巖土工程勘察

第6章工程地質(zhì)勘探與取樣

巖土工程勘探是在地殼表層某一深度范圍內(nèi)進行的，須查明這一深度范圍內(nèi)巖土體的空間分布情況及其工程性質(zhì)以及地下水等條件。

工程地質(zhì)測繪，主要是調(diào)查建筑場地工程地質(zhì)條件在地表的特征，并藉以推斷地下的情況。確切查明地下地質(zhì)情況的基本方法是勘探工作。1.巖土工程勘探的任務

（1）詳細研究建筑場地或建筑地段的巖土體和地質(zhì)構(gòu)造研究各地層的巖性特征、厚度及其橫向變化，按巖性詳細劃分地層，尤其須注意軟弱巖層的巖性及其空間分布情況；確定天然狀態(tài)下各巖土層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；基巖的風化深度和不同風化程度的巖石性質(zhì)，劃分風化帶；研究巖層的產(chǎn)狀；斷層破碎帶的位置、寬度和性質(zhì)；節(jié)理、裂隙發(fā)育程度及隨深度的變化，作裂隙定量指標的統(tǒng)計。第一節(jié)巖土工程勘探的任務、特點和手段（2）研究水文地質(zhì)條件了解巖土的含水性，查明含水層、透水層和隔水層的分布、厚度、性質(zhì)及其變化；各含水層地下水的水位(水頭)、水量和水質(zhì)；借助水文地質(zhì)試驗和監(jiān)測，以了解巖土的透水性和地下水動態(tài)變化。（3）研究地貌和不良地質(zhì)現(xiàn)象查明各種地貌形態(tài)，如河谷階地、洪積扇、斜坡等的位置、規(guī)模和結(jié)構(gòu)；研究各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，如滑坡的范圍、滑動面位置和形態(tài)、滑體的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)；巖溶的分布、發(fā)育深度、形態(tài)及充填情況等（4）取樣及提供野外試驗條件從勘探工程中采取巖土樣和水樣，供室內(nèi)巖土試驗和水質(zhì)分析鑒定用；在勘探工程中可作各種原位測試，如載荷試驗、標準貫入試驗、剪切試驗、波速測試等巖土物理力學性質(zhì)試驗，巖體地應力量測，水文地質(zhì)試驗以及巖土體加固與改良的試驗等。（5）提供檢驗與監(jiān)測的條件利用勘探工程布置巖土體性狀、地下水和不良地質(zhì)現(xiàn)象的監(jiān)測、地基加固與改良和樁基礎的檢驗與監(jiān)測。（6）其他如進行孔中攝影及孔中電視，噴錨支護灌漿處理鉆孔，基坑施工降水鉆孔，灌注樁鉆孔，施工廊道和導坑等。2.巖土工程勘探的特點

(1)勘探范圍取決于場地評價和工程影響所涉及的空間，除了深埋隧道和為了解專門地質(zhì)問題而進行的勘探外，通常限定于地表以下較淺的深度范圍內(nèi)。(2)除了深入巖體的地下工程和某些特殊工程外，大多數(shù)工程都坐落于第四系土層或基巖風化殼上。為了工程安全、經(jīng)濟和正常使用，對這一部分地質(zhì)體的研究應特別詳細。例如，應按土體的成分、結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)詳細劃分土層，尤其是軟弱土層需給予特別的注意。風化巖體要根據(jù)其風化特性進行風化殼垂直分帶。(3)為了準確查明巖土的物理力學性質(zhì)，在勘探過程中必須注意保持巖土的天然結(jié)構(gòu)和天然濕度，盡量減少人為的擾動破壞。為此需要采用一些特殊的勘探技術。(4)為了實現(xiàn)地質(zhì)、水文地質(zhì)、巖土工程性質(zhì)的綜合研究，以及與現(xiàn)場試驗、監(jiān)測等緊密結(jié)合，要求巖土工程勘探發(fā)揮綜合效益，對勘探工程的結(jié)構(gòu)、布置和施工順序也有特殊的要求。

3.巖土工程勘探的手段

巖土工程勘探常用的手段有鉆探工程、坑探工程及地球物理勘探三類。鉆探和坑探工程是直接勘探手段，能較可靠地了解地下地質(zhì)情況。鉆探工程是使用最廣泛的一類勘探手段，普遍應用于各類工程的勘探；由于它對一些重要的地質(zhì)體或地質(zhì)現(xiàn)象有時可能會誤判、遺漏，所以也稱它為“半直接”勘探手段。坑探工程勘探人員可以在其中觀察編錄，以掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)的細節(jié)；但是重型坑探工程耗資高，勘探周期長，使用時應具經(jīng)濟觀點。

地球物理勘探簡稱物探，是一種間接的勘探手段，它可以簡便而迅速地探測地下地質(zhì)情況，且具有立體透視性的優(yōu)點。但其勘探成果具多解性，使用時往往受到一些條件的局限?？紤]到三類勘探手段的特點，布置勘探工作時應綜合使用，互為補充?？尚行匝芯靠辈祀A段的任務，是對擬建場地的穩(wěn)定性和適宜性作出評價，主要進行工程地質(zhì)測繪，勘探往往是配合測繪工作而開展的，而且較多地使用物探手段，鉆探和坑探主要用來驗證物探成果和取得基準剖面。

