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工程地质勘察方法

为查明一个地区的工程地质条件和分析评价工程地质问题,必须采用一系列的勘察方法和测试手段,它们主要有下列各项:

1、工程地质测绘;

2、工程地质勘探,包括坑探、钻探和物探;

3、工程地质室内和野外(现场或原位)试验;

4、现场检测与监测。

勘察方法是相互配合的,由点到面、由浅入深,在实际勘察的基础上,再进行工程地质勘察资料内业整理的报告编写。

岩土工程勘察是各项工程建设的重要组成部分, 勘察对象重点包括房屋建筑 、 市政工程 、道路 、桥梁 、地基处理等,主要包括工程项目测绘 、勘探 、土质采样 、现场检验检测 、室内试验等, 对场地工程质量条件进行定量分析,根据检测数据,制定工程所需要的成果报告[1] 。 随着科学技术的不断更新, 如今对岩土工程业务培训 、 岩土的测试技术和管理也提出了更高的要求 。

1 岩土工程勘察业务培训

岩土工程勘察中的土工试验人员分成两种结构,一是土工试验技术负责人,二是土工试验操作员。这类人员,大多要求具备高级工程师或者工程师资格,有的甚至要求具有注册岩土工程师的资格证。 为打

破岩土工程勘察落后局面,在保证工程质量的前提下顺利施工,要实现我国岩土勘察工作的现代化,人才短缺、高技术操作人员素质还需要亟待解决, 除了新引进高端专业人才意外,对原有的岩土勘察队伍进一步进行专业业务培训很有必要,培训中要充分利用老员工的工作经验,抛弃陈旧的思想观念和知识结构以及管理的方式方法,特别是在计算机应用方面要大力提高[2]。从另一个角度说,土工试验和建设多年来在不同程度上得不到足够重视,以至于把水平不高的相关人员安排在土工试验重要岗位,不能胜任工作,造成敷衍了事,为了完成当天繁重的工作,岩土试验工作中不能严格按照试验的操作标准,得过且过,严重影响了土工试验的可靠性,有的甚至怕麻烦,存有畏难情绪,私自编造数据,这给工程质量埋下了严重隐患,针对这些存在的问题,岩土工作人员就必须要加大专业业务知识培训, 切实培养出一批工作中,有能力发现问题、解决问题的土岩试验高素质人才队伍 。

2 土工管理策略和试验

(1 ) 关于岩土工程勘察设备仪器老化问题 。当前,国内大多数土工试验室还在沿用20世纪六 、七十年代的土工仪器,由于年代已久,大部分设备存在老化,磨损严重,很大程度上影响了试验的准确性和可靠性,但因为没有专门的监督管理部门的监管,这些问题的排查和限制仍然没有得到有效解决,还有不少单位,受利益驱使,仍在我行我素,不投资不更新,继续使用废旧甚至基本报废的设备,这对土工试验的可靠性造成了严重影响,做好土工试验,设备更新势在必行。

(2) 关于岩土工程勘察设备仪器的产品规范。近年来,我国岩土工程勘察市场在不断快速发展,岩土工程勘察设备仪器生产企业也后发崛起,由于这些企业大多是新兴产业,生产中存在资金短缺等问题, 难以保证设备生产质量监管,而且产品市场价格较高,售后服务跟不上,这也给部分个体户购买廉价的岩土工程勘察设备钻了空间,受利益驱使,部分岩土工程勘察部门就会选择非正规企业生产的设备,这也是危害工程质量的又一重要途径[3]。监督、管理好廉价岩土工程勘察设备销售,从源头上遏制豆腐渣工程具有十分重要意义。

(3 ) 岩土工程勘察中土工试验仪器的计量标定。国家标准土工试验方法的室内土工仪器通用中要求规定,土工试验一切检测参数都要满足各类土质性质指标的实验要求,室内试验仪器检测的各项基本参数和通用技术条件要符合国家标准,此外,因为室内的土工要全部应该具有预计中使用要求的分辨力、量程、 稳定度以及准确度计量检测性,这些基本的特性也要按照国家标准规定做选用。

(4) 岩土工程勘察土工实验室的室内环境要求。当前,我国对岩土工程勘察土工实验室的室内环境还尚未作出明确规定和相关要求,室内温度湿度的要求更是缺乏,这也造成国内大部分岩土工程勘察土工实验室的室内环境较差,试验操作人员在工作中不能严格按照相关技术要求,大多随意开空调或者电风扇,这让岩土样本失去温度和湿度,样本失去水分,导致样本试验测试时,测试结果和真实结果不相符合,甚至造成试验失败。

