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第三章工程地质勘探与取样
本章重点：重点介绍了工程地质勘探的任务、特点和手段，钻探工程，坑探工程，地球物理勘探的工作方法，勘探工作的布置和施工顺序，采取土样。
学习要求：掌握工程地质钻探方法及适用性、工程地质岩芯编录、
取样的技术要求以及勘探工作的布置要求
第一节 概 述
工程地质勘探是在工程地质测绘的基础上，利用各种设备、工具
直接深入地下岩土层，查明地下岩土性质、结构构造、空间分布、地下水条件等内容的勘察工作，是探明深部地质情况的一种可靠的方法。
工程地质勘探的主要方式有钻探工程、坑探工程和地球物理勘探工程（简称物探工程）。
主要任务为：
（1）探明建筑场地的岩性及地质构造，即各地层的厚度、性质及其变化；划分地层并确定其接触关系；了解基岩的风化程度、划分风化带；了解岩层的产状、裂隙发育程度及其随深度的变化；了解褶皱、断裂、破碎带及其它地质构造的空间分布和变化。
（2）探明水文地质条件，即含水层、隔水层的分布、埋藏厚度、性质及地下水位。
（3)探明地貌及物理地质现象，包括河谷阶地、冲洪积扇、坡积层的位置和土层结构；岩溶的规模及发育程度；滑坡及泥石流的分布、范围、特性等。
（4)采取岩土样及水样，提供对岩土特性进行鉴定和各种试验所需的样品。提供野外试验条件。
第二节 物 探 工 程
一、物探工程的分类及应用
物探工程是利用专门的仪器来探测各种地质体物理场的分布情况，并对其数据及绘制的曲线进行分析解释，从而划分地层、判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象的勘探方法，又称为地球物理勘探。
物探工程的特点是：速度快、设备轻便、效率高、成本低。但具有多解性，属于间接的方法。因此，在工程勘察中应与其他勘探工程（钻探和坑探）等直接方法结合使用。
物探工程的主要作用有：
（1）作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界限、界面或异常点（如基岩面、风化带、断层破碎带、岩溶洞穴等）；
（2）作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据；
（3）作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、土对金属的腐蚀性等参数。
物探工程主要解决的问题有：
（1）测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；
（2）追溯断层破碎带和裂隙密集带；
（3）研究岩石的弹性性质，测定岩石的动弹性模量和泊松比；
（4）划分岩体的风化带、测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化。
二、电阻率法在岩土工程勘察中的应用
电阻率法是依靠人工建立直流电场，在地表测量某点垂直方向或水平方向的电阻率变化，从而推断地表下地质体性状的方法。
电阻率法主要可以解决下列地质问题：
(1)确定不同的岩性，进行地层岩性的划分；
(2)探查褶皱构造形态，寻找断层；
(3)探查覆盖层厚度、基岩起伏及风化壳厚度；
(4)探查含水层的分布情况、埋藏深度及厚度，寻找充水断层 及主导充水裂隙方向；
(5)探查岩溶发育情况及滑坡体的分布范围；
(6)寻找古河道的空间位置。
三、地震折射波法在岩土工程勘察中的应用
地震折射波法是通过人工激发的地震波在地壳内传播的特点来探查地质体的一种物探方法。 。
在岩土工程勘察中运用最多的是高频(＜200 Hz～300Hz)地震波浅层折射法，可以研究深度在lOOm以内的地质体。
主要解决下列问题：
(1)测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；
(2)追索断层破碎带和裂隙密集带；
(3)研究岩石的弹性性质，测定岩石的动弹性模量和动泊松比；
(4)划分岩体的风化带，测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化。
四、物探工程的一般要求
1.应用地球物理勘探方法时，应具备下列条件：
（1）被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异；