初步勘察階段應對建筑地段的穩(wěn)定性作出巖土工程評價，勘探工作比重較大，以鉆探工程為主，并利用勘探工程取樣，作原位測試和監(jiān)測。在詳細勘察階段，須提出詳細的巖土工程資料和設計所需的巖土技術參數(shù)，并應對基礎設計、地基處理以及不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治等具體方案作出論證和建議，以滿足施工圖設計的要求。因此須進行直接勘探，與其配合還應進行大量的原位測試工作。各類工程勘探坑孔的密度和深度都有詳細嚴格的規(guī)定。在復雜地質(zhì)條件下或特殊的巖土工程(或地區(qū))，還應布置重型坑探工程。此階段的物探工作主要為測井，以便沿勘探井孔研究地質(zhì)剖面和地下水分布等。1.巖土工程鉆探的特點鉆探是用一定的設備、工具（主要是鉆機）來破碎地殼巖石或土層，在地殼中形成一個直徑較小、深度較大的鉆孔，可取巖芯或不取巖芯來了解地層深部地質(zhì)情況的過程。在巖土工程勘察中，鉆探是最常用的一類勘探手段。與坑探、物探相比較，鉆探有其突出的優(yōu)點，它可以在各種環(huán)境下進行，一般不受地形、地質(zhì)條件的限制；能直接觀察巖心和取樣，勘探精度較高；能提供作原位測試和監(jiān)測工作的條件，最大限度地發(fā)揮綜合效益；勘探深度大，效率較高。因此，不同類型、結(jié)構(gòu)和規(guī)模的建筑物，不同的勘察階段，不同環(huán)境和工程地質(zhì)條件下，凡是布置勘探工作的地段，一般均需采用此類勘探手段。

第二節(jié)鉆探工程與一般的礦產(chǎn)資源鉆探相比，巖土工程鉆探有如下特點：（1）鉆探工程的布置，不僅要考慮自然地質(zhì)條件，還需結(jié)合工程類型及其結(jié)構(gòu)特點。如房屋建筑與構(gòu)筑物一般應按建筑物的輪廓線布孔。（2）除了深埋隧道以及為了解專門地質(zhì)問題而進行的鉆探外，孔深一般十余米至數(shù)十米，所以經(jīng)常采用小型、輕便的鉆機。（3）鉆孔多具綜合目的，除了查明地質(zhì)條件外，還要取樣、作原位測試和監(jiān)測等；有些原位測試往往與鉆進同步進行，所以不能盲目追求進尺。（4）在鉆進方法、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進過程中的觀測編錄等方面，均有特殊的要求。如巖心采取率、分層止水、水文地質(zhì)觀測、采取原狀土樣和軟弱夾層、斷層破碎帶樣品等要求。2.巖土工程鉆探的特殊要求

為了完成勘探工作的任務，巖土工程鉆探有以下幾項特殊的要求：(1)土層是巖土工程鉆探的主要對象，應可靠地鑒定土層名稱，準確判定分層深度，正確鑒別土層天然的結(jié)構(gòu)、密度和濕度狀態(tài)。為保證分層準確，要求鉆進深度和分層深度的量測誤差范圍應為±0.05m，非連續(xù)取心鉆進的回次進尺應控制在1m以內(nèi)，連續(xù)取心的回次進尺應控制在2m以內(nèi)；某些特殊土類，需根據(jù)土體特性選用特殊的鉆進方法。

(2)在飽和軟土或砂卵石層中鉆進時，易發(fā)生孔壁坍塌或縮徑，需采用護壁措施，通常用套管跟進護壁或泥漿護壁兩種方法。

(3)巖心采取率是衡量巖石鉆探質(zhì)量的重要指標?！兑?guī)范》中規(guī)定，對一般巖石巖芯采取率不應低于80%，破碎巖石不應低于65%。對工程建筑物至關重要的破碎帶、滑動帶及軟弱夾層，為保證鉆探質(zhì)量和巖芯采取率，應采用雙層巖心管連續(xù)取芯。當需確定巖石質(zhì)量指標RQD時，應采用75mm口徑（N型）雙層巖心管鉆進，且宜采用金剛石鉆頭鉆進。(4)在鉆進過程中，為了研究巖土的工程性質(zhì)，經(jīng)常需要采取巖土樣。堅硬巖石的取樣可利用巖心，但其中的軟弱夾層和斷層破碎帶取樣時，必須采取特殊措施。為了取得質(zhì)量可靠的原狀土樣，需配備取土器，并應注意取樣方法和操作工序，盡量使土樣不受或少受擾動。采取飽和軟粘土和砂類土的原狀土樣，還需使用特制的取土器。(5)為保持地基土的天然濕度，正確測定土層含水量，在地下水位以上的土層中鉆進時應進行干鉆，當必須使用沖洗液時應采取雙層巖心管鉆進；同時注意觀測地下水的初見水位和穩(wěn)定水位。

(6)鉆孔水文地質(zhì)觀測和水文地質(zhì)試驗是巖土工程鉆探的重要內(nèi)容，借以了解巖土的含水性，發(fā)現(xiàn)含水層并確定其水位(水頭)和涌水量大小，掌握各含水層之間的水力聯(lián)系，測定巖土的滲透系數(shù)等。按水文地質(zhì)要求觀測,要分層止水，以進行不同含水層的水位觀測。3.巖土工程常用的鉆探方法

我國巖土工程鉆探常用的方法有回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊鉆探、振動鉆探和沖洗鉆探。其中機械回轉(zhuǎn)鉆探的鉆進效率高，孔深大，又能采取巖心，在巖土工程鉆探中使用最廣。

(1)回轉(zhuǎn)鉆進

通過鉆桿將旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞到孔底鉆頭，同時施加一定的軸向力實現(xiàn)鉆進?；剞D(zhuǎn)鉆進根據(jù)鉆頭主要類型和功能又分為螺旋鉆進、環(huán)形鉆進（巖芯鉆進）和無巖芯鉆進等三類。(a)螺旋鉆進。適用于細粒土，鉆頭有麻花鉆頭、勺形鉆頭和提土器等三種。提鉆時帶出擾動土樣，供巖性鑒定及分類之用。(b)環(huán)形鉆進。鉆頭采用合金鉆頭、鋼粒鉆頭或金鋼石鉆頭，適用于土層及巖層，對孔底作環(huán)形切削研磨，環(huán)形中心保留柱狀巖芯，提出后可供鑒定巖性和試驗之用。

(2)沖擊鉆進

利用鉆具自重沖擊破碎孔底，破碎后的巖粉、巖屑由循環(huán)液沖出地面。沖擊鉆進只能通過巖粉、巖屑和感覺判斷地層的變化，對孔壁、孔底擾動較大，一般是配合回轉(zhuǎn)鉆進。

