工程地質勘察是為查明影響工程建筑物的地質因素而進行的地質調查研究工作。所需勘察的地質因素包括地質結構或地質構造:地貌、水文地質條件、土和巖石的物理力學性質,自然(物理)地質現象和天然建筑材料等。這些通常稱為工程地質條件。查明工程地質條件后,需根據設計建筑物的結構和運行特點,預測工程建筑物與地質環(huán)境相互作用(即工程地質作用)的方式、特點和規(guī)模,并作出正確的評價,為確定保證建筑物穩(wěn)定與正常使用的防護措施提供依據。
工程地質鉆探的概念
工程地質鉆探是獲取地表下準確的地質資料的重要的方法,而且通過鉆探的鉆孔采取原狀巖土樣和做現場力學試驗也是工程地質鉆探的任務之一。
鉆探是指在地表下用鉆頭鉆入地層的勘探方法。在地層內鉆成直徑較小并具有相當深度的圓通形孔眼的孔稱為鉆孔。通常將直徑大于等于800mm以上的鉆孔稱為大直徑鉆井。
鉆孔的要素如圖所示。鉆孔上部口徑較大,下部口徑較小,成階梯狀。鉆孔的上部為孔口,底部為孔底;四周側壁為孔壁。鉆孔斷面的直徑為孔經;由大孔經改為小孔經稱換經。從孔口到孔底的距離為孔深。
鉆探過程和鉆進方法
根據自然條件的復雜性以及工程要求選擇鉆探設備和鉆進方法。鉆機一般分為回轉式和沖擊式兩種。
回轉式鉆機是利用鉆機的回轉器帶動鉆具旋轉,磨消孔底地層而鉆進,通常使用管狀鉆具,能取柱狀巖芯樣品。
沖擊式鉆機則利用卷揚機借鋼絲繩帶動有一定重量的鉆具上下反復沖擊,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土樣。針對不同的巖石及地層條件,可選取不同的鉆進方式、鉆機與鉆具。
鉆探過程中有三個基本程序:
破碎巖土:在工程地質鉆探中廣泛采用人力和機械方法,使小部分巖土脫離整體而成為粉末、巖土塊或巖土芯的現象,叫做破碎巖土。巖土的破碎是借助于沖擊力、剪切力、研磨和壓力來實現的。
采取巖土:用沖洗液(或壓縮空氣)將破碎的碎屑沖到孔外,或者用鉆具(抽筒、勺形鉆頭、螺旋鉆頭、取土器、巖芯管等)靠人力或機械將孔底的碎屑或樣芯取出于地面。
保全孔壁:為了順利地進行鉆探工作,必須保護好孔壁,不使其坍塌。一般使用套管和泥漿來護壁。