（2）被探测对象具有一定的埋藏深度和规模，且地球物理异常有足够的强度；
（3）能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号；
（4）在有代表性地段进行方法的有效性试验。
2.地球物理勘探，应根据探测对象的埋深、规模及其与周围介质的物性差异，选择有效的方法。
3.地球物理勘探成果判释时，应考虑其多解性，区分有用信息与干扰信号。需要时应采用多种方法探测，进行综合判释，并应有已知物探参数或一定数量的钻孔验证。
第三节 钻 探 工 程
钻探是指用一定的设备、工具(即钻机)来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔(直径相对较大者又称为钻井)，可取岩芯或不取岩芯来了解地层深部地质情况的过程。
钻探优点：可以在各种环境下进行，一般不受地形、地质条件的限制；能直接观察岩芯和取样，勘探精度较高；能提供进行原位测试和监测工作，最大限度地发挥综合效益；勘探深度大，效率较高。因此，不同类型、结构和规模的建筑物，不同的勘察阶段，不同环境和工程地质条件下，凡是布置勘探工作的地段，一般均需采用此类勘探手段。
钻探的缺点是，耗费人力物力较多、平面资料连续性较差，钻进和取样有时技术难度较大。
一、钻探的目的和作用
工程地质钻探的目的和作用综合起来有如下几个方面：
(1)查明建筑场区的地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层的 性质、厚度、层数、产状和空间分布；
(2)了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况；
(3)探明地层断裂带的位置、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度变化的情况；
(4)查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数；
(5)利用钻孔进行灌浆、压水试验及土力学参数的原位测试；
(6)利用钻孔进行地下水位的长期观测、或对场地进行降水以保证场地岩(土)的相关结构的稳定性(如基坑开挖时降水或处理滑坡等地质问题)。
二、我国岩土工程常用的钻探方法和设备
1．钻探方法及适用性
我国岩土工程勘探常用的钻探方法有冲击钻探、回转钻探、振动钻探和冲洗钻探；按动力来源又将它们分为人力和机械两种。
（1）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。
（2）回转钻进：包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，岩芯钻进为孔底环状钻进，螺旋钻进为孔底全面钻进。
（3）振动钻进：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。
（4）冲洗钻进：无法对土体结构及其他相关特性进行观察鉴别。
2．钻探设备
（1）钻杆：主动钻杆（又称机上钻杆），用于带动钻头向下钻进或连接取样器采取岩土样品或进行原位测试。常用的长度是4.5m或6m，直径为42mm和50mm，钻杆柱的连接方式有内、外丝连接和焊接。
(2）钻头：有硬质合金、钢粒、金刚石三种类型：硬质合金钻头适用于小于Ⅷ级的沉积岩及部分变质岩、岩浆岩；钢粒钻头适用于Ⅶ—Ⅻ级的坚硬地层；金刚石钻头适用于Ⅸ级以上的最坚硬岩层。
金刚石钻进推荐的终孔直径为46mm或59mm；钢粒钻进为不小于91mm；硬质合金钻进常用59mm、76mm和91mm的钻头终孔，但用于煤系地层时应不小于76mm，用于无机盐勘探时应不小于91mm；用于工程地质勘查的终孔直径一般应不小于110mm，用于水井和工程施工的孔径可达300mm～500mm以上。(3）钢管：又称套管、岩芯管。用于保护支撑孔壁变产生变形或坍塌。
下列情况之一者必须下套管：
(1)下孔口管，以保护孔口处岩土层不被冲坏，并将冲洗液导向循环槽，孔口管的另一个重要作用是导正钻孔方向；
(2)加固很难用泥浆护壁的不稳定地层；
(3)隔离漏水层与涌水层；
(4)当设备负荷能力不足或处理孔内异常需要缩小一级孔径，而上覆地层又有坍塌块、缩径危险时。
套管柱的连接方法主要有三种：（1）直接连接，(2)接头连接，(3)接
箍连接。