(3)振動鉆進

通過鉆桿將振動器激發(fā)的高速振動傳遞至孔底管狀鉆頭，同時在一定的軸向壓力下將鉆頭貫入土中。對孔底擾動大，影響高質(zhì)量土樣的采取。

(4)沖洗鉆進

通過高壓射水破壞孔底土層實現(xiàn)鉆進。適用于砂層、粉土層和不太堅硬的粘性土層。沖出地面的粉屑是各土層的混合物，難以確定地層巖性的劃分。鉆探方法鉆進地層勘察要求粘性土粉土砂土碎石土巖石直觀鑒別，采取不擾動試樣直觀鑒別，采取擾動試樣回轉(zhuǎn)螺旋鉆探++++--++++無巖心鉆探+++++++++--巖心鉆探+++++++++++++沖擊沖擊鉆探-+++++---錘擊鉆探+++++++-++++振動鉆探+++++++-+++沖洗鉆探+++++----鉆探方法的適用范圍注：++表示適用；+表示部分適用；-表示不適用。鉆探的基本程序：

（1）破碎巖土全面鉆進：將孔底巖土全部破碎成粉未或小塊的鉆進方法；取心鉆進：在鉆進過程中只破壞環(huán)狀部分巖土，中間巖土心保留的鉆進方法；

（2）采取巖心及排除破碎巖土用取樣器等取出巖土心；用流體（泥漿、清水、乳化液等）作為循環(huán)介質(zhì)，將破碎的巖屑、土塊輸送到地表。（3）護壁在地殼中形成鉆孔后，鉆孔周圍的地層平衡狀態(tài)被破壞，可能會引起孔壁坍塌，因此必須對孔壁進行加固處理：(a)借助于循環(huán)液中的靜水壓力來平衡地層的側(cè)向壓力以維持孔壁穩(wěn)定；(b)用惰性材料或化學材料對孔壁進行處理加固，常用的有粘稠的泥漿、或加入泥漿處理劑或堵漏劑，如氰凝、丙凝等。(c)下入套管來支撐孔壁。護壁可靠，但成本較高。鉆探的一些要求：（1）鉆進深度和巖土分層深度的量測精度，不應低于±5cm。（2）應嚴格控制非連續(xù)取心鉆進的回次進尺，使分層精度符合要求。（3）定向鉆進的鉆孔應分段進行孔斜測量；傾角和方位的量測精度應分別為±0.1度和3.0度。4.鉆孔設計為充分論證鉆探工作的布置并逐孔編制鉆孔設計書內(nèi)容。（1）鉆孔目的及地形地質(zhì)概況。（2）鉆孔類型、深度及鉆孔結(jié)構(gòu)設計。深度地質(zhì)年代巖性鉆進方式孔徑套管工程地質(zhì)要求0-3mQ4

al

粘土回轉(zhuǎn)250取原狀土樣3-7Q3al-pl

砂土沖擊250219動探、擾動樣7-15Q3al-pl含礫粘土回轉(zhuǎn)190168原狀樣、靜探15-40Q2

fgl含漂礫卵礫石沖擊130127動探、抽水試驗40-50Mz-J強風化花崗巖回轉(zhuǎn)（鋼砂）110壓水試驗50-70Mz-J弱風化花崗巖金剛石91取巖樣（3）巖土工程要求包括巖心采取率、取樣、試驗、觀測、止水及編錄等各方面的要求。編錄的項目及應取得的成果資料有：鉆孔柱狀剖面圖、巖心素描(或照相)、鉆進觀測、試驗記錄圖及水文地質(zhì)日志等。（4）說明鉆探結(jié)束后對鉆孔的處理鉆孔完工后，可根據(jù)不同要求選用合適材料進行回填。臨近堤防的鉆孔應采用干泥球回填，泥球直徑以2cm左右為宜，回填是均勻投放，每回填2m進行一次搗實。對隔水有特殊要求的，可用4：1水泥、膨潤土漿液通過泥漿泵由孔底逐漸向上灌注回填。

鉆孔記錄和編錄是鉆進過程的詳細文字記載，也是巖土工程鉆探最基本的原始資料。因此在鉆進過程中必須認真、細致地做好觀測與編錄工作，以全面、準確地反映鉆探工程的第一手地質(zhì)資料。

《規(guī)范》規(guī)定，鉆孔的記錄和編錄應符合下列要求：

(a)野外記錄應由經(jīng)過專業(yè)訓練的人員承擔；記錄應真實及時，按鉆進回次逐段填寫，嚴禁事后追記；

(b)鉆探現(xiàn)場可采用肉眼鑒別和手觸方法，有條件或勘察工作有明確要求時，可采用微型貫入儀等定量化、標準化的方法；

(c)鉆探成果可用鉆孔野外柱狀圖或分層記錄表示；巖土芯樣可根據(jù)工程要求保存一定期限或長期保存，亦可拍攝巖芯、土芯彩照納入勘察成果資料。5.鉆孔記錄和編錄鉆孔記錄與編錄的內(nèi)容包括：（1）巖心觀察、描述和編錄對巖心的描述包括地層巖性名稱、分層深度、巖土性質(zhì)等方面。不同類型的巖土其巖性描述的內(nèi)容為：(a)碎石土：碎石土應描述顆粒級配、顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、風化程度、充填物的性質(zhì)和充填程度、密實度等。(b)砂類土：顏色、礦物組成、顆粒級配、顆粒形狀、粘粒含量、濕度、密實度等。(c)粉土：顏色、包含物、濕度、密實度、搖震反應、光澤反應、干強度、韌性等。(d)粘性土：顏色、狀態(tài)、包含物、光澤反應、搖震反應、干強度、韌性、土層結(jié)構(gòu)等。(e)特殊性土除應描述上述相應土類規(guī)定的內(nèi)容外，尚應描述其特殊成分和特殊性質(zhì)；如對淤泥尚需描述嗅味，對填土尚需描述物質(zhì)成分、堆積年代、密實度和厚度的均勻程度等；(f)巖石：地質(zhì)年代、地質(zhì)名稱、風化程度、顏色、主要礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和巖石質(zhì)量指標RQD。對沉積巖應著重描述沉積物的顆粒大小、形狀、膠結(jié)物成分和膠結(jié)程度；對巖漿巖和變質(zhì)巖應著重描述礦物結(jié)晶大小和結(jié)晶程度。作為文字記錄的輔助資料是巖土芯樣。巖土芯樣不僅對原始記錄的檢查核對是必要的，而且對施工開挖過程的資料核對，發(fā)生糾紛時的取證、仲裁，也有重要的價值。因此應在一段時間內(nèi)妥善保存。目前已有一些工程勘察單位用巖芯的彩色照片代替實物。全斷面取芯的土層鉆孔還可制作土芯縱斷面的揭片，便于長期保存。通過對巖芯的各種統(tǒng)計，可獲得巖芯采取率、巖芯獲得率和巖石質(zhì)量指標(RQD)等定量指標。

