第三章 勘探与取样第一节 岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘察是在地壳表层某一深度范围内进行的，因 此须查明这一深度范围内岩土体的空间分布情况及其工程性 质以及地下水等条件。上一章所论述的工程地质测绘，主要是调查建筑场地工 程地质条件的地表特征，推断地下的情况。确切查明地下地质情况的基本方法是勘探工作。下面分 别就岩土工程勘探的任务、特点和手段三方面进行讨论。 一、岩土工程勘探的内容岩土工程勘探的内容，主要有以下各项： （1）详细研究建筑场地或建筑地段的岩土体和地质构造。研究各地层的岩性特征、厚度及其横向变化，按岩性详细划 分地层，尤其须注意软弱岩层的岩性及其空间分布情况；确定天然状态下各岩土层的结构和性质；基岩的风化深度和不同风化程度的岩石性质，划分风化带；研究岩层的产状；断层破碎带的位置、宽度和性质；节理、裂隙发育程度及随深度的变化，作裂隙定量指标的统 计。 （2）研究水文地质条件。了解岩土的含水性，查明含水层、透水层和隔水层的分布、 厚度、性质及其变化；各含水层地下水的水位(水头)、水量和水质；借助水文地质试验和监测，以了解岩土的透水性和地下水动 态变化。（3）研究地貌和不良地质现象。查明各种地貌形态，如河谷阶地、洪积扇、斜坡等的位置、 规模和结构；研究各种不良地质现象，如滑坡的范围、滑动面位置和形态 、滑体的物质和结构；岩溶的分布、发育深度、形态及充填情况等。 （4）取样及提供野外试验条件。从勘探工程中采取岩土样和水样，供室内岩土试验和水质分 析鉴定用；在勘探工程中可作各种原位测试，如标准贯入试验、波速测 试、岩体地应力量测（还有剪切试验、载荷试验）等岩土物 理力学性质试验，水文地质试验以及岩土体加固与改良的 试验等。（5）提供检验与监测的条件。利用勘探工程布置岩土体性状、地下水和不良地质现象的监 测 、地基加固与改良和桩基础的检验与监测。 （6）其他。如进行孔中摄影及孔中电视，喷锚支护灌浆处理钻孔，基坑施 工降水钻孔，灌注桩钻孔，施工廊道和导坑等。 二、岩土工程勘探的对象及技术要求 (1)勘探范围通常限定于地表以下较浅的深度范围内。 （取决于场地评价和工程影响所涉及的空间，除了深埋隧道和 为了解专门地质问题而进行的勘探外。） (2)除了深入岩体的地下工程和某些特殊工程外，大多数工程 都坐落于第四系土层或基岩风化壳上。例如，应按土体的成分、结构和工程性质详细划分土层，尤 其是软弱土层需给予特别的注意。风化岩体要根据其风化特性 进行风化壳垂直分带。(3)为了准确查明岩土的物理力学性质，在勘探过程中必 须注意保持岩土的天然结构和天然湿度，尽量减少人为的扰动 破坏。为此需要采用一些特殊的勘探技术。 (4)为了实现地质、水文地质、岩土工程性质的综合研究， 以及与现场试验、监测等紧密结合，要求岩土工程勘探对勘探 工程的结构、布置和施工顺序也有一定的要求。 三、岩土工程勘探的手段 岩土工程勘探常用的手段有钻探工程、坑探工程及地球物 理勘探三类。钻探和坑探工程是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地 质情况。由于它对一些重要的地质体或地质现象有时可能会误 判、遗漏，所以也称它为“半直接”勘探手段。坑探工程是勘 探人员可以在其中观察编录，以掌握地质结构的细节；但是重 型坑探工程耗资高，勘探周期长，使用时应具经济观点。地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段，它可以 简便而迅速地探测地下地质情况，但其勘探成果具多解性，使 用时往往受到一些条件的局限。考虑到三类勘探手段的特点，布置勘探工作时应综合使用 ，互为补充。 可行性研究勘察阶段的任务，是对拟建场地的稳定性和适 宜性作出评价，主要进行工程地质测绘，勘探往往是配合测绘 工作而开展的，而且较多地使用物探手段，钻探和坑探主要用 来验证物探成果和取得基准剖面。初步勘察阶段应对建筑地段的稳定性作出岩土工程评价， 勘探工作比重较大，以钻探工程为主，并利用勘探工程取样， 作原位测试和监测。