工程地質(zhì)勘探

包括工程地球物理勘探、鉆探和坑探工程等內(nèi)容。

①工程地球物理勘探。簡稱工程物探，其目的是利用專門儀器，測定各類巖、土體或地質(zhì)體的密度、導(dǎo)電性、彈性、磁性、放射性等物理性質(zhì)的差別，通過分析解釋判斷地面下的工程地質(zhì)條件。它是在測繪工作的基礎(chǔ)上探測地下工程地質(zhì)條件的一種間接勘探方法。按工作條件分為地面物探和井下物探（測井）；按被探測的物理性質(zhì)可分為電法、地震、聲波、重力、磁法、放射性等方法。工程地質(zhì)勘察中常用的地面物探為電法中的視電阻率法，地震勘探中的淺層折射法，聲波勘探等；測井則多采用綜合測井。

物探的優(yōu)點(diǎn)在于能經(jīng)濟(jì)而迅速地探測較大范圍，且通過不同方向的多個(gè)剖面獲得的資料是三維的。以這些資料為基礎(chǔ)，在控制點(diǎn)和異常點(diǎn)上布置勘探、試驗(yàn)工作，既可減少盲目性，又可提高精度。測井則可增補(bǔ)鉆探工作所得資料并提高其質(zhì)量。開展多種方法綜合物探，根據(jù)綜合成果進(jìn)行對比分析，可以顯著提高地質(zhì)解釋的質(zhì)量，擴(kuò)大物探解決問題的范圍，縮短工程地質(zhì)勘探周期并降低其成本。由于物探需要間接解釋，所以只有地質(zhì)體之間的物理狀態(tài)（如破碎程度、含水率、喀斯特化程度）或某種物理性質(zhì)有顯著差異，才能取得良好效果。

②鉆探和坑探。采用鉆探機(jī)械鉆進(jìn)或礦山掘進(jìn)法，直接揭露建筑物布置范圍和影響深度內(nèi)的工程地質(zhì)條件，為工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的工程地質(zhì)剖面的勘察方法。其任務(wù)是：查明建筑物影響范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，了解巖層的完整性或破壞情況，為建筑物探尋良好的持力層（承受建筑物附加荷載的主要部分的巖土層）和查明對建筑物穩(wěn)定性有不利影響的巖體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)面（如軟弱夾層、斷層與裂隙）;揭露地下水并觀測其動(dòng)態(tài);采取試驗(yàn)用的巖土試樣；為現(xiàn)場測試或長期觀測提供鉆孔或坑道。

鉆探比坑探工效高，受地面水、地下水及探測深度的影響較小，故廣為采用。但不易取得軟弱夾層巖心和河床卵礫石層樣品，鉆孔也不能用來進(jìn)行大型現(xiàn)場試驗(yàn)。因此,有時(shí)需采用大孔徑鉆探技術(shù),或在鉆孔中運(yùn)用鉆孔攝影，孔內(nèi)電視或采用綜合物探測井以彌補(bǔ)其不足。但在關(guān)鍵部位還需采用便于直接觀察和測試目的層的平洞、斜井、豎井等坑探工程。

鉆探和坑探的工作成本高，故應(yīng)在工程地質(zhì)測繪和物探工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同工程地質(zhì)勘探階段需要查明的問題，合理設(shè)計(jì)洞、坑、孔的數(shù)量、位置、深度、方向和結(jié)構(gòu)，以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質(zhì)資料，并保證必要的精度。

鉆探過程和鉆進(jìn)方法

根據(jù)自然條件的復(fù)雜性以及工程要求選擇鉆探設(shè)備和鉆進(jìn)方法。鉆機(jī)一般分為回轉(zhuǎn)式和沖擊式兩種。

回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)是利用鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)器帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，磨消孔底地層而鉆進(jìn)，通常使用管狀鉆具，能取柱狀巖芯樣品。