巖芯采取率是指所取巖芯的總長度與本回次進尺的百分比?？傞L度包括比較完整的巖芯和破碎的碎塊、碎屑和碎粉物質(zhì)。

巖芯獲得率是指比較完整的巖芯長度與本回次進尺的百分比。它不計入不成形的破碎物質(zhì)。巖石質(zhì)量指標（RQD）：指在取出的巖芯中，只選取長度大于10cm的柱狀巖心長度與本回次進尺的百分比。根據(jù)巖石質(zhì)量指標RQD，可分為好的(RQD>90)、較好的(RQD=75～90)、較差的(RQD=50～75)、差的(RQD=25～50)和極差的(RQD<25)。（1）耕植土（Q4ml）：主要為褐黃色粉土，部分地段有薄層粉砂和少量建筑垃圾。特別松散，不均勻。該層厚度0.20~0.50m，平均厚度0.35m。（2）粉土（Q4al+pl）：褐黃色，稍密，濕，含蝸牛殼碎片。搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低，高壓縮性。該層厚度0.60~2.90m，平均厚度1.63m。（3）粉質(zhì)粘土（Q4al+pl）：淺灰色，軟~可塑。搖振反應無，光澤反應中等，干強度中等，韌性中等，高壓縮性。該層厚度2.60~4.80m，平均厚度3.80m。（4）粉土（Q4al+pl）：淺灰~灰褐色，稍密，濕，局部夾粉質(zhì)粘土。搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低。高壓縮性。該層厚度0.90~3.00m，平均厚度1.92m。搖振反應：將軟塑或流動的小土塊捏成土球，放在手掌上反復搖晃，并以另一手掌振擊此手掌，土中自由水將滲出，球面呈現(xiàn)光澤，用二手指捏土球，放松后水又被吸入，光澤消失。根據(jù)上述滲水和吸水反應快慢，分為：立即滲水和吸水-----反應快

滲水和吸水中等-----反應中等

滲水和吸水慢及不吸不滲者-----反應慢或無反應。光澤反應：用小刀切開稍濕的土，并用小刀抹土面，看土面是否呈現(xiàn)光澤。

分為有光澤和無光澤兩種。高液限的粘性土通常有光澤，低液限粘性土或粉質(zhì)土通常無光澤反應。

干強度：將風干的小土塊用手指捏碎，根據(jù)用力的大小可區(qū)分為三種情況：

干強度高：捏不碎

干強度中等：用力才能捏碎

干強度低：易于用手捏碎和捏成粉末。

韌性：將土調(diào)和成含水量略高于塑限，柔軟而不粘手的土膏，在手掌中搓成直徑約為3mm的土條，根據(jù)再揉成土團和搓條的可能性，區(qū)分土的韌性：

韌性高：能再揉成土團，并能再搓成條，手指捏不碎。

韌性中等：可再揉成團，手指稍捏即碎，不能再搓成土條。

韌性低：不能再揉成土團。細粒土類搖振反應光澤反應干硬度韌性粉土迅速、中等無低低粘性土無光滑稍有光滑高、中等高、中等目力鑒別方法對土的描述等級

光澤反應、搖震反應、干強度、韌性四個目力鑒別項目的依據(jù)是粉土和粘土在土質(zhì)學意義上的本質(zhì)區(qū)別，包括礦物學和土膠體化學方面的差異。

粘土由于含有大量的活動性粘土礦物，顆粒非常細，比表面積大，與土中水的物理化學作用強烈，在干燥失水時顆粒之間的吸附力強而形成很高的干強度；在潮濕狀態(tài)下，切口有油脂光澤，顆粒越細，光澤越明顯。油脂光澤和干強度是粘土區(qū)別于粉土的主要特征指標。

粉土的礦物成分主要是云母，顆粒呈片狀，含粘粒很少，粒徑大多在0.05～0.005mm之間，土顆粒與水的吸附能力比較弱，雖在飽水的靜止狀態(tài)具有一定的持水作用和形成結(jié)構(gòu)性，但在動力作用下，水即從孔隙中逸出,顆粒出現(xiàn)懸浮狀態(tài)。在被擠壓時，由于剪脹作用而吸水，水又從表面消失。在比較潮濕時可以搓成土條，但由于缺乏粘聚力而沒有保持已有形狀的能力，也不能重復成形。對于粉土來說，韌性低，干強度低，無光澤反應；搖振反應分為迅速和中等兩個等級。

搖振反應的速度反映了土中粉粒含量，反應迅速的表示粉粒含量較多，反之表示粘粒含量較多。如果拿著一塊土，按照規(guī)定的方法進行搖振反應試驗，發(fā)現(xiàn)有搖振反應且反應迅速，那么這類土就不應再定名為粘土了。