(5) 土工试验。在整体岩土试验过程中,岩土样本至关重要,其质量优劣直接影响到试验质量,对此,岩土制样十分关键,采取岩土样本时,要先用销土到将其两个断面修理平整,用肉眼和手感,详细分析样本的软硬程度、颜色、塑性状态以及矿物成份,根据经验,对岩土进行物理学估值,在室内岩土试验前期,要充分做好岩土样本物理里学性质描述和估值。由于土的含水量很不稳定,不同的土质有不同的含水量,质在试验时,由于多种原因,如岩土在运输中放置不当、 取土样本不标准、野外采集不够规范等,都会造成样本试验的准确性,因此,专业人员在采集岩土样本时一定要严格操作,妥善保存采集样本,以便保证样本试验的准确性和可靠性。此外,在检测过程中,频数一定不能少于 30,如果频数选择过小,那说明就不能检测出异常的数据信息。所以,要保证数据准确、可靠,我们在选择检测方式方法的时候,必须要小心谨慎,每一个环节都要认真规范操作,这样检测出来的才是科学、有效、可靠的数据,也只有这样才能保证工程顺利施工。

岩土工程基本任务是查明施工场地土层类型、深度、分布、等工程地质特征,包括现场钻探、原土取样、实验室分析和现场进行原位测试等方面,为后续施工提供准确的岩土物理力学指标和岩土特性分析。

岩土工程勘探是工程建设的一项基础性工作,是所有工程开展的基础,其数据的准确性、可靠性直接影响工程建设的质量、******、工期和投资效益。

我国幅员辽阔,地质条件复杂,岩土层物性变化较大。本文将从以下几个方面对岩土工程勘察中的钻探工艺进行探讨。

1 钻探设备及工艺

岩土勘探利用钻机控制钻具从地表向地下钻进,在地下形成圆柱形钻孔,并通过钻孔获取处于不同深度下的岩芯、土、水样品,送往实验室分析取得******手基础资料的手段。岩土勘测综合性强、工艺复杂,不仅对地层、测定界限要准确划分,还要进行原位测试,原状土采集。因此,钻探技术的高低和钻探方法的选择对整个勘察的质量起决定性作用。

1.1 钻探设备

钻探设备是能够完成钻孔所必需的一切技术装备的总和,一般包括钻机、钻探用泵、空气压缩机、动力机和传动装置以及与之配套的钻塔、拧管装置等。按其装载方式,可分为整体式和组装式,前者依据可移动性而分为固定式、拖引式和自行式三种。依据岩土钻探设备用途可分为工程地质、水文水井、工程施工、岩芯和取样钻探设备等。

工程地质钻探设备常用于工业和民用建筑、桥梁、道路和码头等基础设施的工程地质勘察钻进。水文水井钻探设备专门用于水文地质勘察孔和水井的钻进。工程施工钻探设备用途繁多,特点各异。岩芯钻探设备和取样钻探设备能够在岩石、土层或混凝土结构中钻进取样勘察。

1.2 钻进方法

钻进方法是指在钻探或钻井工程中,向地下钻进时,破碎孔/井底岩石所采取的一切方法和技术总称。依据钻进工艺可分为:正循环回转钻进、反循环钻进、振动钻进、螺旋钻进、冲抓锥(斗)钻进、潜水钻进、冲击钻进。按钻进时是否采取岩芯,又可分为取芯钻进与不取岩芯钻进。按回转钻进时破碎岩石所使用的磨料,又分为硬质合金钻进、钻粒钻进和金刚石钻进等。

2 不同地层的钻探工艺

2.1 粘性土(可塑偏软/硬粘性土)

针对软弱粘性土强度低、压缩性很大且渗透系数很小、触变性及流变性大等特点,可采取重锤冲击钻进和长/短螺旋钻进,如果钻探环境位于地下水位以下,可采取套管螺旋钻进或冲击回转钻进。重锤冲击钻进效率比较低,且对孔底附近一定范围内地层有扰动。