钻探方法的适用范围 表3-2

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
—
+ +
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+
—
—
—
+ +
—
+ +
振动钻探
+ +
+ +
+ +
+
—
+
+ +
冲洗钻探
+
+ +
+ +
—
—
—
—
注：+ + ：表示适用；+ ：表示部分适用；一 ：表示不适用

3．钻探的基本程序
（1)破碎岩土
（2)采取岩土芯或排除破碎岩土
（3)加固孔壁
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。
三、钻孔地质编录及资料整理
钻孔地质编录工作是岩土工程钻探最基本的工作，在钻进过程中必须认真、细致地做好钻孔地质编录工作，以全面、准确地反映钻探工程的第一手地质资料。《建筑工程地质钻探与取样技术规程》（JGJ87—2012）对钻孔的记录和编录作了明确要求：
(1)野外记录应由经过专门训练的人员承担；记录应真实及时，按钻进回次逐段填写，严禁事后追记；
（2）钻探现场可采用肉眼鉴别和手触的方法，有条件或勘察工作有明确要求时，可采用微型贯入仪等定量化、标准化的方法；
（3）钻探成果可用野外钻孔柱状图或分层记录表示。岩土芯样可根据工程要求保存一定期限或长期保存，亦可拍摄岩芯、土芯彩照纳入勘察成果资料。
钻探野外记录是岩土工程勘察中最基本的原始资料，主要包括以下两个内容：
1．岩土描述
包括地层名称、颜色、分层深度、岩土性质等。岩土的定名应符合现行岩土工程分类标准的规定，描述术语和记录符号均应符合有关规定，鉴定描述以目测、手触方法为主，可辅以部分标准化、定量化的方法或仪器。
2．钻进过程的记录
关于钻进过程的记录包括：
（1）使用钻进方法，钻具名称、规格、护壁方式等；
（2）钻进难易程度，进尺速度，操作手感，钻进参数的变化情况；
（3）孔内情况，应注意缩径、回淤，地下水位或循环液位及其变化等；
（4）取样及原位测试的编号、深度位置、取样工具名称规格，原位测试类型及其结果；
（5）岩芯采取率，岩芯获得率，岩体质量指标(RQD)值等定量指标的确定。
岩芯采取率是指所取岩芯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芯和破碎的碎块、碎屑和碎粉物质。岩芯采取率是衡量岩芯钻探质量的重要指标。
岩芯获得率是指比较完整的岩芯长度与本回次进尺的百分比。它不计入不成形的破碎物质。
考虑到钻探的实际困难，《建筑工程地质钻探与取样技术规程》（JGJ87—2012）要求对完整和较完整岩体不应低于80％，较破碎和破碎岩体岩芯不应低于65％，对需重点查明的部位（滑动带、软弱夹层等）应采用双层岩芯管连续取芯。
3．钻探资料整理：钻探工作结束后，应进行钻孔资料整理。
（1）钻孔柱状图。钻孔柱状图是钻孔观测与编录的图形化，它是钻探工作最主要的成果资料。该图是将钻孔内每一岩土层情况按一定的比例编制成柱状图，并作简明的描述。在图上还应在相应的位置上标明岩芯采取率、冲洗液消耗量、地下水位、岩心风化分带、孔中特殊情况、代表性的岩土物理力学性质指标以及取样深度等。如果孔内作过测井和试验的话，也应将其成果在相应的位置上标出。所以，钻孔柱状图实际上是反映钻探工作的综合成果
(2)钻孔操作现场记录及水文地质日志图。
(3)岩土芯样、素描图及其说明。
4．钻探工程的一般要求
（1）钻探现场编录柱状图应按钻进回次逐项填写，在每一回次中发现变层时应分行填写，不得将若干回次或若干层合并一行记录。现场记录不得誊录转抄，误写之处可以划去，在旁边作更正，不得在原处涂抹修改。
（2）为便于对现场记录检查核对或进一步编录，勘探点应按要求保存岩土芯样。土芯应保存在土芯盒或塑料袋中，每一回次至少保留一块土芯。岩芯应全部存放在芯盒内，顺序排列，统一编号。岩土芯样应保存到钻探工作检查验收为止。必要时应在合同规定的期限内长期保存，也可在检查验收结束后拍摄岩土芯样的彩色照片，纳入勘察成果资料。
（3）钻孔完工后，可根据不同要求选用合适材料进行回填。临近堤防的钻孔应采用干泥球回填，泥球直径以2cm左右为宜。回填时应均匀投放，每回填2m进行一次捣实。对隔水有特殊要求时，可用4:1水泥、膨润土浆液通过泥浆泵由孔底逐渐向上灌注回填。

第四节 坑探工程