粉土的主要特征幾乎可以用目力鑒別的結(jié)果來概括：低干強度、快速的搖震反應和沒有韌性。只要符合這些特征的土，應當定名為粉土。其它的土類簡易鑒別方法：（1）目測法鑒別：將研散的風干試樣攤成一薄層，估計土中巨、粗、細粒組所占的比例確定土的分類。土的粒組劃分（按顆粒粒徑）（2）手捻試驗：

將稍濕或硬塑的小土塊在手中捻捏，然后用拇指和食指將土捏成片狀，根據(jù)手感和土片光滑度按下列規(guī)定區(qū)分土的塑性。

手滑膩，無砂，捻面光滑為塑性高；

稍有滑膩，有砂粒，捻面稍有光滑者為塑性中等；

稍有粘性，砂感強，捻面粗糙為塑性低。（3）搓條試驗：

將含水率略大于塑限的濕土塊在手中揉捏均勻，再在手掌上搓成土條，根據(jù)土條不斷裂而能達到的最小直徑區(qū)分按下列規(guī)定區(qū)分土的塑性。

能搓成直徑小于1mm土條為塑性高。

能搓成直徑為1～3mm土條為塑性中等。

能搓成直徑大于3mm土條為塑性低。（2）鉆孔水文地質(zhì)觀測

鉆進過程中應注意和記錄沖洗液消耗量的變化。發(fā)現(xiàn)地下水后，應停鉆進測定其初見水位及穩(wěn)定水位。如系多層含水層，需分層測定水位時，應檢查分層止水情況，并分層采取水樣和測定水溫。準確記錄各含水層頂、底板標高及其厚度。(3)鉆進動態(tài)觀察和記錄

鉆進動態(tài)能提供許多地質(zhì)信息，所以鉆孔觀測、編錄人員必須做好此項工作。在鉆進過程中注意換層的深度、回水顏色變化、鉆具陷落、孔壁坍塌、卡鉆、埋鉆和涌沙現(xiàn)象等，結(jié)合巖心以判斷孔內(nèi)情況。如果鉆進不平穩(wěn)，孔壁坍塌及卡鉆，巖心破碎且采取率又低，就表明巖層裂隙發(fā)育或處于構(gòu)造破碎帶中。巖心鉆探時沖洗液消耗量變化一般與巖體完整性有密切關系，當回水很少甚至不回水時，則說明巖體破碎或巖溶發(fā)育，也可能揭露了富水性較強的含水層。國內(nèi)水利水電勘察單位使用的鉆孔攝影和鉆孔電視，可以對孔內(nèi)巖層裂隙發(fā)育程度及方向、風化程度、斷層破碎帶、巖溶洞穴和軟弱泥化夾層等，獲取較為清晰的照片和圖像。這無疑提高了鉆探工作的質(zhì)量和鉆孔利用率。6.鉆探工作主要成果

(1)鉆孔柱狀圖鉆孔柱狀圖是鉆孔觀測與編錄的圖形化，它是鉆探工作最主要的成果資料。土層鉆孔和巖層鉆孔的鉆孔柱狀圖圖形不同。該圖是將每一鉆孔內(nèi)巖土層情況按一定的比例尺編制成柱狀圖，并作簡明的描述。在圖上還應在相應的位置上標明巖心采取率、沖洗液消耗量、地下水位、巖心風化分帶、孔中特殊情況、代表性的巖土物理力學性質(zhì)指標以及取樣深度等。如果孔內(nèi)作過測井和試驗的話，也應將其成果在相應的位置上標出。鉆孔柱狀圖實際上是反映鉆探工作的綜合成果。

(2)鉆孔操作及水文地質(zhì)日志圖。

(3)巖芯素描圖及其說明。第三節(jié)

坑探工程1.巖土工程勘探常用的坑探工程類型及其適用條件坑探工程也叫掘進工程、井巷工程，它在巖土工程勘探中占有一定的地位。與一般的鉆探工程相比較，其特點是：勘察人員能直接觀察到地質(zhì)結(jié)構(gòu)，準確可靠，且便于素描；可不受限制地從中采取原狀巖土樣和用作大型原位測試。尤其對研究斷層破碎帶、軟弱泥化夾層和滑動面(帶)等的空間分布特點及其工程性質(zhì)等，更具有重要意義。

坑探工程的缺點是：使用時往往受到自然地質(zhì)條件的限制，耗費資金大而勘探周期長；尤其是重型坑探工程不可輕易采用。

巖土工程勘探中常用的坑探工程有：探槽、試坑、淺井、豎井(斜井)、平硐和石門(平巷)。其中前三種為輕型坑探工程，后三種為重型坑探工程。各種坑探工程的特點和適用條件：名稱特點適用條件探槽在地表深度小于3-5米的長條形槽子剝除地表覆土，揭露基巖，劃分地層巖性，研究斷層破碎帶；探查殘坡積層的厚度和物質(zhì)、結(jié)構(gòu)試坑從地表向下，鉛直的、深度小于3~5m的圓形或方形小坑局部剝除覆土，揭露基巖；作載荷試驗、滲水試驗，取原狀土樣淺井從地表向下，鉛直的、深度5~15m的圓形或方形井確定覆蓋層及風化層的巖性及厚度；作載荷試驗，取原狀土樣豎井（斜井）形狀與淺井相同，但深度大于15m，有時需支護了解覆蓋層的厚度和性質(zhì)，作風化殼分帶、軟弱夾層分布、斷層破碎帶及巖溶發(fā)育情況、滑坡體結(jié)構(gòu)及滑動面等；布置在地形較平緩、巖層又較緩傾的地段平硐在地面有出口的水平坑道，深度較大，有時需支護調(diào)查斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)，查明河谷地段的地層巖性、軟弱夾層、破碎帶、風化巖層等；作原位巖體力學試驗及地應力量測，取樣；布置在地形較陡的山坡地段石門（平巷）不出露地面而與豎井相連的水平坑道，石門垂直巖層走向，平巷平行了解河底地質(zhì)結(jié)構(gòu)，作試驗等2.坑探工程設計書的編制、坑探工程的觀測與編錄(1)坑探工程設計書的編制坑探工程設計書是在巖土工程勘探總體布置的基礎上編制的。其主要內(nèi)容包括：(a)坑探工程的目的、類型和編號。(b)坑探工程附近的地形、地質(zhì)概況。(c)掘進深度及其論證。2.坑探工程設計書的編制、坑探工程的觀測與編錄(1)坑探工程設計書的編制

