根据钻进的速度和难易，来判别土的密实程度。同时可在钻头提起后，在钻侧面窗口部位用刀切出一个新鲜面来观察，并用大拇指加压的感觉来判定松密。在钻孔记录表上注明每一层土属于密实、中密或稍密状态；

(3)湿度：土的湿度分为干的、稍湿的、湿的与饱和的四种。通常，地下水位埋藏深，在旱季地表土层往往是干的；接近地下水位的粘性土或粉土因毛细水上升、往往是湿的；在地下水位以下，一般是饱和的；

表1-15 钻孔野外记录表

(4)粘性土的稠度：粘性土的稠度是决定该土工程性质好坏的一个重要指标。分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种；

(5)含有物：土中含有非本层土成分的其他物质，称为含有物。例如：碎砖、炉碴贝壳、氧化铁等。有些地区有粉质粘土或粉土中含坚硬的姜石；海滨等地往往含贝壳，记录表中应注明含有物的大小和数量；

(6)其他：碎石土与砂土应描述级配、砾石含量、最大粒径、主要矿物成分。粘性土应描述断面形态、孔隙大小、粗糙程度、是否有层理等。土中若有特殊气味，如海滨有鱼腥味等，亦应加以注明。石灰碴、植物根、有机质或古池塘往往含贝壳。邻近设施对土质的影响，如管道漏水则使粘性土稠度变软、地下水位抬高。

取土样的标准表格，如表1-16所示。

三、岩土工程坑探

岩土工程勘察中常用的岩土工程坑探的类型及适用条件有：探槽、试坑、浅井、竖井(斜井)平硐和石门(或平巷等)。前三者为轻型坑探工程，后三种为重型坑探工程(图1-3)。

表1-16 土样标签

图1-3 岩土工程常用的坑探类型示意图

1—槽探；2—试坑；3—竖井；4—平硐；5—石门；6—浅井

坑探险的特点：直观细致性、精确可靠性、取样灵活性。

一般情况下坑探占勘察工作量的10%。主要用于：若岩层露头很差，但覆盖较薄(3m以内)时可采用，主要为测绘服务；或者用于校核、补充其他勘察资料；也可以用于原状样的采取或做大型原位测试；另外，在工程重点部位及特殊问题的研究时，也可用岩土工程坑探。

坑探要求描述的内容有：地质剖面，岩石、软弱面、软弱带的产状，断裂及破坏的详细情况，岩石物理状态的可靠性资料保持原状结构和状态的岩土样，要在坑道内做原位测试。必要时可编制平硐展视图，通常采用的比例尺为1：25～1：100。

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