一、坑探工程的目的和作用
坑探工程也称掘进工程、井巷工程，它是用人工或机械的方法在地下开凿挖掘一定的空间，以便直接观察岩土层的天然状态及各地层之间的接触关系等地质结构，并能取出接近实际的原状结构的岩土样或进行现场原位测试。
其特点是：勘察人员能直接观察到地质结构，准确可靠，且便于素描；可不受限制地从中采取原状岩土样和用作大型原位测试。尤其对研究断层破碎带、软弱泥化夹层和滑动面(带)等的空间分布特点及其工程性质等，具有重要意义。
坑探工程的缺点是：使用时往往受到自然地质条件的限制，耗费资金大而勘探周期长；尤其是重型坑探工程不可轻易采用。
二、坑探工程的类型和适用条件
岩土工程勘探中常用的坑探工程有：探槽、试坑、浅井、竖井(斜井)、平硐和石门(平巷)。其中前三种为轻型坑探工程，后三种为重型坑探工程。
现将不同坑探工程的特点和适用条件列于表3—3中
各种坑探工程的特点和适用条件 表3—3
名称
特 点
适 用 条 件
探槽
在地表深度小于3m～的长条形槽子
剥除地表覆土，揭露基岩，划分地层岩性，研究断层破碎带；探查残坡积层的厚度和物质、结构
试坑
从地表向下，铅直的、深度小于3m～的圆形或方形小坑
局部剥除覆土，揭露基岩；作载荷试验、渗水试验，取原状土样
浅井
从地表向下，铅直的、深度5m～的圆形或方形井
确定覆盖层及风化层的岩性及厚度；作载荷试验，取原状土样
竖井
(斜井)
形状与浅井相同，但深度大于，有时需支护
了解覆盖层的厚度和性质，作风化壳分带、软弱夹层分布、断层破碎带及岩溶发育情况、滑坡体结构及滑动面等；布置在地形较平缓、岩层又较缓倾的地段
平硐
在地面有出口的水平坑道，深度较大，有时需支护
调查斜坡地质结构，查明河谷地段的地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层等；作原位岩体力学试验及地应力量测，取样；布置在地形较陡的山坡地段
石门
(平巷)
不出露地面而与竖井相连的水平坑道，石门垂直岩层走向，平巷平行
了解河底地质结构，作试验等
三、坑探工程设计书的编制
在岩土工程勘探总体布置的基础上编制的，其内容主要包括：
1.坑探工程的目的、型号和编号；
2.坑探工程附近的地形、地质概况；
3.掘进深度及其论证；
4.施工条件：岩石及其硬度等级，掘进的难易程度，采用的掘进机械与掘进方法；地下水位，可能的涌水情况，应采取的排水措施；是否需要支护及支护材料、结构等。
5.岩土工程要求：掘进过程中的编录要求及应解决的地质问题；对坑壁、底、顶板的掘进方法的要求；取样的地点、数量、规格和要求等；岩土试验的项目、组数、位置及掘进时应注意的问题；应提交的成果、资料及要求
6.施工组织、进度、经费及人员安排。
四、坑探工程的观察、描述、编录
1．坑探工程的观察、描述
坑探工程观察和描述，是反映坑探工程第一手地质资料的主要手段。所以在掘进过程中应认真、仔细地做好此项工作。
观察、描述的内容包括：
(1)量测探井、探槽、竖井、斜井、平硐的断面形态尺寸和掘进深度；
(2)地层岩性的划分与描述。注意划分第四系堆积物的成因、岩性、时代、厚度及空间变化和相互接触关系；基岩的颜色、成分、结构构造、地层层序以及各层间接触关系；应特别注意软弱夹层的岩性、厚度及其泥化情况。
(3)岩石的风化特征及其随深度的变化，风化壳分带；
(4)岩层产状要素及其变化，各种构造形态；注意断层破碎带及节理、裂隙的发育；断裂的产状、形态、力学性质；破碎带的宽度、物质成分及其性质；节理裂隙的组数、产状穿切性、延展性、隙宽、间距(频度)，有必要时作节理裂隙的素描图和统计测量；
(5)测量点、取样点、试验点的位置、编号及数据；
(6)水文地质情况。如地下水渗出点位置、涌水点及涌水量大小等。
2．坑探工程展视图
展视图是坑探工程编录的主要内容，也是坑探工程所需提交的主要成果资料。所谓展视图，就是沿坑探工程的壁、底面所编制的地质断面图，按一定的制图方法将三度空间的图形展开在平面上。
不同类型坑探工程展视图的编制方法和表示内容有所不同，其比例尺应视坑探工程的规模、形状及地质条件的复杂程度而定，一般采用l：25～1：100。
(1)探槽展示图。
探槽在追踪地裂缝、断层破碎带等地质界线的空间分布及查明剖面组合特征时使用很广泛。因此在绘制探槽展示图之前，确定探槽中心线方向及其各段变化，测量水平延伸长度、槽底坡度、绘制四壁地质素描显得尤为重要。
