巖土工程勘探與取樣

第8章勘探和取樣1．勘探的功能和作用巖土工程勘探是用于查明地表下巖土體、地下水及不良地質(zhì)作用的根本特性和空間分布的技術(shù)手段。取樣是在現(xiàn)場勘探過程中，利用一定的技術(shù)手段，采取能滿足各種特定質(zhì)量要求的巖石、土及地下水試樣。取樣是在勘探過程中實現(xiàn)的。巖土工程勘探是巖土工程勘察的一種手段，包括鉆探、井探、槽探、坑探、洞探以及物探、觸探等?？碧降墓δ芸筛爬橐韵聨追矫妫?〕查明地表下巖土體、地下水及不良地質(zhì)作用的空間分布；2〕查明地表下巖土體的根本特性；3〕勘探過程中能采取巖石、土及地下水試樣；4〕勘探過程中能進行原位測試或該勘探方法本身就是原位測試方法。并不能要求一種勘探方法全部具備上述各項功能，但作為勘探方法必須具備能夠查明地表下巖土體的空間分布這一根本功能，它包含兩個要素：①能夠按照工程要求的巖土分類方法鑒定、區(qū)分巖土類別，②能夠按照工程要求的精度確定巖土類別發(fā)生變化的空間位置。同時具備這兩個要素才能作為一種勘探方法，否那么就不屬于勘探方法。一種勘探方法的這兩個要素在特定的巖土條件下所能到達的準確性和精度能否滿足特定的工程要求，這是評價或選擇勘探方法的重要依據(jù)之一。2．勘探方法巖土工程勘探方法的分類，目前尚無統(tǒng)一的標準。根據(jù)勘探方法的功能特點，一般可分為以下四類。1〕直接的勘探方法這類方法包括井探、槽探、坑探、洞探等，其特點是勘探方法根本功能的兩個要素都具有直接性，可以在探井、探槽、豎井、平洞內(nèi)直接觀察巖土體及其分布，可以直接量測巖土層的分層界線位置。這類方法可以取樣，尤其是在探井或探槽中可采取質(zhì)量較高的土試樣。井探、槽探、坑探主要適用于土類的勘探，深度有限，且易受地下水位的影響。豎井和平洞施工的難度大、時間長、本錢高，主要應(yīng)用于壩址、大型邊坡、地下工程等大型巖土工程的勘探。2〕鉆探鉆探是利用鉆探設(shè)備在地下形成鉆孔,并從鉆孔中取出巖土進行鑒別和劃分地層。從勘探方法來說，鉆探屬于半直接的勘探方法，其勘探成果的準確性和可靠性不如直接的勘探方法。但鉆探具有一系列其他勘探方法無法比較的優(yōu)良特點：①鉆探可適用于各種巖土類型；②鉆探深度可滿足各類工程的需要，且不受地下水位的影響；③除了用于查明地表下巖土體的根本特性和空間分布外，還可查明多層地下水的分布情況；④鉆孔中能夠進行多種原位測試；⑤鉆孔中能夠采取巖石、土及地下水試樣。因此，鉆探是巖土工程勘察中應(yīng)用最廣泛、最有效的一種勘探方法。3〕觸探觸探是將一定規(guī)格的圓錐形金屬探頭自地面起連續(xù)貫入〔即壓入或打入〕土中，將探頭貫入土中的難易程度用定量指標貫入阻力或一定貫入量的貫入擊數(shù)來表示。根據(jù)觸探指標的大小和其他特征來判定土的類別，由于觸探在深度上是自地面起連續(xù)貫入的，不同土類的分層界線位置也可根據(jù)觸探結(jié)果來確定。從勘探方法來說，觸探屬于間接的勘探方法，即根據(jù)土的力學(xué)性質(zhì)及其變化來確定土層的分布。一般情況下，土的工程分類與土的力學(xué)性質(zhì)有著較好的對應(yīng)關(guān)系，因而觸探可作為一種勘探方法。由于觸探過程測定土的力學(xué)性質(zhì)，因此，觸探具有勘探和原位測試雙重功能。但觸探主要適用于土類，且不能查明地下水分布，觸探過程不能取樣，也無法對土進行觀察描述。觸探按探頭貫入方式的不同分為靜力觸探〔壓入式〕和圓錐動力觸探〔打入式〕兩類。由于觸探屬于間接的勘探方法，當采用觸探作為勘探手段時，應(yīng)與鉆探等其他勘探方法配合使用〔關(guān)于靜力觸探和圓錐動力觸探的介紹詳見本章1.6節(jié)原位測試局部〕。4〕物探物探全稱地球物理勘探，用于工程方面的物探方法稱為工程物探。物探是以研究地下物理場〔如電場、磁場、重力場〕為根底的勘探方法，由于不同地質(zhì)體物理性質(zhì)上的差異直接影響地下物理場的分布規(guī)律，通過觀測、分析和研究這些物理場并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料，可判斷地層的分布和變化情況，解決地質(zhì)構(gòu)造、地下埋藏物以及地下水分布規(guī)律等方面的一些問題。從勘探方法來說，物探也屬于間接的勘探方法，即根據(jù)地球物理場的差異來確定巖土及地下水的分布。由于巖土的空間分布與地球物理場的差異并不都具有對應(yīng)關(guān)系，因而物探多作為輔助手段配合其它勘探方法使用。物探具有“透視性〞,可簡單快捷地獲得有關(guān)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下埋藏物的信息，且本錢低、效率高，有些物探方法可作為原位測試手段測得巖土層的某些物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。但物探常具多解性,無其它方法配合易發(fā)生誤判。因此，對不同的物探方法應(yīng)掌握各自的適用范圍和局限性,物理勘探成果判釋時，應(yīng)考慮其多解性，必要時應(yīng)采用多種方法探測，進行綜合判釋，并應(yīng)有物探參數(shù)或一定數(shù)量的鉆孔驗證。***3．勘探的根本要求1〕勘探方法的選取應(yīng)符合勘察目的和巖土的特性。為了到達理想的技術(shù)經(jīng)濟效果，宜將多種勘探手段配合使用，如鉆探加觸探、鉆探加地球物理勘探等。2〕布置勘探工作時應(yīng)考慮勘探對工程自然環(huán)境的影響，防止對地下管線、地下工程和自然環(huán)境的破壞。鉆孔、探井和探槽完工后應(yīng)妥善回填。