关键词：工程地质勘探钻探特点及条件钻孔类型
前言
为进行工程地质勘察所进行的钻探工程,其目的是通过钻探取样、样品分析、现场工程地质测试,以获取建筑基础的地质资料和岩土层的各项参数,为选择修建地点,基础处理方式、确定建筑物类型,及制定合理的施工方法提供设计和施工依据。
1、工程地质钻探的特点及适用条件在工程地质勘察中,钻探是最基本最常用的勘探手段。不同类型的建筑物,不同的勘察阶段,不同的工程地质条件下,凡是布置勘探工作的地段,一般均需采用钻探方法。与地质找矿钻探相比,工程地质钻探的特点是:(1)勘探工程钻孔布置,不光要考虑自然地质条件,还需结合工程类型及特点。如水坝一般应顺坝轴线布孔,工业与民用建筑则需按建筑物的轮廓线布孔等。(2)钻进深度一般不大,除了大型水利工程,深埋隧道以及为了解专门的地质问题(如控测深岩溶)外,孔深均为十余米至数十米,所以经常采用简易钻探法和轻便钻机。(3)钻孔多具综合性目的,1个钻孔除了需查明地层岩性、地质结构和水文地质条件外,还要作各种试验、取样、长期观测。有些试验往往与钻进同时进行,所以进尺较慢。(4)工程地质钻探在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面,均有特殊的要求。与物探、坑探相比较,钻探工作有其独特的优点,它可以在各种环境下进行,不受地形地质条件的限制。它能直接观察岩心和采样,勘探精度高。勘探深度大,不受地下水的限制,钻进速度也较快,这是坑探所不能比拟的。
2、工程地质钻探的特殊要求工程地质钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的,它多具综合目的,因而在钻进方法、钻孔结构、钻进进程中的观测编录等方面均有特殊要求。工程地质钻探对岩心采取率要求校高,一般岩层不能低于80%;对工程建筑物至关重要的软弱夹层和断层破碎带也不能低于60%,但往往不易取得岩心。为保证获取较高的岩心采取率,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,要昼养活冲洗液或用干钻,降低钻速,缩短钻程,最好采用双层岩心管。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运行,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。对不同的含水层要换径并分层止水,加以隔离。含水层愈多,换径和分层止水的次数就愈多。一般的工程地质钻孔终孔直径为91mm,根据换径次数及位置,即可确定孔身结构。若在基岩面以上的砂卵石层中作抽水试验干钻,不允许使用泥浆加固孔壁的办法。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。钻孔水文地质观测,是工程地质钻探的一项重要工作,藉以了解岩层透水性的变化,发现含水层和得知其近似水位并掌握各含水层之间的水力联系等。在外钻进过程中应按水文地质钻探的要求,做好孔中水位测量。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,还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。为达到上述的特殊要求,钻探人员应严格按规定操作,不能盲目追求进尺。
3、工程地质钻探常用的钻探方法和设备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。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4种。在工程地质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2种。机械回转钻探钻进效率高,孔深大,又能采取岩心,所以在工程地质勘探中使用最为广泛。目前,国内外正在大力革新钻探技术,逐步朝着全液压驱动、仪表控制、勘探与测试相结合的方向发展。为了研究工程土体的物理力学性质,在工程地质勘察中,应结合勘探工作采取原状土样。但是在钻孔中采取原状土样时受到很多因素影响,其中主要的是取土器的结构和取土实用。取土器主要有限制球阀式取土器、上提橡皮垫活阀式取土器、回转压入式取土器和水压活塞式取土器4种,这4种取土器适用于采取粘性土的原状土样。采取砂类土和饱水软粘土就比较困难了,需要使用特制的取土器。如采用厚壁管靴长筒上提活阀式取土器,反旋活阀分节取土器和真空活塞取砂器等,采取地下水位以下的原状砂类土和软粘土样,效果较好。原状土样的采取方法主要有3种:(1)击入法:适用于较硬的土层中取样,又可分为孔外及孔内的轻锤多击法和重锤少击法。实践证明,孔内的重锤少击法取样效果好,效率高而且土样扰动小。(2)压入法:适用于较软的土层中取样,又可分为连续压入和断续压入法。连续压入法是借助活塞油压筒或钢绳滑轮组合装置,将取土器一次快速均匀地压入土中,土样的扰动较小,当采用连续压入法无法将取土器压入土层时,则可采用断续压入法。(3)振动法:当振动钻进时,可利用振动器的振动作用将取土器压入土中。这种方法对土样的边缘部分扰动较大。易受振动液化的土层不适用。为了保证土样的质量,除了对取土器和取土方法进行选择外,还应注意钻探方法、钻、孔结构、清除孔内残土、操作方法和土样封存及运输等各顶问题。
4、工程地质勘探钻孔类型及其适用条件钻孔的类型指的是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4种。在进行工程地质勘探时,为了能取得尽可能多的地质资料,又节省钻探工作量,钻进方向最好与不同岩性接触面或断层面垂直。(1)直孔倾角90°。在工程地质钻探中此类孔最常用,适于查明岩浆岩的岩性岩相、岩石风化壳、基岩面以及第四纪覆盖层厚度及性质、缓倾角的沉积及断裂等。作压水试验的钻孔一般都采用铅直孔。(2)斜孔倾角小于90°,且应定出倾斜的方向。当沉积岩层倾角较大(>60°),或陡倾的断层破碎带,常以与岩层或断层倾向相反的方向斜向钻进。在水利水电工程地质勘探中,常用斜孔探查河床下的地质结构。尤其是在河床不很宽而水流湍急的峡谷中,可在两岸以斜孔向河底交叉钻进,既可较好地控制河床下的地质结构,又可以养活或避免河中布孔进行水上钻探的困难。(3)水平孔倾角多为0°。
一般在坑探工程中布置,可作为平硐、石门的延续,用以查明河底地质结构、进行岩体应力量测、超前探水和排水。在河谷斜坡地段用以探查岸坡地质结构等效果比较好。(4)定向孔采用一些技术措施,可使钻孔随着深度的变化有规律地弯曲,进行定向钻进,如岩层上缓下陡进,或在1个孔中控制多个定向分枝孔,共同钻探同一目的层,或在1个孔中控制多个定向分枝孔,共同钻探同一目的层。定向钻进的技术措施比较复杂。近年来,国内外广泛采用在1个孔位上钻多个不同方向的定向斜孔的布置方案,效果极佳。
5、结语
不同建筑场地的工程地质条件,不同的钻探目的,决定了工程地质钻探方法和设备的选择。目的明确,技术先进,方法多样,是工程地质钻探特有的技术特点,因此有必要对钻探技术加深认识,不断地学习和创新。
参考文献：
[1]王达.钻探工程技术体系与钻探技术现代化[J].地质装备,2007,(3).
[2]张万寿.我国工程地质钻探技术的发展趋势与设备选型[J].甘肃冶金,2007,(5).