探槽展示图有以坡度展开法绘制的展示图和以平行展开法绘制的两种展示图。其中平行展示法使用广泛，更适用于坡度直立的探槽。
（2)浅井和竖井的展示图。
浅井和竖井的展示图有两种。一种是四壁辐射展开法，另一种是四壁平行展开法。四壁平行展开法使用较多，它避免了四壁辐射展开法因井较深存在的不足。图3—5为采用四壁平行展开法绘制的探井展示图，图中浅井和竖井四壁的地层岩性、结构构造特征很直观地表示了出来。
(3)平硐展示图
平硐展示图绘制从硐口开始，到掌子面结束。
具体绘制方法是：按实测数据先画出硐底的中线，然后，依次绘制硐底—硐两侧壁—硐顶—掌子面，最后按底、壁、顶和掌子面对应的地层岩性和地质构造填充岩性图例与地质界线，并应绘制硐底高程变化线，以便于分析和应用。
3．坑探工程的一般要求
(1)当钻探方法难以准确查明地下情况时，可采用探井、探槽进行勘探。在坝址、地下工程、大型边坡等勘察中，当需详细查明深部岩层性质、构造特征时，可采用竖井或平硐。
(2)探井的深度不宜超过地下水位。竖井和平硐的深度、长度、断面按工程要求确定
(3)对探井、探槽和探硐除文字描述记录外，尚应以剖面图、展示图等反映井、槽、硐壁和底部的岩性、地层分界、构造特征、取样和原位试验位置、并辅以代表性部位的彩色照片。
(4)坑探工程的编录应紧随坑探工程掌子面，在坑探工程支护或支撑之前进行。编录时，应于现场做好编录记录和绘制完成编录展示草图。
(5)探井、探槽完工后可用原土回填，每30cm分层夯实，夯实土干重度不小于15kN/m3。有特殊要求时可采用低标号混凝土回填。
第五节 采取土样
通过采取土样，进行土类鉴别，测定岩土的物理力学性质指标，为定量评价岩土工程问题提供技术指标。
通过采取土样，进行土类鉴别，测定岩土的物理力学性质指标，为定量评价岩土工程问题提供技术指标。
一、土样质量等级
土样的质量实质上是土样的扰动问题。
土样扰动表现在土的原始应力状态、含水量、结构和组成成分等方面的变化，它们产生于取样之前，取样之中以及取样之后直至试样制备的全过程之中。实际上，完全不扰动的真正原状土样是无法取得的。
不扰动土样或原状土样的基本质量要求是：
(1)没有结构扰动。
(2)没有含水量和孔隙比的变化。
(3)没有物理成分和化学成分的改变。
根据试验目的，《规范》把土试样的质量分为四个等级(表3—4)，并明确规定各级土样能进行的试验项目。
土试样质量等级 表3—4
等级
扰动程度
试验内容
I
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
不扰动
轻微扰动
显著扰动
完全扰动
土类定名、含水量、密度、强度试验、固结试验
土类定名、含水量、密度
土类定名、含水量
土类定名
注 ：①不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求；
②除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用Ⅱ级土试样进行强度和固结试验，但宜先对土试样受扰动程度作抽样鉴定，判别用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。
二、钻孔取土器类型及适用条件
主要有两种方法：一是从探井、探槽中直接刻取样；二是用钻孔取土器从钻孔中采取。目前各种岩土样品的采取主要是采用第二种方法，即用钻孔取土器采样的方法。
一）取土器的基本技术参数
按壁厚可分薄壁和后壁两类，按进入土层的方式可分贯入式和回转式两类。
注 ：①不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求；
②除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用Ⅱ级土试样进行强度和固结试验，但宜先对土试样受扰动程度作抽样鉴定，判别用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。
二、钻孔取土器类型及适用条件
主要有两种方法：一是从探井、探槽中直接刻取样；二是用钻孔取土器从钻孔中采取。目前各种岩土样品的采取主要是采用第二种方法，即用钻孔取土器采样的方法。
（一）取土器的基本技术参数
按壁厚可分薄壁和后壁两类，按进入土层的方式可分贯入式和回转式两类。
不同质量等级土试样的取样方法和工具 表3—5
土试样
质量等级