鉆孔和探井如不妥善回填，可能造成對自然環(huán)境的破壞，這種破壞往往在短期內(nèi)或局部范圍內(nèi)不易發(fā)覺，但能引起嚴重后果。因此，一般情況下鉆孔、探井和探槽均應(yīng)回填，且應(yīng)分段回填夯實。3〕靜力觸探、圓錐動力觸探作為勘探手段時，應(yīng)與鉆探等其他勘探方法配合使用。鉆探和觸探各有優(yōu)缺點，有互補性，二者配合使用能取得良好的效果。觸探的力學(xué)分層直觀而連續(xù)，但單純的觸探由于其多解性容易造成誤判。如以觸探為主要勘探手段，除非有經(jīng)驗的地區(qū)，一般均應(yīng)有一定數(shù)量的鉆孔配合。4〕進行鉆探、井探、槽探和洞探時，應(yīng)采取有效措施，確保施工平安。5〕根據(jù)行業(yè)標準《建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標準》〔JGJ87—92〕中的有關(guān)規(guī)定，鉆探點位測設(shè)于實地應(yīng)符合以下要求：①城市規(guī)劃勘察階段、選址勘察階段：可利用適當比例尺的地形圖依地形地物特征確定鉆探點位和孔口高程；②初步勘察階段：平面位置允許偏差±0.5m，高程允許偏差±5cm；③詳細勘察階段：平面位置允許偏差±0.25m，高程允許偏差±5cm。鉆探成果中的平面圖除表示實際完成鉆探點位之外，尚應(yīng)提供各點的座標及高程數(shù)據(jù)，且宜采用地區(qū)的統(tǒng)一座標和高程系。其他的勘探方法，如無特別的規(guī)定和要求，勘探點的定位和高程測量也可參照上述要求。8.1工程地質(zhì)鉆探1．鉆探的工藝和操作技術(shù)鉆探是利用鉆探設(shè)備在地下形成一直徑小、深度大的圓柱體鉆孔,并將鉆孔中的巖土取至地面進行鑒別、描述和劃分地層。鉆孔的結(jié)構(gòu)，可用五個要素〔三個面和二個測度〕來說明：鉆孔的頂面稱為孔口、底面稱為孔底、側(cè)外表稱為孔壁，圓柱體的高度稱為孔深、直徑稱為孔徑〔也稱口徑〕。采用變徑鉆探時，靠近孔口的最大直徑稱為開孔孔徑，靠近孔底的最小直徑稱為終孔孔徑。鉆探的操作過程是利用機械動力或人力〔人力僅限于淺部土層鉆探〕使鉆具回轉(zhuǎn)或沖擊，破碎孔底巖土，并將巖土帶至地面，如此不斷加深鉆孔，直到預(yù)計深度為止。鉆探的根本操作工藝可包括破碎孔底巖土、提取孔內(nèi)巖土和保護孔壁三個方面。1〕破碎孔底巖土鉆探首先要利用鉆頭破碎巖土，才能鉆進一定深度。鉆進效率的上下取決于巖土的性質(zhì)、鉆頭的類型和材料以及操作方法。破碎巖土的方法可分為回轉(zhuǎn)法、沖擊法、振動法和沖洗法。2〕提取孔內(nèi)巖土孔底巖土破碎后，被破碎的土和巖芯、巖粉等仍留在鉆孔中，為了鑒定巖土和繼續(xù)加深鉆孔，必須及時取出巖芯、去除巖土碎屑。提取孔內(nèi)巖土的方法有以下幾種：①利用提土器，即螺紋鉆頭，將附在鉆頭及其上部的土與鉆頭一同提出孔外；②利用循環(huán)液去除輸出巖粉；③利用抽筒〔撈砂筒〕將巖粉、巖屑或砂提取出鉆孔；④利用巖芯管取芯器或取土器將巖芯或土樣取出。3〕保護孔壁由于鉆孔的形成在地下留一孔穴，破壞了原來地層的平衡條件。在松散的砂層或不穩(wěn)固的地層中〔如雜填土、有大裂隙或發(fā)生膨脹的巖層〕，易發(fā)生孔壁坍塌；而在高靈敏性的飽和軟弱黏土中又易發(fā)生縮孔。因此，為了防止孔壁坍塌或發(fā)生縮孔、隔離含水層以及防止沖洗液漏失等，必須保護孔壁。常用的護壁方法有泥漿護壁和套管護壁。①泥漿護壁：由于泥漿具有膠體化學(xué)性質(zhì)，在孔壁上形成泥皮，可以保護孔壁；同時由于泥漿的密度大，對孔壁的壓力遠大于水體的靜水壓力，也起到防止孔壁坍塌或縮孔的作用。泥漿護壁方法較為經(jīng)濟。②套管護壁：在鉆探的同時下護孔套管。防止孔口、孔壁坍塌的效果好，但操作麻煩、本錢高。2．鉆探方法的分類和選用原那么根據(jù)鉆探過程中破碎孔底巖土的方式不同，鉆探方法可分為回轉(zhuǎn)類鉆探、沖擊類鉆探、振動鉆探和沖洗鉆探四類。1〕回轉(zhuǎn)類鉆探：通過鉆桿將旋轉(zhuǎn)力矩傳遞至孔底鉆頭，同時施加一定的軸向壓力實現(xiàn)鉆進。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩的動力源可以是人力或機械，軸向壓力那么依靠鉆機的加壓系統(tǒng)以及鉆具自重。根據(jù)鉆頭的類型和功能，回轉(zhuǎn)類鉆探可分為螺旋鉆探、無巖芯鉆探和巖芯鉆探。①螺旋鉆探：鉆進時將螺紋鉆頭〔俗稱提土器〕旋入土層之中,提鉆時帶出擾動土樣,供肉眼鑒別及分類試驗。鉆桿和鉆頭為空心桿，配合鉆頭的底活塞,可通水通氣,防止提鉆時孔底產(chǎn)生負壓,造成縮孔等孔底擾動破壞。該方法主要適用于黏性土。②無巖芯鉆探：鉆頭類型有魚尾鉆頭、三翼鉆頭、牙輪鉆頭等，鉆進時對整個孔底切削研磨,使孔底巖土全部被破碎，故稱全面鉆進。用循環(huán)液去除輸出巖粉,可不提鉆連續(xù)鉆進,效率高,但只能根據(jù)巖粉及鉆進感覺判斷地層變化。該方法適用于多種土類和巖石。③巖芯鉆探：鉆頭形狀為圓環(huán)形，在鉆頭的刃口底部鑲嵌或燒焊硬質(zhì)合金或金剛石等。巖芯鉆頭按材料分為合金鉆頭、鋼粒鉆頭和金剛石鉆頭，在結(jié)構(gòu)上有單層管和雙層管之分。鉆進時對孔底作環(huán)形切削研磨,破碎孔底環(huán)狀局部巖土，并用循環(huán)液去除輸出巖粉,環(huán)形中心保存圓柱形巖芯,提取后可供鑒別、試驗。其中金剛石鉆頭的鉆進效率較高,高速回轉(zhuǎn)對巖芯破壞擾動小,可獲得更高的巖芯采取率。該方法適用于多種土類和巖石。2〕沖擊類鉆探：利用鉆具自重或重錘，沖擊破碎孔底巖土，實現(xiàn)鉆進。根據(jù)沖擊方式和鉆頭的類型，沖擊類鉆探可分為沖擊鉆探和錘擊鉆探。