(d)施工條件：巖性及其硬度等級，掘進的難易程度，采用的掘進方法(鏟、鎬挖掘或爆破作業(yè)等)；地下水位，可能涌水狀況，應采取的排水措施；是否需要支護及支護材料、結(jié)構(gòu)等。(e)巖土工程要求：包括掘進過程中應仔細觀察、描述的地質(zhì)現(xiàn)象和應注意的地質(zhì)問題；對坑壁、頂、底板掘進方法的要求，是否許可采用爆破作業(yè)及作業(yè)方式；取樣地點、數(shù)量、規(guī)格和要求等；巖土試驗的項目、組數(shù)、位置以及掘進時應注意的問題；應提交的成果。(2)坑探工程的觀察、描述坑探工程觀察和描述，是反映坑探工程第一性地質(zhì)資料的主要手段。所以在掘進過程中巖土工程師應認真、仔細地做好此項工作。觀察、描述的內(nèi)容包括：(1)地層巖性的劃分。第四系堆積物的成因、巖性、時代、厚度及空間變化和相互接觸關系；基巖的顏色、成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地層層序以及各層間接觸關系；應特別注意軟弱夾層的巖性、厚度及其泥化情況。(2)巖石的風化特征及其隨深度的變化，作風化殼分帶。

(2)坑探工程的觀察、描述(c)巖層產(chǎn)狀要素及其變化，各種構(gòu)造形態(tài)；注意斷層破碎帶及節(jié)理、裂隙的研究；斷裂的產(chǎn)狀、形態(tài)、力學性質(zhì)；破碎帶的寬度、物質(zhì)成分及其性質(zhì)；節(jié)理裂隙的組數(shù)、產(chǎn)狀、穿切性、延展性、隙寬、間距(頻度)，有必要時作節(jié)理裂隙的素描圖和統(tǒng)計測量。(d)水文地質(zhì)情況。如地下水滲出點位置、涌水點及涌水量大小等。(3)坑探工程展視圖展視圖是坑探工程編錄的主要內(nèi)容，也是坑探工程所需提交的主要成果資料。

展視圖，是沿坑探工程的壁、底面所編制的地質(zhì)斷面圖，按一定的制圖方法將三度空間的圖形展開在平面上。不同類型坑探工程展視圖的編制方法和表示內(nèi)容有所不同，其比例尺應視坑探工程的規(guī)模、形狀及地質(zhì)條件的復雜程度而定，一般采用1∶25-1∶100。（4）坑探工程的一般要求(a)當鉆探方法難以準確查明地下情況時，可采用探井、探槽進行勘探。在壩址、地下工程、大型邊坡等勘察中，當需詳細查明深部巖層性質(zhì)、構(gòu)造特征時，可采用豎井或平硐。(b)探井、探槽完工后可用原土回填，每30cm分層夯實，夯實土干重度不小于15KN/m2，有特殊要求時可用低標號混凝土回填。(c)探井的深度不宜超過地下水位。豎井和平硐的深度、長度、斷面按工程要求確定。

(d)坑探工程的編目應緊隨坑探工程撐子面，在坑控工程支護或支撐工程之前進行。1.勘探工作的布置布置勘探工作總的要求，應是以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質(zhì)資料。為此，作勘探設計時，必須要熟悉勘探區(qū)已取得的地質(zhì)資料，并明確勘探的目的和任務。將每個勘探工程都布置在關鍵地點，且發(fā)揮其綜合效益。在工程地質(zhì)勘察的各個階段中，勘探坑孔的合理布置，坑孔布置方案的設計必須建立在對工程地質(zhì)測繪資料以及區(qū)域地質(zhì)資料充分分析研究的基礎上。第五節(jié)勘探工作的布置和施工順序(1)勘探總體布置形式（a）勘探線按特定方向沿線布置勘探點（等間距、或不等間距），了解沿線工程地質(zhì)條件，繪制工程地質(zhì)剖面圖。用于初勘階段、線形工程勘察、天然建材初查。（b）勘探網(wǎng)勘探網(wǎng)選布在相互交叉的勘探線及其交叉點上，形成網(wǎng)狀。（方格狀、三角狀、弧狀等）用于了解面上的工程地質(zhì)條件，繪制不同方向的剖面圖，場地地質(zhì)結(jié)構(gòu)立體投影圖。適用于基礎工程場地詳勘，天然建材詳查階段。（c）結(jié)合建筑物基礎輪廓一般工程建筑物設計要求，勘探工作按建筑物基礎類型、型式、輪廓布置，并提供剖面及定量指標。樁基——每個單獨基礎有一個鉆孔；筏片、箱基——基礎角點、中心點應有鉆孔；拱壩——按拱形最大外荷載線布置孔勘探工作一定要在工程地質(zhì)測繪基礎上布置?？碧讲贾弥饕Q于勘察階段、建筑物類型和巖土工程勘察等級三個重要因素。還應充分發(fā)揮勘探工作的綜合效益。為搞好勘探工作，巖土工程師應深入現(xiàn)場，并與設計、施工人員密切配合。在勘探過程中，應根據(jù)所了解的條件和問題的變化，及時修改原來的布置方案，以期圓滿地完成勘探任務。（2）勘探坑孔布置原則按工程地質(zhì)條件布置坑孔的基本原則