取样工具和方法
适 用 土 类
粘 性 土
粉土
砂 土
砾砂、碎石
土、软岩
流塑
软塑
可塑
硬塑
坚
硬
粉砂
细砂
中砂
粗砂

Ⅰ
薄壁取土器
固定活塞
+ +
+ +
+
—
—
+
+
—
—
—
—
水压固
定活塞
+ +
+ +
+
—
—
+
+
—
—
—
—
自由活塞
—
+
+ +
—
—
+
+
—
—
—
—
敞口
+
+
+
—
—
+
+
—
—
—
—
回转取土器
单动三
重管
—
+
+ +
+ +
+
+ +
+ +
+ +
—
—
—
双动三
重管
—
—
—
+
+ +
—
—
—
+ +
+ +
+
探井(槽)中
刻取块状土样
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +

Ⅱ
薄壁取土器
水压固
定活塞
+ +
+ +
+
—
—
+
+
—
—
—
—
自由活塞
+
+ +
+ +
—
—
+
+
—
—
—
—
敞口
+ +
+ +
+ +
—
—
+
+
—
—
—
—
回转取土器
单动
三重管
—
+
+ +
+ +
+
+ +
+ +
+ +
—
—
—
双动三
重管
—
—
—
+
+ +
—
—
—
+ +
+ +
+ +
厚壁敞口取土器
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+
+
+
+
+
—
Ⅲ
厚壁敞口取土器
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
—
标准贯入器
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
—
螺纹钻头
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
—
—
—
—
—
岩芯钻头
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
+
+
+
+
Ⅳ
标准贯入器
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
—
螺纹钻头
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
—
—
—
—
—
岩芯钻头
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +

注：①+ +：适用；+: 部分适用； -: 不适用；②采取砂土试样应有防止试样失落的补充措施；③有经验时，可采用束节式取土器代替薄壁取土器。

贯入式取土器的技术参数 表3-6
取土器参数
厚壁取土器
薄壁取土器
束节式
取土器
黄土
取土器
敞口自
由活塞
水压固定活塞
固定
活塞
面积比
13～20
≤10
10～13
管靴薄壁段，同薄壁取土器，长度不小于内径3倍
15
内间隙
0.5～1.5
0
0.5～1.0
1.5
外间隙比
0～2.0
0
1.0
刃口角度α (°)
<10
5～10
10
长度L(mm)
400，550
对砂土：(5～10)De
对粘性土：(10～15)De

外径Dt(mm)
75～89，108
75，100
50，75，100
127
衬 管
整圆或半合管，塑料、酚醛层压纸或镀锌铁皮制成
无衬管，束节式
取土器衬管同左
塑料、酚醛层压纸或用环刀
塑料、酚
醛层压纸
注：①取样管及衬管内壁必须光滑圆整； ②在特殊情况下取土器的直径可增大至150mm～250mm； ③表中符号：De-取土器刃口内径； Ds-取样管内径,加衬管时为衬管内径； Dt-取样管外径； Dw-取土器管靴外径，对薄壁管Dw=Dt。

回转型取土器的技术参数 表3-7
取土器类型
外径(mm)
土样直径 (mm)
长度(mm)
内管超前
说 明
双重管(加
内衬管即
为三重管)
单动
102
71
1500
固 定
直径规格可视
材料规格稍作
变动，单土样
直径不得小于
140
104
可 调
双动
102
71
1500
固 定
140
104
可 调
（二）贯入式取土器的类型
贯入式取土器可分为敞口取土器和活塞取土器两大类型。敞口取土器按管壁厚度分为厚壁和薄壁两种，活塞取土器则分为固定活塞、水压固定活塞、自由活塞等几种。
1．敞口取土器
优点是结构简单，取样操作方便；缺点是不易控制土样质量，土样易于脱落。