①沖擊鉆探：利用鉆具自重沖擊破碎孔底巖土實現(xiàn)鉆進，破碎后的巖粉、巖屑由循環(huán)液沖出地面，也可采用帶活門的抽筒提出地面。沖擊鉆頭有“一〞字形、“十〞字形等多種，可通過鉆桿或鋼絲繩操縱沖擊。該方法適用于密實的土類，對卵石、碎石、漂石、塊石尤為適宜。沖擊鉆探只能根據(jù)巖粉、巖屑和感覺判斷地層變化，對孔壁、孔底擾動都比較大，故一般是配合回轉(zhuǎn)類鉆探，當遇到回轉(zhuǎn)類鉆探難以奏效的粗顆粒土?xí)r才應(yīng)用。②錘擊鉆探：利用重錘將管狀鉆頭〔砸石器〕擊入孔底土層中，提鉆后掏出土樣可供鑒別。這種鉆探方法效率較低，一般也是配合回轉(zhuǎn)類鉆探，遇到特殊土層時使用。該方法適用于多種土類，在適宜的土類條件下采用鋼絲繩連接的孔底錘擊鉆頭鉆進，那么是一種效率高、質(zhì)量好的鉆探方法。例如在濕陷性黃土中采用薄壁鉆頭錘擊鉆進就是一種較好的鉆探方法。3〕振動鉆探：通過鉆桿將振動器激發(fā)的高速振動傳遞至孔底管狀鉆頭周圍的土中，使土的抗剪強度急劇降低，同時在一定軸向壓力下使鉆頭貫入土中。該方法能取得較有代表性的鑒別土樣，且鉆進效率高，適用于黏性土、粉土、砂土及粒徑較小的碎石土。但振動鉆探對孔底擾動較大，往往影響高質(zhì)量土樣的采取。4〕沖洗鉆探：通過高壓射水破壞孔底土層實現(xiàn)鉆進，土層被破碎后由水流沖出地面。這是一種簡單快速本錢低廉的鉆探方法，主要用于砂土、粉土和不太堅硬的黏性土。但沖出地面的粉屑往往是各土層物質(zhì)的混合物，代表性較差，給土層的判斷劃分帶來一定的困難。除了上述各類主要鉆探方法外，對淺部土層還可采用以下鉆探方法：①小口徑麻花鉆(或提土鉆)鉆進；②小口徑勺形鉆鉆進；③洛陽鏟鉆進。各種鉆探方法都有各自的特點和局限性，有一定的適用范圍,可根據(jù)巖土類別和勘察要求按表.1選用鉆探方法。鉆探方法的適用范圍表.1鉆探方法鉆進地層勘察要求黏性土粉土砂土碎石土巖石直觀鑒別、采取不擾動試樣直觀鑒別、采取擾動試樣回轉(zhuǎn)螺旋鉆探無巖芯鉆探巖芯鉆探＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－＋＋－＋＋＋＋＋＋－＋＋＋＋－＋＋沖擊沖擊鉆探錘擊鉆探－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－＋＋－＋＋振動鉆探＋＋＋＋＋＋＋－＋＋＋沖洗鉆探＋＋＋＋＋－－－－注：＋＋：適用；＋：局部適用；－：不適用。選擇鉆探方法應(yīng)考慮的原那么是：①能夠有效地鉆至所需的深度，并能以一定的精度對鉆穿的地層鑒定巖土類別和特性，確定其埋藏深度、變層界線和厚度；②能夠采取符合質(zhì)量要求的試樣或進行原位測試，防止或減輕對取樣段的擾動；③能夠查明鉆進深度范圍內(nèi)地下水的賦存情況。因此，在編制綱要時，不僅要規(guī)定孔位、孔深，而且要規(guī)定鉆探方法，現(xiàn)場鉆探應(yīng)按指定的方法操作，勘察成果報告中也應(yīng)包括鉆探方法的說明。***3．鉆探的技術(shù)要求1〕鉆孔規(guī)格鉆探口徑和鉆具規(guī)格應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定。成孔口徑應(yīng)滿足取樣、測試和鉆進工藝的要求。采取原狀土樣的鉆孔，口徑不得小于91mm,僅需鑒別地層的鉆孔，口徑不宜小于36mm；在濕陷性黃土中，鉆孔口徑不宜小于150mm。2〕鉆探規(guī)定①鉆進深度和巖土分層深度的量測精度，不應(yīng)低于±5cm。②應(yīng)嚴格控制非連續(xù)取芯鉆進的回次進尺，使分層精度符合要求。在土層中采用螺紋鉆頭鉆進時，應(yīng)分回次提取擾動土樣。回次進尺不宜超過1.0m，在主要持力層中或重點研究部位，回次進尺不宜超過0.5m,并應(yīng)滿足鑒別厚度小至2cm的薄層的要求。在水下粉土、砂土層中鉆進，當土樣不易帶上地面時，可用對分式取樣器或標準貫入器間斷取樣，其間距不得大于1.0m。取樣段之間那么用無巖芯鉆進方式通過，亦可采用無泵反循環(huán)方式用單層巖芯管回轉(zhuǎn)鉆進并連續(xù)取芯。在巖層中鉆進時，回次進尺不得超過巖芯管長度，在軟③對要求鑒別地層和取樣的鉆孔，均應(yīng)采用回轉(zhuǎn)方式鉆進，取得巖土樣品。遇到卵石、碎石、漂石、塊石等類地層不適用于回轉(zhuǎn)鉆進時，可改用振動回轉(zhuǎn)方式鉆進。④對鑒別地層天然濕度的鉆孔，在地下水位以上應(yīng)進行干鉆；當必須加水或使用循環(huán)液時，應(yīng)采用雙層巖芯管鉆進。⑤在濕陷性黃土中應(yīng)采用螺紋鉆頭鉆進，亦可采用薄壁鉆頭錘擊鉆進。操作應(yīng)符合“分段鉆進、逐次縮減、堅持清孔〞的原那么。⑥巖芯鉆探的巖芯采取率，對完整和較完整巖體不應(yīng)低于80％，較破碎和破碎巖體不應(yīng)低于65％。對需重點查明的部位(滑動帶、軟弱夾層等)應(yīng)采用雙層巖芯管連續(xù)取芯。⑦當需確定巖石質(zhì)量指標RQD時，應(yīng)采用75mm口徑(N型)雙層巖芯管和金剛石鉆頭。⑧深度超過l00m的鉆孔以及有特殊要求的鉆孔包括定向鉆進、跨孔法測量波速，應(yīng)測斜、防斜，保持鉆孔的垂直度或預(yù)計的傾斜度與傾斜方向。對垂直孔，每50m測量一次垂直度，每深100m允許偏差為±2o。定向鉆進的鉆孔應(yīng)分段進行孔斜測量〔每25m測量一次傾角和方位角〕，傾角和方位角的量測精度應(yīng)分別為±0.1o和±3.0o。鉆孔斜度及方位偏差超過規(guī)定時，⑨對可能坍塌的地層應(yīng)采取鉆孔護壁措施。在淺部填土及其它松散土層中可采用套管護壁。在地下水位以下的飽和軟黏性土層、粉土層和砂層中宜采用泥漿護壁。在破碎巖層中可視需要采用優(yōu)質(zhì)泥漿、水泥漿或化學(xué)漿液護壁。