浅谈工程地质勘察钻探中的取样问题

摘 要:介绍工程地质勘察钻探中岩土样的取样工具、各状态土样取样方法,简述样品的包装及土样在土工试验时遇到的问题及勘察注意事项,强调工程勘察钻探取样质量的重要性。

关键词:钻探取样扰动样水样原状样

中图分类号:TU195文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)09(b)-0116-01

在工程地质勘察中,按勘察或工程设计施工技术要求,从钻孔(或从探坑、探井、探槽)内某一深度处采取一定数量的实物样品,这是工程地质勘探的主要任务,是工程地质勘探和水文地质勘探获取地表以下地质资料的主要手段,也是检验建筑物基础等地下工程施工质量的重要方法。工程钻探所取样品分为扰动土(砂)样、水样、原状样。

扰动样是天然成分和结构受到破坏的土(砂)样,通过室内试验进行颗粒分析确定各粒组含量及获取含水率、液性指数、塑性指数等物理指标。常见的有容易扰动的各种砂层,流塑状态的淤泥层。在砂层取样,用右旋上提式活塞封闭取砂器锤击法采取,也可用底部板阀封闭式捞砂筒锤击采取,或进行标贯试验时从标贯器中采取。在软弱的淤泥质土层或淤泥层用常规取土器采取很易受扰动,再经过包装搬运,有的送到试验室后土样变形,结构破坏,只得作为扰动样进行物理数据试验。作为扰动样土可用螺旋钻采取。

水样是在有地下水的钻孔内用不同取水器取水,在室内进行阴、阳离子浓度、矿化度、PH值等项目实验,判定是否可饮用,对建筑材料是否有腐蚀性。常用取水器有玻璃瓶—重锤取水器,用于水位线以下取水；虹吸取水器,用于浅部取水；定深取水器,用于预定深度取水。

原状土(岩)样是天然成分和结构未破坏的不扰动样,通过室内试验获得土层天然结构、渗透系数、含水率、密度、压缩系数、压缩模量、抗剪强度、抗压强度、天然坡角等项目设计所需要的资料,以对岩土体的物理力学性能指标作出定量评价。原状土的采取要使用专门的取土工具—取土器。取土器结构一般由接头、余土管、取土衬管、取土管、管靴、封闭装置等部件组成。取土时管靴切入土体,多余的残土进入余土管,有效土样进入取土管的衬管内。操作时取土器必须顺利地切入土体,以免对土体结构扰动和预防取土器提升时土样脱落。取土器的封闭装置是防止土样脱落的结构,有上部和下部封闭装置两类,上部封闭装置起吸附作用,下部封闭装置起承托或卡紧作用,下部封闭装置又分为自由活塞式和固定活塞式取土器,上部封闭装置又分为球阀式、板阀式和活塞式取土器,一般常用的是上部封闭装置的球阀式取土器。

原状土的取土方法有压入、击入、回转压入和振动压入。在淤泥质类的软弱土层,要用专用薄壁圆筒取土器直接压入土层提取,取出后修整两端,盖上盒盖放入专用盛样箱内,搬运时尽量减少振动,送到试验室试验时用推土器将土样从圆筒内推出,作直剪试验时,有时三、四级载荷下土样会从剪切盒内挤出,试验结果很少出现峰值,数据有偏差,这类土最好用三轴剪比较合适,如果有条件最好在施工现场做十字板剪切试验,结果更具代表性。

较硬的可塑状态的粘性土可用击入法采取,所用取土管为半合式,取土时将余土管和管靴拧下,将半合管打开即取出土样,有的用钳子夹住取土器内部衬管,从管靴处直接带土样一并拽出。

在硬塑—坚硬状态的粘性土层,一般用回转压入法采取。这种取土器为内外双管,外管回转内管压入。有的取样时直接在单管取土管上部装一个专用接头,接头内部放一个比水眼稍大的钢球,提取土样器时钢球堵塞水眼使土样上部形成真空,通过吸附作用将土样从孔内取出,这种方法简单易行,普遍采用,但要注意取心管不易过长,取样时要低速回转,尽量不要频繁上下提动钻具,提钻时要慢,拧卸钻杆要轻,避免因振动使土样脱落。

振动压入法对土样有一定扰动,一般适合大直径取土器或扰动样取土,对较软的土层及振动易液化的土层不易采用。

土样采取与钻进操作有很大关系,如取土管入土较深,频繁上提和下降钻具,长时间干钻,孔内有残土,钻孔垂直度较差使取土器刮擦孔壁等都会对取土质量造成影响。室内土工试验时,发现有的土样顶部呈蘑菇状,有钻头研磨痕迹或螺旋钻尖的凹坑,土样周围有钻头旋转形成密实带,还有土样混杂等,这些情况得出的试验数据会直接关系到土质物理力学性质的真实代表性,如果资料准确性差或资料不完整会给设计与施工带来困难,同时会浪费大量人力物力,因此为取得较好的技术成果和经济效益必须重视土样的采取质量。

现场取出的土样要及时用合适的铁皮包好,修整土样两端平面,盖上盒盖,用胶布封好,防止水分蒸发,贴上明细标签并注明土样上下方向。严防振动、雨淋和冻结,并及时送至土工试验室。

同样在岩石层取样也要求岩心具有代表性、纯洁性、部位准确性和一定的岩心采取率。所用的取心工具有单管、双管、孔底反循环和绳索取心钻具。取心方式有提钻取心,绳索取心和反循环取心,一般常用的是单管钻具提钻取心,就是在取心钻具回次终了采用适当方法将岩心卡断并加持在岩心管内(称岩心卡取),然后将孔内钻具全部提到地面从岩心管内取出岩心的方法。岩心卡取包括卡断和加持两种方式,常用的有卡料(碎石、铁丝)、卡簧(也称岩心提断器)、干钻和沉淀卡取四种方法。

另外有些建筑物地基经过换填夯实处理、灌浆处理,道路路基经过填土碾压,这些工程质量检验时除了现场载荷试验、密实度试验,也可以通过钻探取样进行室内试验来检验,防止工程完成后出现不均匀沉降和地面塌陷等事故。

目前,随着我国经济和城市建设的快速发展,基建项目、道路建设、工程改造、工程环评等工程项目逐渐增多,工程地质勘察范围也越来越广,越来越繁重,勘察队伍不断壮大,勘察水平不一,有的片面追求勘察效率和经济利益,致使勘察质量下降,不但给设计施工带来困难,甚至影响了工程质量。比如,实际勘察深度没有达到地质要求,原位测试和取样数量不足,测试和取样位置与要求有误差,勘察不细致,资料搜集不全面,没有发现埋藏的河道、池塘、枯井、墓穴、岩溶、洞室、及埋设的水管线、气管线、电缆线等埋藏物,忽视场地周围有无泥石流、滑坡、崩塌等不良地质作用的存在,导致基坑和基槽开挖后岩土条件与勘察资料不符,工程安全受到影响。因此,提高勘察技术水平,加强管理,严格按照规范操作,为设计施工提供准确、可靠、全面的具有合理评价和可行性建议的工程地质勘察报告十分重要。

现在,国家制定了工程建设行业标准《建筑工程地质钻探取样技术标准》,据说已通过专家会审,将要颁布,我想这对我们以后的工程地质钻探取样会起到更加明确的指导作用,也必将使我们工程地质勘察水平得到更大提高。

参考文献

[1]工程地质手册编写组.工程地质手册.中国建筑工业出版社,1982.

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