沖擊式鉆機(jī)則利用卷揚(yáng)機(jī)借鋼絲繩帶動(dòng)有一定重量的鉆具上下反復(fù)沖擊，使鉆頭擊碎孔底地層而形成鉆孔后用抽筒提取巖石碎塊或擾動(dòng)土樣。針對不同的巖石及地層條件，可選取不同的鉆進(jìn)方式、鉆機(jī)與鉆具。

工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式，將鉆進(jìn)的方法分為以下四種：

沖擊鉆進(jìn)

沖擊鉆進(jìn)法采用底部圓環(huán)狀鉆頭。鉆進(jìn)時(shí)將鉆具提升到一定高度，利用鉆具自重，迅猛放落，鉆具在下落時(shí)產(chǎn)生沖擊動(dòng)能，沖擊孔底巖土層，使巖土層達(dá)到破碎之目的而加深鉆孔。

回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中施加鉆壓，使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切入巖土層，達(dá)到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進(jìn)，有時(shí)為有效地完整地揭露標(biāo)準(zhǔn)地層，還可以采用勺形鉆鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。

沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)綜合了前兩種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。其工作原理是：在鉆進(jìn)過程中，鉆頭克取巖石時(shí)，施加一定的動(dòng)力，對巖石產(chǎn)生沖擊作用，使巖石的破碎速度加快，破壞粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時(shí)由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻入巖石深度增加，在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大提高了鉆進(jìn)的效率。

沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)

沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)綜合了前三種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。采用機(jī)械動(dòng)力所產(chǎn)生的振動(dòng)力，通過連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周圍土中。由于震動(dòng)器高速振動(dòng)的結(jié)果，圓筒鉆頭依靠鉆具和振動(dòng)器的重量使得土層更容易被切削鉆進(jìn)，切鉆進(jìn)速度較快。

造成土試樣擾動(dòng)有三個(gè)原因：

一是外界條件引起的土試樣的擾動(dòng)，如鉆進(jìn)工藝、鉆具選用、鉆壓、鉆速、取土方法選擇等。若在選用上不夠合理時(shí)，都能造成其土質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)被破壞。

二是采樣過程造成的土體中應(yīng)力條件發(fā)生了改變，引起圖樣內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)間的相對位置位移和組織結(jié)構(gòu)的變化，甚至出現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)間的原由粘聚力的破壞。

三是采取土樣時(shí)，需用取土器采取。但不論采用何種取土器，它都有一定的壁厚、長度和面積。當(dāng)切如土層時(shí)，會使土樣產(chǎn)生一定的壓縮變形。壁愈厚所排開土體愈多，其變形量愈大，這就造成土樣更大的擾動(dòng)。

從上述可見，所謂原狀土試樣實(shí)際上都不可避免地遭到了不同程度的擾動(dòng)。為此，在采取土試樣過程中，應(yīng)力求減小對試樣的擾動(dòng)，要盡力排除各種可能增大擾動(dòng)量的因素。

按照取樣方法和試驗(yàn)?zāi)康?，巖土工程勘察規(guī)范對土試樣的擾動(dòng)程度分成如下的質(zhì)量等級：

一級—不擾動(dòng)，可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目有：土類定義、含水量、密度、強(qiáng)度系數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密系數(shù)。

二級—輕微擾動(dòng)，可進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目有：土類定義、含水量、密度。

三級—顯著擾動(dòng)，可進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目有：土類定義、含水量。

四級—完全擾動(dòng)，可進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目有：土類定義。

在鉆孔取樣時(shí)，采用薄壁取土器所采得的土樣定為一～二級；

對于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土樣定為二～三級；

對于采用標(biāo)準(zhǔn)貫入器、螺紋鉆頭或巖芯鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖的試樣皆定義為三～四級。

從上可見，為取得一級質(zhì)量的土試樣，普遍采用薄壁取土器來采取，以滿足土工試驗(yàn)全部的物理力學(xué)參數(shù)的正確獲得。