沖洗液漏失嚴重時，應(yīng)采取充填、封閉等堵漏措施。⑩鉆進中應(yīng)保持孔內(nèi)水頭壓力等于或稍大于孔周地下水壓，提鉆時應(yīng)能通過鉆頭向孔底通氣通水，防止孔底土層由于負壓、管涌而受到擾動破壞。3)地下水位量測①初見水位和穩(wěn)定水位可在鉆孔、探井或測壓管內(nèi)直接量測，穩(wěn)定水位的間隔時間按地層的滲透性確定，對砂土和碎石土不得少于0.5h，對粉土和黏性土不得少于8h,并宜在勘察結(jié)束后統(tǒng)一量測穩(wěn)定水位。水位量測可使用測水鐘或電測水位計。量測讀數(shù)至厘米，精度不得低于±2cm。②鉆探深度范圍內(nèi)有多個含水層，且要求分層量測水位時，在鉆穿第一個含水層并量測穩(wěn)定水位后，應(yīng)采用套管隔水，抽干鉆孔內(nèi)存水，變徑繼續(xù)鉆進，再對下一個含水層進行水位量測。穩(wěn)定水位是指鉆探時的水位經(jīng)過一定時間恢復(fù)到天然狀態(tài)后的水位。采用泥漿鉆進時，為了防止孔內(nèi)泥漿的影響，需將測水管打人含水層20cm方能較準確地測得地下水位。地下水位量測精度規(guī)定為±2cm是指量測工具、觀測等造成的總誤差的限值，因此量測工具應(yīng)定期用鋼尺校正。4〕鉆孔的記錄和編錄①野外記錄應(yīng)由經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的人員承當。記錄應(yīng)真實及時，按鉆進回次逐段填寫，嚴禁事后追記?，F(xiàn)場記錄不得謄錄轉(zhuǎn)抄，誤寫之處可以劃去，在旁邊作更正，不得在原處涂抹修改。②鉆探現(xiàn)場可采用肉眼鑒別和手觸方法，有條件或勘察工作有明確要求時，可采用微型貫人儀等定量化、標準化的方法。③鉆探成果可用鉆孔野外柱狀圖或分層記錄表示。巖土芯樣可根據(jù)工程要求保存一定期限或長期保存，亦可拍攝巖芯、土芯彩照納入勘察成果資料。鉆探野外記錄是一項重要的根底工作，也是一項有相當難度的技術(shù)工作，因此應(yīng)配備有足夠?qū)I(yè)知識和經(jīng)驗的人員來承當。野外描述一般以目測、手觸鑒別為主，其結(jié)果往往因人而異。為實現(xiàn)巖土描述的標準化，如有條件可補充一些標準化、定量化的鑒別方法，將有助于提高鉆探記錄的客觀性和可比性，這類方法包括：使用標準粒度模塊區(qū)分砂土類別，用孟塞爾(Munsell)色標比色法表示顏色，用微型貫人儀測定土的狀態(tài)，用點荷載儀判別巖石風(fēng)化程度和強度等。8.2取樣技術(shù)和取土器1．土試樣質(zhì)量等級采取土試樣的目的就是用來進行室內(nèi)土工試驗，測定土的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。如果土試樣的質(zhì)量不能保證，那么土工試驗的儀器再精密、操作方法再嚴格，也無法保證試驗結(jié)果能真實反映原位土的工程性質(zhì)。因此，土試樣質(zhì)量是巖土工程勘察中一個非常重要的問題，對巖土工程評價的可靠性起著關(guān)鍵作用。土樣的質(zhì)量取決于土樣的擾動程度，引起土樣的擾動的原因〔即影響土樣質(zhì)量的因素〕主要有以下幾方面：1〕應(yīng)力狀態(tài)變化：由于原位應(yīng)力的解除，土樣的體積趨于膨脹，引起土樣結(jié)構(gòu)的擾動；2〕鉆探操作工藝：不同的鉆探方法及其操作工藝對孔底有著不同程度的擾動；3〕取土技術(shù)：①取土器的類型及其技術(shù)規(guī)格；②取土方法及其操作工藝；4〕其他因素：①化學(xué)變化〔如鉆孔中泥漿內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)進入土樣、土樣暴露大氣之后的氧化等〕；②運輸過程的振動、失水等；③儲存過程的物理、化學(xué)變化〔溫度、化學(xué)、生物作用等〕；④制備土樣時的切削擾動。上述各類因素中，有些是可以人為控制的，如取土器的技術(shù)規(guī)格、取土方法及其操作工藝等，所謂控制只是盡可能地減小、但又不能完全消除擾動。而有些因素那么是無法防止的，如原位應(yīng)力的解除等。因此，完全不擾動的土樣實際上是不存在的，只是擾動的程度不同。這就有必要將擾動程度不同的土試樣定為不同的土試樣質(zhì)量等級。所謂的不擾動土樣〔傳統(tǒng)上稱為原狀土樣〕是指盡管原位應(yīng)力狀態(tài)已改變,但根本上保持土的天然結(jié)構(gòu)、天然密度和含水量，且能滿足室內(nèi)試驗各項要求的土樣。但不是所有的試驗都要求使用這種高標準的土樣,不同的試驗對土樣有不同的擾動程度的控制要求。另一方面，采取不同等級土試樣的本錢差異很大。因此,有必要根據(jù)不同的試驗要求來劃分土樣質(zhì)量等級。國家標準《巖土工程勘察標準》〔GB50021—2001〕將土試樣質(zhì)量根據(jù)試驗?zāi)康姆譃樗膫€等級，見表.1。土試樣質(zhì)量等級表.1級別擾動程度試驗內(nèi)容IIIIIIIV不擾動輕微擾動顯著擾動完全擾動土類定名、含水量、密度、強度試驗、固結(jié)試驗土類定名、含水量、密度土類定名、含水量土類定名注:1不擾動是指原位應(yīng)力狀態(tài)雖已改變,但土的結(jié)構(gòu)、密度和含水量變化很小,能滿足室內(nèi)試驗各項要求;2除地基根底設(shè)計等級為甲級的工程外,在工程技術(shù)要求允許的情況下可用Ⅱ級土試樣進行強度和固結(jié)試驗，但宜先對土試樣受擾動程度作抽樣鑒定,判定用于試驗的適宜性，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗使用試驗成果。