A、地貌單元及其銜接地段勘探線應垂直地貌單元界限，每個地貌單元應有控制坑孔，二個地貌單元之間過渡地帶應有鉆孔。

B、斷層在上盤布坑孔，在地表垂直斷層走向布置坑探，坑孔應穿過斷層面。

C、滑坡沿滑坡縱橫軸線布孔、井，查明滑動帶數(shù)量、部位、滑體厚度?？涌咨顟┻^滑帶到穩(wěn)定基巖。

D、河谷垂直河流布置勘探線，鉆孔應穿過覆蓋層并深入基巖5m以上，防止誤把漂石當作基巖。

E、查明陡傾地質(zhì)界面，使用斜孔或斜井，相鄰兩孔深度所揭露的地層相互銜接為原則，防止漏層。（3）勘探坑孔間距的確定各類建筑勘探坑孔的間距，是根據(jù)勘察階段和巖土工程勘察等級來確定的。（a）勘察階段。初期間距大，中后期逐漸加密；（b）工程地質(zhì)條件的復雜程度。簡單地段少布，間距放寬，復雜地段、要害部位間距加密；（c）參照有關規(guī)范。《巖土工程勘察規(guī)范》對勘探點間距的規(guī)定：

勘探點宜按建筑物周邊線和角點布置，對無特殊要求的其他建筑物可按建筑物或建筑群的范圍布置；《高層建筑巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定：勘探點間距一般為15～25m，一級高層建筑可取較小值，二級高層建筑可取較大值，為準確查明暗溝、塘、浜等異常帶，勘探點間距還可適當加密。(4)勘探坑孔深度的確定確定勘探坑孔深度的含義包括兩個方面：一是確定坑孔深度的依據(jù)；二是施工時終止坑孔的標志。概括起來說，勘探坑孔深度應根據(jù)建筑物類型、勘察階段、巖土工程勘察等級以及所評價的巖土工程問題等綜合考慮。除上述原則外尚應考慮以下各點

（a）建筑物有效附加應力影響范圍；

（b）與工程建筑物穩(wěn)定性有關的工程地質(zhì)問題的研究的需要；如壩基可能的滑移面深度、滲漏帶底板深度。

（c）工程設計的特殊要求；如確定壩基灌漿處理的深度、樁基深度、持力層深度等。（d）工程地質(zhì)測繪及物探對某種勘探目的層的推斷，在勘探設計中應逐孔確定合理深度，明確終孔標志。對于規(guī)范不應機械執(zhí)行，應結(jié)合實際地質(zhì)條件靈活運用。作勘探設計時，有些建筑物可依據(jù)其設計標高來確定坑孔深度。例如，地下洞室和管道工程，勘探坑孔應穿越洞底設計標高或管道埋設深度以下一定深度。此外，還可依據(jù)工程地質(zhì)測繪或物探資料的推斷確定勘探坑孔的深度。在勘探坑孔施工過程中，應根據(jù)該坑孔的目的任務而決定是否終止，切不能機械地執(zhí)行原設計的深度。例如，為研究巖石風化分帶目的的坑孔，當遇到新鮮基巖時即可終止。

《規(guī)范》對勘探孔深度確定的一些規(guī)定：

當勘探孔的地面標高與預計整平地面標高相差較大時，應按其差值調(diào)整勘探孔深度；

在預定深度內(nèi)遇基巖時，除控制性勘探孔仍應鉆入基巖適當深度外，其他勘探孔達到確認的基巖后即可終止鉆進；

在預定深度內(nèi)有厚度較大，且分布均勻的堅實土層(如碎石土、密實砂、老沉積土等)時，除控制性勘探孔應達到規(guī)定深度外，一般性勘探孔的深度可適當減小；

當預定深度內(nèi)有軟弱土層時，勘探孔深度應適當增加，部分控制性勘探孔應穿透軟弱土層或達到預計控制深度；

對重型工業(yè)建筑應根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和荷載條件適當增加勘探孔深度。

控制性勘探點的深度應適當大于地基壓縮層的計算深度，一般性勘探點的深度應適當大于主要受力層的深度。2.勘探工程的施工順序

勘探工程的合理施工順序，既能提高勘探效率，取得滿意的成果，又節(jié)約勘探工作量。為此，在勘探工程總體布置的基礎上，須重視和研究勘探工程的施工順序問題，即全部勘探工程在空間和時間上的發(fā)展問題。一項建筑工程，尤其是場地地質(zhì)條件復雜的重大工程，需要勘探解決的問題往往較多。由于勘探工程不可能同時全面施工，而必須分批進行。這就應根據(jù)所需查明問題的輕重主次，同時考慮到設備搬遷方便和季節(jié)變化，將勘探坑孔分為幾批，按先后順序施工。先施工的坑孔，必須為后繼坑孔提供進一步地質(zhì)分析所需的資料。在勘探過程中應及時整理資料，并利用這些資料指導和修改后繼坑孔的設計和施工。選定第一批施工的勘探坑孔是具有重要意義。

根據(jù)實踐經(jīng)驗，第一批施工的坑孔應為：對控制場地工程地質(zhì)條件具關鍵作用和對選擇場地有決定意義的坑孔；建筑物重要部位的坑孔；為其他勘察工作提供條件，而施工周期又比較長的坑孔；在主要勘探線上的坑孔?？紤]到洪水的威脅，應在枯水期盡量先施工水上或近水的坑孔。第一批控制坑孔的工程量是比較大的。第六節(jié)采取土樣

取樣是巖土工程勘察中必不可少的、經(jīng)常性的工作。為定量評價巖土工程問題而提供室內(nèi)試驗的樣品，包括巖土樣和水樣。除了在地面工程地質(zhì)測繪調(diào)查和坑探工程中采取試樣外，主要是在鉆孔中采取的。巖土工程師一般很重視巖土物理力學性質(zhì)指標的獲取，致力于各種試驗理論和方法的研究，但對巖土試樣的代表性問題，即試驗成果是否確切表征實際巖土體性狀的問題，則重視不夠。它關系到巖土取樣的問題。

關于試樣的代表性，從取樣角度來說，需考慮取樣的位置、數(shù)量和技術問題。巖土體一般為非均質(zhì)體，其性狀指標是一定空間范圍的隨機變量。因此取樣的位置在一定的單元體內(nèi)應力求在不同方向上均勻分布，以反映趨勢性的變化。