在取样管内加装内衬管的取土器称为复壁敞口取土器(见图3-8)，其外管多采用半合管，易于卸出衬管和土样。其下接厚壁管靴，能应用于软硬变化范围很大的多种土类。由于壁厚，面积比Ca可达30％—40％，对土样扰动大，只能取得II级以下的土样。薄壁取土器只用一薄壁无缝管作取样管，面积比Ca降低至10％以下，可作为采取I级土样的取土器。薄壁取土器只能用于软土或较疏松的土取样。土质过硬，取土器易于受损。薄壁取土器内不可能设衬管，一般是将取样管与土样一同封装送到实验室。
2．活塞取土器
活塞取土器有以下几种：
(1)固定活塞取土器。在敞口薄壁取土器内增加一个活塞以及一套与之相连接的活塞杆，活塞杆可通过取土器的头部并经由钻杆的中空延伸至地面。下放取土器时，活塞处于取样管刃口端部，活塞杆与钻杆同步下放，到达取样位置后，固定活塞杆与活塞，通过钻杆压入取样管进行取样。固定活塞薄壁取土器是目前国际公认的高质量的取土器，但因需要两套杆件，操作比较复杂。
(2)水压固定活塞取土器。其特点是去掉了活塞杆，将活塞连接在钻杆底端，取样管则与另一套在活塞缸内的可动活塞联结，取样时通过钻杆施加水压，驱动活塞缸内的可动活塞，将取样管压入土中，其取样效果与固定活塞式相同，操作较为简单，但结构仍较复杂。
(3)自由活塞取土器。自由活塞取土器与固定活塞取土器的不同之处在于活塞杆不延伸至地面，而只穿过上接头，用弹簧锥卡予以控制，取样时依靠土试样将活塞顶起，操作较为简便。但土试样上顶活塞时易受扰动，取样质量不及以上两种取土器。
(二)回转式取土器
贯入式取土器一般只适用于软土及部分可塑状土，对于坚硬、密实的土类则不适用，对于这些土类，必须改用回转式取土器。
回转取土器主要有两种类型：
1．单动二重(三重)管取土器
取样时外管旋转，而内管保持不动，故称单动，内管容纳土样并保护土样不受循环液的冲蚀。
2．双动二重(三重)管取土器
适用于硬粘土、密实的砂砾石土以及软岩。内管回转虽然会产生较大的扰动影响，但对于坚硬密实的土层，这种扰动影响不大三、原状土样的采取方法
(一)钻孔中采取原状试样的方法
1．击入法
按锤击次数分为轻锤多击法和重锤少击法；按锤击位置又分为上击法和下击法。就取样质量，重锤少击法优于轻锤多击法，下击法优于上击法。
2．压入法
分为慢速压入和快速压入两种：
(1)慢速压入法：对土试样有一定程度的扰动。
(2)快速压入法：对土试样的扰动程度最小。目前普遍使用以下两种：
3．回转法：减少取样时对土试样的扰动，从而提高取样质量。
(二)探井、探槽中采取原状试样方法
探井、探槽中采取原状试样可采用两种方式，一种是锤击敞口取土器取样，另一种是人工刻切块状土样。
人工采用块状土试样一般应注意以下几点：
(1)避免对取样土层的人为扰动破坏，开挖至接近预计取样深度时，应留下20cm～30cm厚的保护层，待取样时再细心铲除；
(2)防止地面水渗入，井底水应及时抽走，以免浸泡；
(3)防止暴晒导致水分蒸发，坑底暴露时间不能太长，否则会风干；
(4)尽量缩短切削土样的时间，及早封装。
块状土试样可以切成圆柱状和方块状。将装配式的方形土样容器放在预计取样位置，边修切、边压入，而取得高质量的土试样。
四、钻孔取样操作要求
土样质量不仅取决于取土器具，还取决于取样全过程的各项操作是否恰当。
(一)钻进要求
钻进时应力求不扰动或少扰动预计取样处的土层。
(1)使用合适的钻具与钻进方法。一般应采用较平稳的回转式钻进。若采用冲击、振动、水冲等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。在地下水位以上一般应采用干钻方式。
(2)在软土、砂土中宜用泥浆护壁。若使用套管护壁，应注意旋人套管时管靴对土层的扰动，且套管底部应限制在预计取样深度以上大于3倍孔径的距离。
(3)应注意保持钻孔内的水头等于或稍高于地下水位，以避免产生孔底管涌，在饱和粉、细砂土中尤应注意。
(二)取样要求
《规范》规定：在钻孔中采取I级～Ⅱ级砂样时，可采用原状取砂器。
在钻孔中采取I及～Ⅱ级土试样时，应满足下列要求：
(1)在软土、砂土中宜采用泥浆护壁；如使用套管，应保持管内水位等于或稍高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径的距离；
(2)采用冲洗、冲击、振动等方式钻进时，应在预计取样位置lm以上改用回转钻进；