表.1中給出了土工試驗工程與土試樣質(zhì)量等級的對應(yīng)關(guān)系。強度試驗、固結(jié)試驗等土的力學(xué)性質(zhì)試驗，對土試樣質(zhì)量要求最高，相應(yīng)的土試樣質(zhì)量等級為Ⅰ級〔不擾動〕。密度試驗屬對土樣結(jié)構(gòu)擾動較敏感的土的物理性質(zhì)試驗，進行該項試驗的土試樣質(zhì)量等級不得低于Ⅱ級〔輕微擾動〕。顆粒分析試驗和液、塑限試驗等土類定名試驗，其試驗過程本身就是對土結(jié)構(gòu)的嚴重擾動，故該類試驗對土試樣質(zhì)量要求最低，相應(yīng)的土試樣質(zhì)量等級為Ⅳ級〔完全擾動〕。表.1對土樣擾動程度的劃分只是定性的，并沒有嚴格的定量標準。土試樣擾動程度的鑒定方法有以下幾類：①現(xiàn)場外觀檢查；②測定土樣采取率；③X射線無損檢驗；④室內(nèi)試驗評價〔根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系評定或根據(jù)壓縮曲線特征定義擾動指數(shù)評定等〕。其中有些方法的定量指標不僅取決于土試樣的擾動程度，還與土的自身特性和試驗方法有關(guān)；而室內(nèi)試驗評價方法已屬事后檢驗把關(guān)，并不是保證土試樣質(zhì)量的現(xiàn)場控制措施。一般情況下，在實際工程中不太可能對所取土樣的擾動程度作詳細研究和定量評價。因此，表劃分土試樣質(zhì)量等級的指導(dǎo)思想是強調(diào)事先的質(zhì)量控制，即對采取某一等級土試樣所必須使用的設(shè)備和操作條件做出嚴格的規(guī)定，并考慮土層特點、操作水平和地區(qū)經(jīng)驗來判斷所取土樣是否到達預(yù)期的質(zhì)量等級。Ⅰ級土樣不是所有情況下都能采取到的，有些土層，如飽和松散砂層，即使采用特殊的取樣技術(shù)也難以取到理想的原狀試樣。因此，標準中還注明，除地基根底設(shè)計等級為甲級的工程外,在工程技術(shù)要求允許的情況下可用Ⅱ級土試樣進行強度和固結(jié)試驗，但宜先對土試樣受擾動程度作抽樣鑒定,判定用于試驗的適宜性，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗使用試驗成果。取土技術(shù)，包括取樣工具及其技術(shù)規(guī)格、取樣方法及其操作工藝，是控制和保證土試樣質(zhì)量的根底。以下對取樣工具和方法、取土器的技術(shù)規(guī)格、取土器的類型以及采取土試樣的技術(shù)要求等有關(guān)取土技術(shù)的核心問題進行介紹。2．取樣工具和方法土試樣采取的工具和方法可按表.2選擇。表.2中給出的取樣方法大致上可分為三大類：①探井或探槽中刻取塊狀土樣；②利用取土器取樣；③其他取樣方法。不同的取樣方法對應(yīng)于不同的土試樣質(zhì)量等級，適用于不同的土類，并采用不同的取樣工具。不同等級土試樣的取樣工具和方法表.2土試樣質(zhì)量等級取樣工具和方法適用土類黏性土粉土砂土礫砂、碎石土、軟巖流塑軟塑可塑硬塑堅硬粉砂細砂中砂粗砂I薄壁取土器固定活塞水壓固定活塞自由活塞敞口＋＋＋＋－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－回轉(zhuǎn)取土器單動三重管雙動三重管－－＋－＋＋－＋＋＋＋＋＋＋＋－＋＋－＋＋－－＋＋－＋＋－＋探井〔槽〕中刻取塊狀土樣＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋II薄壁取土器水壓固定活塞自由活塞敞口＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－回轉(zhuǎn)取土器單動三重管雙動三重管－－＋－＋＋－＋＋＋＋＋＋＋＋－＋＋－＋＋－－＋＋－＋＋－＋＋厚壁敞口取土器＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－III厚壁敞口取土器標準貫入器螺紋鉆頭巖芯鉆頭＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－＋＋＋＋＋－＋＋＋＋＋－＋＋＋＋－＋－－－＋IV標準貫入器螺紋鉆頭巖芯鉆頭＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－＋＋＋＋－＋＋＋＋－＋＋＋＋－＋＋－－＋＋注：1＋＋：適用；＋：局部適用；－：不適用；2采取砂土試樣應(yīng)有防止試樣失落的補充措施；3有經(jīng)驗時，可用束節(jié)式取土器代替薄壁取土器。1〕探井或探槽中刻取塊狀土樣探井或探槽中刻取塊狀土樣〔又稱盒狀土樣〕的方法幾乎適用于各種土類，甚至軟巖。嚴格按規(guī)定所采取的土試樣質(zhì)量等級可達Ⅰ級。取樣的方法和要求如下。探井、探槽中采取的原狀土試樣宜用盒裝。土樣容器可采用φ120mm×200mm或120mm×120mm×200mm、φ150mm×200mm或150mm×150mm×200mm等規(guī)格。對于含有粗顆粒的非均質(zhì)土,可按試驗設(shè)計要求確定尺寸。土樣容器宜做成裝配式并具有足夠剛度,防止土樣因自重過大而產(chǎn)生變形。容器應(yīng)有足夠凈空,使土試樣盛入后四周上下都留10mm的間隙。盒狀土試樣的采取應(yīng)按以下步驟：①整平取樣處的外表；②按土樣容器凈空輪廓，除去四周土體，形成土柱，其大小比容器內(nèi)腔尺寸小20mm；③套上容器邊框，邊框上緣高出土樣柱約10mm，然后澆入熱蠟液，蠟液應(yīng)填滿土樣與容器之間的空隙至框頂，并與之齊平，待蠟液凝固后，將蓋板用螺釘擰上；④挖開土樣根部，使之與母體別離，再顛倒過來削去根部多余土料，至低于邊框約10mm，再澆滿熱蠟液，待凝固后擰上底蓋板。