在详细勘察阶段，须提出详细的岩土工程资料和设计所需 的岩土技术参数，并应对基础设计、地基处理以及不良地质现 象的防治等具体方案作出论证和建议，以满足施工图设计的要 求。因此须进行直接勘探，与其配合还应进行大量的原位测试 工作。各类工程勘探坑孔的密度和深度都有详细严格的规定。在 复杂地质条件下或特殊的岩土工程(或地区)，还应布置重型坑 探工程。此阶段的物探工作主要为测井，以便沿勘探井孔研究 地质剖面和地下水分布等。 四、勘探工作量的合理使用根据水电工程地质勘察统计资料，已建工程的勘探工作量 与下列因素有关：1、工程建筑物的规模、尺寸、地质复杂程度；2、工程地质问题的研究深度；3、规划设计方案的变化；4、管理体制和目的性方面的缺陷，盲目追求工作量；5、规划设计单位的变更。水电工程中勘探工作量的指标：勘探指数=勘探工程进尺/ （坝长坝高）统计表明，勘探指数与岩石类型有关，其由高到低顺序： 石灰岩、白云岩、花岗岩、砂泥岩互层、变质岩、片岩、片麻 岩、砂板岩。国内各水电工程的勘探指数一般高于国外工程的勘探指数 33%75%，最高达数倍。除技术原因外，反映了体制和工作目的性的问题。勘察费用/工程建设费用=14%，与地质条件及工程重要 性有关，简单场地0.51%，复杂场地2%，地下工程3%，重 大工程复杂条件4%。第二节 钻探工程一、岩土工程钻探的特点 在岩土工程勘察中，钻探是最常用的一类勘探手段。 与坑探、物探相比较，钻探有其突出的优点，它可以在各 种环境下进行，一般不受地形、地质条件的限制；能直接 观察岩心和取样 ，勘探精度较高；能提供作原位测试和监 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。与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特 点： （1）钻探工程的布置，不仅要考虑自然地质条件，还需结 合工程类型及其结构特点。如房屋建筑与构筑物一般应按建筑 物的轮廓线布孔。 （2）除了深埋隧道以及为了解专门地质问题而进行的钻探外 ，孔深一般十余米至数十米，所以经常采用小型、轻便的钻机 。（3）钻孔多具综合目的，除了查明地质条件外，还要取样 、作原位测试和监测等；有些原位测试往往与钻进同步进行， 所以不能盲目追求进尺。 （4）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。如岩心采取率、分层止水、水文地质观测 、采取原状土样和软弱夹层、断层破碎带样品等要求。 二、岩土工程钻探的特殊要求 为了完成勘探工作的任务，岩土工程钻探有以下几项特殊 的要求： (1)土层是岩土工程钻探的主要对象，应可靠地鉴定土层名 称，准确判定分层深度，正确鉴别土层天然的结构、密度和 湿度状态。为此，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围 应为0.05m，非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内， 连续取心的回次进尺应控制在2m以内；某些特殊土类，需根 据土体特性选用特殊的钻进方法；在地下水位以上的土层中 钻进时应进行干钻，当必须使用冲洗液时应采取双层岩心管 钻进。 (2)岩心采取率要求较高。对岩层作岩心钻探时，一般岩石不应低于80%，破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至 关重要需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带 等地质体和地质现象，为保证获得较高的岩心采取率，应采 用相应的钻进方法。例如，尽量减少冲洗液或用干钻，采取 双层岩心管连续取心，降低钻速，缩短钻程。当需确定岩石 质量指标RQD时，应采用N型双层岩心管钻进，其孔径为75mm ，采取的岩心直径为54mm，且宜采用金刚石钻头。 (3)钻孔水文地质观测和水文地质试验是岩土工程钻探的 重要内容，借以了解岩土的含水性，发现含水层并确定其水 位(水头)和涌水量大小，掌握各含水层之间的水力联系，测 定岩土的渗透系数等。按水文地质要求观测。分层止水、水 位观测。 (4)在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需 要采取岩土样。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，需配备取土器，并应注意取样方法和操 作工序，尽量使土样不受或少受扰动。采取饱和软粘土和砂 类土的原状土样，还需使用特制的取土器。 三、钻孔设计为充分论证钻探工作的布置并逐孔编制钻孔设计书内容。（1）钻孔目的及地形地质概况。目的层 工程地质目的及意图。（2）钻孔类型、深度及钻孔结构设计。例 ：有冰水沉积物的坝址河谷区钻孔设计。深度地质质年代岩性钻进钻进 方 式孔径套管工程地质质 要求0-3m alQ4 粘土 回转 250 取原状土样3-7al-plQ3 砂土 冲击 250 219 动探、扰动样7-15al-plQ3含砾粘土 回转 190 168 原状样、静探15-40 fglQ2 含漂砾 卵砾石冲击130127动探、抽水 试验40-50Mz-J强风化 花岗岩回转（ 钢砂）110压水试验50-70Mz-J弱风化 花岗岩金刚石91取岩样（3）岩土工程要求。包括岩心采取率、取样、试验、观测、止水及编录等各方面的要求。编录的项目及应取得的成果资料有：钻孔柱状剖面图、岩心素描(或照相)、钻 进观测、试验记录图及水文地质日志等。（4）说明钻探结束后对钻孔的处理意见。 四、钻孔观测与编录钻孔观测与编录是钻进过程的详细文字记载，也 是岩土工程钻探最基本的原始资料。因此在钻进过程 中必须认真、细致地做好观测与编录工作，以全面、 准确地反映钻探工程的第一手地质资料。 钻孔观测与编录的内容包括： 1、岩心观察、描述和编录 对岩心的描述包括地 层岩性名称、分层深度、岩土性质等方面。不同类型的岩土其岩性描述的内容为：(1)碎石土：颗粒级配；粗颗粒形状、母岩成分、风化程度，是否起骨架作用；充填物的成分、性质、充填程度；密实度 ；层理特征。(2)砂类土：颜色；颗粒级配；颗粒形状和矿物成分；湿度 ；密实度；层理特征。(3)粉土和粘性土：颜色；稠度状态；包含物；致密程度； 层理特征。(4)岩石：颜色；矿物成分；结构和构造；风化程度及风化表现形式，划分风化带；坚硬程度；节理、裂隙发育情况，裂 隙面特征及充填胶结情况，裂隙倾角、间距，进行裂隙统计。 必要时作岩心素描。 作为文字记录的辅助资料是岩土心样。岩土心样不仅对原 始记录的检查核对是必要的，而且对施工开挖过程的资料核对 ，发生纠纷时的取证、仲裁，也有重要的价值。因此应在一段 时 间内妥善保存。目前已有一些工程勘察单位用岩心的彩色照 片代替实物。全断面取心的土层钻孔还可制作土心纵断面的揭 片，便于长期保存。 通过对岩心的各种统计，可获得岩心采取率、岩心获得率和 岩石质量指标(RQD)等定量指标。 岩心采取率是指所取岩心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心和破碎的碎块、碎屑和碎粉物质 。岩心获得率是指比较完整的岩心长度与本回次进尺的百分 比。它不计入不成形的破碎物质。 2、钻孔水文地质观测钻进过程中应注意和记录冲洗液消耗量的变化。发现地下水后，应停钻进测定其初见水位及稳定水位 。如系多层含水层，需分层测定水位时，应检查分层止水情况 ，并分层采取水样和测定水温。准确记录各含水层顶、底板标 高及其厚度。3、钻进动态观察和记录 钻进动态能提供许多地质信息，所以钻孔观测、编录人员必须做好此项工作。在钻进过程中注意 换层的深度、回水颜色变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻、埋 钻和涌沙现象等，结合岩心以判断孔内情况。如果钻进不平稳 ，孔壁坍塌及卡钻，岩心破碎且采取率又低，就表明岩层裂隙 发育或处于构造破碎带中。岩心钻探时冲洗液消耗量变化一般 与岩体完整性