樣本的數(shù)量關系到總體特性指標(包括均值、方差及置信區(qū)間)估計的精確度和可靠度。考慮到取樣的成本，需要從技術和經(jīng)濟兩方面權衡，合理地確定取樣的數(shù)量。根據(jù)勘察設計要求，不同試樣的用途是不一樣的。例如，有的試樣主要用于巖土分類定名；有的主要用于研究其物理力學性質(zhì)。為了保證所取試樣符合試驗要求，必須采用合適的取樣技術。本節(jié)主要討論鉆孔中采取土樣的技術問題，即土樣的質(zhì)量要求、取樣方法、器具以及取樣效果的評價等問題。1.土樣的質(zhì)量等級

土樣的質(zhì)量實質(zhì)上是土樣的擾動問題。土樣擾動表現(xiàn)在原位應力狀態(tài)、含水率、結(jié)構(gòu)和組成成分等方面的變化，它們產(chǎn)生于取樣之前，取樣之中以及取樣之后直至試樣制備的全過程之中。土樣擾動對試驗成果的影響也是多方面的，使之不能確切表征實際的巖土體。從理論上講，除了應力狀態(tài)的變化以及由此引起的卸荷回彈是不可避免的之外，其余的都可以通過適當?shù)娜悠骶吆筒僮鞣椒▉砜朔驕p輕。實際上，完全不擾動的真正原狀土樣是無法取得的。有的學者從實用觀點出發(fā)，提出對不擾動土樣或原狀土樣基本質(zhì)量要求是：

(1)沒有結(jié)構(gòu)擾動。(2)沒有含水率和孔隙比的變化。(3)沒有物理成分和化學成分的改變。由于不同試驗項目對土樣擾動程度有不同的控制要求，因此許多國家的規(guī)范或手冊中都根據(jù)不同的試驗要求來劃分土樣質(zhì)量級別。

《規(guī)范》參照國外的經(jīng)驗，對土樣質(zhì)量級別作了四級劃分，并明確規(guī)定各級土樣能進行的試驗項目。其中Ⅰ、Ⅱ級土樣相當于原狀土樣，但Ⅰ級土樣比Ⅱ級土樣有更高的要求。表中對四級土樣擾動程度的區(qū)分只是定性的和相對的，沒有嚴格的定量標準。目前雖已有多種評價土樣擾動程度的方法，但在實際工程中不大可能去對所取土樣的擾動程度作詳細研究和定量評價，只能對采取某一級別土樣所必須使用的器具和操作方法作出規(guī)定。級別擾動程度試驗內(nèi)容Ⅰ不擾動土類定名、含水率、密度、壓縮變形、抗剪強度Ⅱ輕微擾動土類定名、含水率、密度Ⅲ顯著擾動土類定名、含水率Ⅳ完全擾動土類定名

土樣質(zhì)量等級劃分表

此外，還要考慮土層特點、操作水平和地區(qū)經(jīng)驗，來判斷所取土樣是否達到了預期的質(zhì)量等級。

注：不擾動是指原位應力狀態(tài)雖已改變，但土的結(jié)構(gòu)、密度和含水量變化很小，能滿足室內(nèi)試驗各項要求；除地基基礎設計等級為甲級的工程外，在工程技術要求允許的情況下可用II級土試樣進行強度和固結(jié)試驗，但宜先對土試樣受擾動程度作抽樣鑒定，判別用于試驗的適宜性，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗使用試驗成果。（1）對III、IV類土樣，實際工作中可利用巖心鉆頭或標貫試驗的貫入器進行取樣，而不必用專門的取土器。（2）無粘性土由于沒有粘聚力，取樣過程中易發(fā)生土樣散落，所以從總體上講，無粘性土對取樣器的要求較粘性土高。2.鉆孔取土器及其適用條件

取土器是影響土樣質(zhì)量的重要因素，所以勘察部門都注重取土器的設計、制造。對取土器的基本要求是：盡可能使土樣不受或少受擾動；能順利切入土層中，并取上土樣；結(jié)構(gòu)簡單且使用方便。目前國內(nèi)外鉆孔取土器有貫入式和回轉(zhuǎn)式兩大類，其尺寸、規(guī)格不盡相同。(1)貫入式取土器貫入式取土器取樣時，采用擊入或壓入的方法將取土器貫入土中。這類取土器又可分為敞口取土器和活塞取土器兩類。敞口取土器按取樣管壁厚分厚壁、薄壁和束節(jié)式三種；活塞取土器又有固定活塞、水壓固定活塞、自由活塞等幾種。

(2)回轉(zhuǎn)式取土器

回轉(zhuǎn)式取土器的基本結(jié)構(gòu)與巖心鉆探的雙層巖心管相同，分為單動和雙動兩類。單動三重管取土器和雙動三重管取土器。回轉(zhuǎn)式取土器可采取較堅硬、密實的土類以至軟巖的樣品。單動型取土器適用于軟塑～堅硬狀態(tài)的粘性土和粉土、粉細砂土，土樣質(zhì)量Ⅰ-Ⅱ級。雙動型取土器適用于硬塑～堅硬狀態(tài)的粘性土、中砂、粗砂、礫砂、碎石土及軟巖，土樣質(zhì)量亦為Ⅰ-Ⅱ級。

(3)貫入式取土器基本技術參數(shù)取土器的取土質(zhì)量，首先取決于取樣管的幾何尺寸和形狀。以國內(nèi)主要使用的貫入式取土器來說，有兩種規(guī)格的取樣管。

（a）取樣管直徑(D)考慮到取土器對土樣邊緣的擾動較大，對土樣中心擾動較小，取土器內(nèi)徑應大于室內(nèi)試樣的直徑。目前土試樣的直徑多為50mm或80mm,考慮到邊緣的擾動，相應地宜采用刃口內(nèi)徑(De)為75mm及100mm的取樣管。對于飽和軟粘土、濕陷性黃