2〕利用取土器取樣利用各類取土器取樣是巖土工程勘察中最主要的取樣手段。根據(jù)取土器入土方式的不同，取樣方法可分為貫入方法和回轉(zhuǎn)方法，不同方法采用不同類型的取土器?；剞D(zhuǎn)型取土器主要用于較硬的黏性土、粉土、砂土及局部碎石土，所采取的土試樣質(zhì)量等級可達Ⅰ級。貫入型取土器中的薄壁取土器主要適用于較軟的黏性土，采取的土試樣質(zhì)量等級可達Ⅰ級；厚壁取土器適用的土類較廣泛，但所采取的土試樣質(zhì)量等級至多只能到達Ⅱ級。貫入型取土器的貫入方法，傳統(tǒng)上有壓入法和錘擊法，實際工程用得較多的是錘擊法中的重錘少擊法。應(yīng)注意的是，由于錘擊法在取樣過程中對土樣的擾動較大，土樣的質(zhì)量不易控制，國家標準《巖土工程勘察標準》〔GB50021—2001〕關(guān)于取土器的貫入方法的條文中已去掉“亦可采用重錘少擊方法〞一句，只規(guī)定“采取土試樣宜用快速靜力連續(xù)壓入法〞。“靜壓〞而且要“快速〞、“連續(xù)〞，這是保證土試樣質(zhì)量的三點重要措施。因此，對于貫入取土器的方法，只要能壓入的要優(yōu)先采用壓入法，特別是對軟土必須采用壓入法。壓入應(yīng)連續(xù)而不間斷，如用鉆機給進機構(gòu)施壓，那么應(yīng)配備有足夠壓入行程和壓入速度的鉆機。3〕其他取樣方法其他取樣方法包括：①由螺紋鉆頭能夠帶上黏性土及局部粉土等；②由巖芯鉆頭能夠提取土芯；③由標準貫入器能夠帶上土芯。這類土樣是勘探及原位測試的產(chǎn)品，由于所受的擾動較厲害，土試樣質(zhì)量等級至多只能到達Ⅲ級、甚至只有Ⅳ級。這類土樣主要供現(xiàn)場勘探時鑒定、描述土類及其特性，亦可用于土類定名試驗。3．取土器的技術(shù)規(guī)格取土器的技術(shù)規(guī)格是影響土試樣質(zhì)量的重要因素之一，它取決于取土器技術(shù)參數(shù)。取土器技術(shù)參數(shù)包括：取土器直徑、取土器長度、面積比、內(nèi)間隙比、外間隙比、刃口角度等。貫入型取土器技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合表.3的規(guī)定。回轉(zhuǎn)型取土器技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合表1.4.4.4的規(guī)定。貫入型取土器技術(shù)標準表.3取土器參數(shù)厚壁取土器薄壁取土器敞口自由活塞水壓固定活塞固定活塞面積比(%)13～20≤1010～13內(nèi)間隙比(%)O.5～l.50O.5～1.0外間隙比(%)0～2.0O刃口角度(o)<105～10長度(mm)400,550對砂土:(5～10)倍刃口內(nèi)徑；對黏性土:(10～15)倍刃口內(nèi)徑外徑(mm)75～89,10875,100襯管整圓或半合管,塑料、酚醛層壓紙或鍍鋅鐵皮制成無襯管,束節(jié)式取土器襯管同左注：1取樣管及襯管內(nèi)壁必須光滑圓整；2在特殊情況下取土器直徑可增大至150～250mm?；剞D(zhuǎn)型取土器技術(shù)標準表.4取土器類型外徑(mm)土樣直徑(mm)長度(mm)內(nèi)管超前說明雙重管(加內(nèi)襯管即為三重管)單動102711500固定可調(diào)直徑尺寸可視材料規(guī)格稍作變動,但土樣直徑不得小于7lmm140104雙動102711500固定可調(diào)1401044．取土器的類型取土器的種類繁多。按取土器入土方式的不同，可分為貫入型和回轉(zhuǎn)型。貫入型取土器按壁厚可分為厚壁取土器和薄壁取土器兩類，另有將厚壁取土器下端刃口段改為薄壁管的束節(jié)式取土器。薄壁取土器按取樣管內(nèi)有無活塞分為活塞式取土器和敞口式取土器?；钊饺⊥疗靼椿钊慕Y(jié)構(gòu)又可分為固定活塞式、水壓固定活塞式和自由活塞式。厚壁取土器為對開敞口式，按其上部封閉裝置又可分為活閥式〔上提活閥式、反旋活閥式〕和球閥式?；剞D(zhuǎn)型取土器按內(nèi)管是否回轉(zhuǎn)可分為單動三重〔或二重〕管式和雙動三重〔或二重〕管式。1〕厚壁取土器國內(nèi)傳統(tǒng)上使用最廣泛的為對開敞口式厚壁取土器。取土管為兩對開的半圓管，上部用絲扣與余土管連接，下端與管靴連接，內(nèi)裝的襯管大多使用鍍鋅鐵皮。拆卸取土管時，只要將余土管及管靴擰下，即可將對開管分開，取出盛滿土樣的襯管，再兩端加蓋密封。取土器上部有密封裝置，其功能為當土樣進入取土管時，土樣上部的水、氣、泥可以自由排出；當取土器上提時，自行封閉密封，防止土樣滑落。這類取土器結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，但與國際上慣用的取土器相比，性能相差甚遠，最理想的情況下所取土樣的質(zhì)量等級至多只到達Ⅱ級，故不能視為高質(zhì)量的取土器。另外，使用鍍鋅鐵皮襯管的主要弊病是襯管經(jīng)屢次使用后，形狀不能保持圓整，易生銹并黏附土塊，在試驗室掰開襯管時，土樣再次受擾動。故應(yīng)逐步淘汰鍍鋅鐵皮襯管而用塑料或酚醛層壓紙管取代。2〕敞口式薄壁取土器國外稱為謝爾貝(Shelby)管，它是一個帶刃口的薄壁開口圓筒形管，壁厚僅1.25～2.0mm,上端用螺絲與鉆桿連接。取土器上部設(shè)有排氣(水)孔和一個球形閥，以便在取樣時可以釋放氣、水壓力,阻擋水的重新進入,并在上提時使土樣上方保持密封。取土器的結(jié)構(gòu)簡單，所取土樣的質(zhì)量等級可達Ⅰ級。但因壁薄，不能在硬的和密實的土層中使用。由于上部球形閥的密封性問題，有時易逃土。