螺旋钻进通过电动机带动螺旋钻杆在钻压作用下使钻头回转吃入地层,将地层按螺旋线逐步切削,切刮下的土质碎屑沿螺旋叶片上返到孔口,该方法钻进效率高且不用清洗设备。长螺旋钻进直径应小于1m,深度不超过15~20m之间。短螺旋钻进属于非连续型钻机,较之长螺旋钻效率稍低,其孔径多在2~3m内,钻进深度一般小于30m,***深不超过50m。

冲击回转钻进对泥浆比例要求较高(表1),避免水流将钻进土层冲散混入泥浆。必要时可在回次终了时,停止送水,增加干钻进尺距离已获得土层样品,或采用双动双管取心钻具。对于硬塑状粘性土,一般的螺旋钻进在土的粘性较大时易发生埋钻或钻杆折断的现象,且对土层扰动较大,应尽量选用小肋骨钻头,冲击回转钻进方法。冲击回转钻进技术分)液动、气动和气液混合动力三种,具有效率高、钻具转速低、钻头寿命长和孔内事故少等特点。

液动冲击回转钻进以清水或泥浆形成高压作为动力,钻孔直径一般为56-130mm,******不超过400mm,钻孔深可达800-1000m;气动冲击回转钻进以高压空气为动力,钻孔直径介于65-228mm之间,******可达到762mm。施工中,应先慢速钻进,使钻头切入土层后改用中速转进,可加快钻进速度且钻具提升阻力小。

2.2 砂层

该地层的钻探工艺与砂粒粒径有很大关系,且受地下水影响较大。螺旋钻进适合砂土中粘粒含量较高且砂粒主要为粉细砂的地质环境,如果需深孔钻进,可在施工后期换用小直径螺旋钻。粉细砂杂粘性土情况下,应降低钻速,减小钻进压力,泵量调整至适中。回次终了前,应以泥浆清洗钻孔,将孔内悬浮的粉细砂带入泥浆池后方可停泵,减小沉砂卡钻事故发生的几率,停泵后干钻0.3-0.5m,确保岩心不脱落。

对于中粗砂、砾沙以及地下水位以下的沙土,一般采用品字形硬质合金钻头,低转速,灌浆泵吸反循环钻进,过程中需不断浮动钻具,慢提快放,形成空底反循环(其推荐参数可见表1)。因钻头外径略大于岩芯管,所以能很好地约束岩芯管,确保岩芯的原始结构。没回次终了前,以泥浆清洗钻孔,去除空中悬浮粗、砾沙,防止沉砂卡钻。***后停泵干钻0.2-0.3m,停止浮动钻具精细干烧,防止钻孔周壁坍塌造成废孔,并带出岩芯样品。

2.3 卵石层

该层钻探工艺受地层厚度、密实度、含水率和粘性土填充情况影响,不同地层情况应选用不同钻探工艺。地层厚度不大时,可采用泥浆护壁回转钻进,地层厚度大,粘性土含量低时可采用跟管钻进。跟管长度3-6m,钻速30-60r/min,尽量保证进尺的连续性和顺利性。

地层密实度较高时,可采用回转钻进,为防止孔壁坍塌,可采用投入粘土球的方法,对孔壁进行暂时保护。出现塌孔现象时,应加大泥浆浓度或钻进一定深度后,拔出钻具,放入跟管继续钻进,钻速以20-40r/min为宜,对于套管中可能留有卵石,导致丝扣脱滑现象,可采用反丝套管。砂层和卵石层钻进过程中,高质量的泥浆可有效防止孔壁的坍塌。

3 总结

我国广袤的环境和变化多端的地质条件为岩土工程勘察提出了严峻的挑战。伴随着现代科技的发展,应对各类地质环境的钻探工艺相继被研发。由于地质环境的复杂性,很难采用某一方法或数据作为标准。应根据待勘测场地、任务要求综合对比各种钻探技术方案,灵活选用适宜的钻探技术方法。施工过程中应注意收集场地及附近区域地层资料,对方案适时修正,达到少走弯路、科学勘探的目的。

地质工程领域覆盖的范围包括:地质调查技术和方法与矿产资源勘查与评价,区域矿产基地及矿产远景区预测与评价,矿区与矿床的勘探、开发与评价,地质工程领域建设、勘查评价项目可行性研究与决策,地质勘探的新技术与新方法,水文地质、工程地质、环境地质、地质灾害的预测、评价、监测与保护,地质结构、地质环境、地质过程及地质灾害研究中的计算机应用,地质工程实施过程中的质量检测及新方法、新技术的设计、开发、应用,地质资源与地质工程行业的工程管理。