(3)下放取土器前应仔细清孔，清除扰动土，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度(活塞取土器除外)；
(4)采取土试样宜用快速静力连续压入法；
(5)具体操作方法应按现行标准《原状土取样技术标准》（JGJ89）执行。
三）土试样封装、贮存和运输
对于I级～Ⅲ级土试样的封装、贮存和运输，应符合下列要求：
(1)取出土试样应及时妥善密封，以防止湿度变化，严防暴晒或冰冻；
(2)土试样运输前应妥善装箱、填塞缓冲材料，运输过程中避免颠簸。对于易振动液化、灵敏度高的试样宜就近进行试验。
(3)土样从取样之日起至开始试验前的贮存的时间不应超过3周。
第六节 勘探工程的布置
一、勘探工程的布置
勘探工程布置总的要求，以尽可能少的工作量取得尽可能多的地质资料。在勘探设计之前，应明确各项勘察工作执行的规范标准，除了应遵守各项国家的有关规范校外，还应遵守地方及行业的有关规范标准，特别是国家的强制性规范标准，并应符合规范的具体要求。作勘探设计时，要熟悉勘探区已取得的地质资料，明确有关规范标准及勘探的目的和任务。将每一个勘探工程都布置在关键地点，且发挥其综合效益。
(一)勘探工程布置的一般原则
布置勘探工作时，应遵循以下原则：
(1)勘探工作应在工程地质测绘基础上进行。通过工程地质测绘，对地下地质情况有一定的判断后，才能明确通过勘探工作需要进一步解决哪些地质问题。
(2)无论是勘探的总体布置还是单个勘探点的设计，都要考虑综合利用。
(3)勘探布置应与勘察阶段相适应。不同的勘察阶段，勘探的总体布置、勘探点的密度和深度、勘探手段、方法的选择及要求等，均有所不同。
一般地说，勘探点距、线距由稀到密；勘探深度由浅到深；勘探布置的依据，由以工程地质条件为主过渡到以建筑物的轮廓为主。
(4)勘探工作布置应根据建筑物的类型和规模进行。不同类型的建筑物，其总体轮廓、荷载作用的特点以及可能产生的岩土工程问题不同，勘探布置亦应有所区别。
道路、隧道、管线等线型工程，多采用勘探线的形式，且沿线隔一定距离布置一垂直于它的勘探剖面。
房屋建筑与构筑物应按基础轮廓布置勘探工程，常呈方形、长方形、工字形或丁字形；具体布置勘探工程时又因不同的基础型式而异。
桥基则采用由勘探线渐变为以单个桥墩进行布置的梅花形型式。
建筑物规模愈大、愈重要，勘探点(线)的数量愈多，密度愈大。而同一建筑物的不同部位重要性有所差别，布置勘探工作时应分别对待。
(5)勘探布置应考虑地质、地貌、水文地质等条件。一般勘探线应沿着地质条件等变化最大的方向相互垂直布置。勘探点的密度应视工程地质条件的复杂程度而定，而不是平均分布。为了对场地工程地质条件起到控制作用，还应布置一定数量的基准坑孔(即控制性勘探坑孔)，其深度较一般性坑孔要大些。
(6)在勘探线、网中的各勘探点，应视具体条件选择不同的勘探手段，以便互相配合，取长补短，有机地联系起来。
总之，勘探布置主要取决于勘察阶段、建筑物类型和岩土工程勘察等级三个重要因素。在勘探过程中，应根据所了解的条件和问题的变化，及时修改原来的布置方案，以期圆满地完成勘探任务。
(二)勘探坑孔间距的确定
各类建筑勘探坑孔的间距，是根据勘察阶段和岩土工程勘察等级来确定的。
不同的勘察阶段，其勘察的要求和岩土工程评价的内容不同，因而勘探坑孔的间距也各异。
初期勘察阶段的主要任务是为选址和进行可行性研究，对拟选场址的稳定性和适宜性做出岩土工程评价，进行技术经济论证和方案比较，满足确定场地方案的要求。由于有若干个建筑场址的比较方案，勘察范围大，因此勘探坑孔稀少，其间距较大。
当进入到详细、施工勘察阶段，要对场地内建筑地段的稳定性做出岩土工程评价，确定建筑总平面布置，进而对地基基础设计、地基处理和不良地质现象的防治进行计算与评价，以满足施工设计的要求。此时勘察范围缩小而勘探坑孔增多，因而勘探坑孔间距较小。
不同的岩土工程勘察等级，表明了建筑物的规模和重要性以及场地工程地质条件的复杂程度。在同一勘察阶段内，属甲级勘察等级者，因建筑物规模大而重要或场地工程地质复杂，勘探坑孔间距较小，勘探孔深度大。而乙、丙级勘察等级的勘探坑孔间距相对较大，勘探孔深度小。
在《规范》中，明确规定了各类建筑在不同勘察阶段和岩土工程勘察等级的勘探线、点间距，以指导勘探工程的布置。在实际工作中，应在满足《规范》要求的基础上，根据具体情况合理地确定勘探工程的间距，决不能机械照搬。
(三)勘