3〕固定活塞式薄壁取土器這種取土器是在敞口式薄壁取土器內(nèi)增加一個活塞及與之連接的活塞桿，活塞桿穿過取土器頂部并沿鉆桿的中心延伸至地面。下放取土器時，將活塞置于取土器刃口端部，使活塞桿與鉆桿同步下放。到達取土深度后，在地面固定活塞桿與活塞的位置，再通過鉆桿壓入取樣管進行取樣。在取土過程中，活塞的位置沿深度是固定不變的，故稱為固定活塞式。活塞的作用在于：①下放取土器時，位于取樣管底部的活塞可以排擠開孔底的沉渣浮土直達預(yù)定取樣深度，使浮土不致進入取樣管；②取土過程中，取樣管下壓的深度與土樣進入取樣管的長度是相等的，可以限制土樣進入取樣管后頂端的膨脹上凸趨勢；③上提取土器時，活塞起到可靠的密封作用，可有效的防止逃土，同時由于活塞緊貼土樣頂部，不致像上提活閥或球閥密封所產(chǎn)生的過度負壓引起土樣擾動。固定活塞式取土器的取土質(zhì)量最高，且對于非常軟弱的飽和軟土，也能取上土樣。其缺乏之處在于，由于鉆桿內(nèi)還穿有活塞桿，兩套桿件系統(tǒng)接卸操作費事，工效不高。4〕水壓固定活塞式薄壁取土器這種取土器是針對固定活塞式具兩套桿件、操作費事的缺點而制造的改良型,國外以其創(chuàng)造者命名為奧斯特伯格〔Osterberg〕型取土器。仍屬固定活塞式取土器，但去掉了連至地面的活塞延伸桿。具有上下兩個活塞，下活塞為固定活塞〔相對于取土器頂部及鉆桿固定〕，上活塞為可動活塞，聯(lián)接在取樣管的上端。下放取土器時，上活塞處于最高位置，下活塞與取樣管口齊平。到達取樣深度后，將鉆桿〔連同下活塞及取土器外管〕固定，通過鉆桿施加水壓，推動上活塞連同取樣管向下貫入取樣。水壓式固定活塞取土器具有固定活塞取土器的根本優(yōu)點，省去了一套活塞延伸桿，操作較為方便。但取土器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水壓系統(tǒng)應(yīng)有較好的密封性能，因此取土器本錢提高；且增大了取土器的重量，使勞動強度增強；由于加壓及活塞系統(tǒng)錨固力的限制，一般只適用于采取較軟的土樣。5〕自由活塞式薄壁取土器將固定活塞式的活塞延伸桿去掉，僅保存由活塞通向取土器頂部的一段。不能在地面固定活塞，只能用裝置于取土器頂部的錐卡來限制活塞的反向位移。取樣時，土樣進入取樣管將活塞〔沿取樣管內(nèi)〕頂起，故稱為自由活塞。這種取土器結(jié)構(gòu)和操作均較簡單，但土樣上頂活塞受到一定的壓縮擾動，取樣質(zhì)量不如固定活塞式和水壓固定活塞式。6〕束節(jié)式取土器這是綜合厚壁和薄壁取土器的優(yōu)點而設(shè)計的一種取土器。將厚壁取土器下端刃口段改為薄壁管，此段薄壁管的長度一般不應(yīng)短于刃口直徑的三倍。可以大大減輕厚壁取土器面積比大的不利影響，使土樣質(zhì)量到達或接近Ⅰ級。7〕單動三重〔或二重〕管取土器屬回轉(zhuǎn)型取土器，主要用于中等以至較硬的土層。類似巖芯鉆探中的雙層巖芯管，取樣時外管旋轉(zhuǎn)、內(nèi)管不動，故稱單動。如在內(nèi)管內(nèi)再加襯管，那么成為三重管。代表性型號為丹尼森(Denison)型取土器，其內(nèi)管一般與外管齊平或稍超前于外管，內(nèi)管容納土樣、并保護土樣不受循環(huán)液的沖蝕。與巖芯鉆探一樣，回轉(zhuǎn)型取土器取樣時也需要使用循環(huán)液，循環(huán)液通過鉆桿送入取土器上部，經(jīng)內(nèi)外管之間的環(huán)形間隙進入取土器底部，然后沿取土器外壁向上，將切出的土屑輸送至地面。內(nèi)管稍超前于外管，能對土樣起一定的隔離保護作用。丹尼森型取土器需通過更換不同長度的外管鉆頭來改變內(nèi)管的超前長度。皮切爾(Pitcher)型取土器為丹尼森型取土器的改良型，其特點是內(nèi)管刃口的超前長度可通過一個豎向調(diào)節(jié)彈簧按土層軟硬程度自動調(diào)節(jié)。土質(zhì)硬時，彈簧壓縮量大，內(nèi)管相對于外管后退；土質(zhì)較軟時，彈簧壓縮量小，內(nèi)管伸長。這種取土器對軟硬交替的成層土取樣尤為適用。8〕雙動三重〔或二重〕管取土器這種取土器與單動管取土器的不同之處在于取樣時內(nèi)管〔取樣管〕與外管同時回轉(zhuǎn)，因此可切削進入堅硬的地層。當遇堅硬地層，單動管取土器不易貫入時才采用雙動管取土器。由于內(nèi)管回轉(zhuǎn)會產(chǎn)生較大的擾動影響，雙動管取土器也只適用于堅硬黏性土、密實砂礫以至軟巖。5．采取土試樣和巖石試樣的技術(shù)要求1〕在鉆孔中采?、?、Ⅱ級土試樣時，應(yīng)滿足以下要求：①在軟土、砂土中宜采用泥漿護壁；如使用套管，應(yīng)保持管內(nèi)水位等于或稍高于地下水位，取樣位置應(yīng)低于套管底三倍孔徑的距離；②采用沖洗、沖擊、振動等方式鉆進時，應(yīng)在預(yù)計取樣位置1m以上改用回轉(zhuǎn)鉆進；③下放取土器前應(yīng)仔細清孔，去除擾動土，孔底殘留浮土厚度不應(yīng)大于取土器廢土段長度(活塞取土器除外)；④采取土試樣宜用快速靜力連續(xù)壓入法。2〕在鉆孔中采取Ⅰ、Ⅱ級砂樣時，可采用原狀取砂器，并按相應(yīng)的行業(yè)標準《原狀取砂器》〔JG/T5061.10—1996〕執(zhí)行。3〕Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級土試樣應(yīng)妥善密封，防止?jié)穸茸兓?，嚴防曝曬或冰凍。在運輸中應(yīng)防止振動，保存時間不宜超過三周。對易于振動液化和水別離析的土試樣宜就近進行試驗。4〕巖石試樣可利用鉆探巖芯制作或在探井、探槽、豎井和平洞中刻取。采取的毛樣尺寸應(yīng)滿足試塊加工的要求。在特殊情況下，試樣形狀、尺寸和方向由巖體力學(xué)試驗設(shè)計確定。***6．水和土腐蝕性評價的取樣技術(shù)要求1〕采取水試樣的根本規(guī)定和要求：①水試樣應(yīng)能代表天然條件下的水質(zhì)情況；②簡分析水樣取100ml，分析侵蝕性二氧化碳的水樣取500ml，并加大理石粉2～3g，全分析水樣取300ml；③取水容器要洗凈，取樣前應(yīng)用水試樣的水對水樣瓶反復(fù)沖洗三次；④采取水樣時應(yīng)將水樣瓶沉人水中預(yù)定深度緩慢將水注入瓶中，嚴防雜物混入，水面與瓶塞間要留lcm左右的空隙；⑤水樣采取后要立即封好瓶口，貼好水樣標簽，及時送化驗室；⑥水試樣應(yīng)及時試驗，清潔水放置時間不宜超過72小時，稍受污染的水不宜超過48小時，受污染的水不宜超過12小時；⑦水試樣的采取和試驗工程應(yīng)符合水的腐蝕性試驗的規(guī)定。2〕當有足夠經(jīng)驗或充分資料，認定工程場地的土或水(地下水或地表水)對建筑材料不具腐蝕性時，可不取樣進行腐蝕性評價。否那么，應(yīng)取水試樣或土試樣進行試驗，并評定其對建筑材料的腐蝕性。采取水試樣和土試樣應(yīng)符合以下規(guī)定：①混凝土或鋼結(jié)構(gòu)處于地下水位以下時，應(yīng)采取地下水試樣和地下水位以上的土試樣，并分別作腐蝕性試驗；②混凝土或鋼結(jié)構(gòu)處于地下水位以上時，應(yīng)采取土試樣作土的腐蝕性試驗；③混凝土或鋼結(jié)構(gòu)處于地表水中時，應(yīng)采取地表水試樣，作水的腐蝕性試驗；④水和土的取樣數(shù)量每個場地不應(yīng)少于各2件，對建筑群不宜少于各3件。井探、槽探和洞探1．井探利用探井進行勘探的方法稱為井探。探井可根據(jù)巖土條件采用人工挖掘或爆破法形成。探井的種類可根據(jù)開口形狀分為圓形、橢圓形、方形和長方形等。圓形探井在水平方向上能夠承受較大的側(cè)壓力，比其它形狀的探井平安。矩形斷面那么較便于人力挖掘。當巖性較松軟、井壁易坍塌時需采取支護措施。需要支護的探井常采用方形或長方形。探井平面面積不宜太大，一般以便于操作和取樣即可。井探方法能在探井中直接觀察巖土體及其分布，詳細描述巖土特性和分層情況，可以直接量測巖土層的分層界線位置，并且在探井中可以采取質(zhì)量較高的土試樣。因此，在地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)和一些特殊性巖土地區(qū)〔如濕陷性土、膨脹巖土、風(fēng)化巖和殘積土地區(qū)〕進行勘探和取樣，常需布置適量探井。但探井存在速度慢、勞動強度大和不太平安等缺點。2．槽探利用探槽進行勘探的方法稱為槽探。探槽一般用鍬、鎬挖掘，當遇大塊碎石、堅硬土層或風(fēng)化基巖時，亦可采用爆破法。探槽的挖掘深度較淺，一般在覆蓋層小于3m時使用，其長度系根據(jù)所了解的地質(zhì)條件和需要決定，寬度和深度那么根據(jù)覆蓋層的性質(zhì)和厚度決定。當覆蓋層較厚，土質(zhì)較軟易塌時，挖掘?qū)挾刃柽m當加大，甚至側(cè)壁需挖成斜坡形。當覆蓋層較薄，土質(zhì)密實時，寬度亦可相應(yīng)減小至便于工作即可。探槽一般適用于了解覆蓋層厚度、地質(zhì)構(gòu)造線位置、斷層破碎帶寬度、不同地層巖性的分界線、巖脈寬度及其延伸方向等，也可在探槽中采取巖石試樣和質(zhì)量較高的土試樣。3．豎井和平洞豎井和平洞一般在巖層中采用爆破法掘進，主要用于大壩壩址、大型地下工程、大型邊坡等大型工程的勘察。豎井深度可達數(shù)十米。平洞可以從山坡向山體內(nèi)水平或斜向掘進，也可從豎井底部向水平方向掘進。豎井和平洞的施工方法、施工設(shè)備以及支護、排水、通風(fēng)等技術(shù)措施都比較復(fù)雜，費用高昂，故勘探前應(yīng)制定周密的方案。4．井探、槽探和洞探的適用范圍和要求1〕當鉆探方法難以準確查明地下情況時，可采用探井、探槽進行勘探。在壩址、地下工程、大型邊坡等勘察中，當需詳細查明深部巖層性質(zhì)、構(gòu)造特征時，可采用豎井或平洞，豎井和平洞的深度、長度、斷面按工程要求確定。2〕探井斷面可用圓形或矩形。圓形探井直徑可取0.8m～1.0m,矩形探井可取0.8m×1.2m。根據(jù)土質(zhì)情況，需要適當放坡或分級開挖時，井口可大于上述尺寸。3〕探井、探槽的深度不宜超過20m，探井的深度不宜超過地下水位。掘進深度超過10m,必要時應(yīng)向井、槽底部通風(fēng)。遇大塊孤石或基巖，用一般方法不能掘進時，可采用控制爆破方式掘進。4〕土層易坍塌、又不允許放坡或分級開挖時，對井、槽壁應(yīng)設(shè)支撐保護。根據(jù)土質(zhì)條件可采用全面支護或間隔支護。全面支護時，應(yīng)每隔0.5m及在需要著重觀察部位留下檢查間隙。5〕探井、探槽開挖過程中的土石方必須堆放在離井、槽口邊緣至少1.Om以外的地方。雨季施工應(yīng)在井、槽口設(shè)防雨棚、開排水溝，防止地面水及雨水流入井、槽內(nèi)。6〕對探井、探槽和探洞除文字描述記錄外，尚應(yīng)以剖面圖、展示圖等反映井、槽、洞壁和底部的巖性、地層分界、構(gòu)造特征、取樣和原位試驗位置，并輔以代表性部位的彩色照片。***工程物探巖土工程勘察中可在以下方面采用地球物理勘探：①作為鉆探的先行手段，了解隱蔽的地質(zhì)界線、界面或異常點；②在鉆孔之間增加地球物理勘探點,為鉆探成果的內(nèi)插、外推提供依據(jù)；③作為原位測試手段，測定巖土體的波速、動彈性模量、動剪切模量、卓越周期、電阻率、放射性輻射參數(shù)、土對金屬的腐蝕性等。應(yīng)用地球物理勘探方法時，應(yīng)具備以下條件：①被探測對象與周圍介質(zhì)之間有明顯的物理性質(zhì)差異；②被探測對象具有。一定的埋藏深度和規(guī)模，且地球物理異常有足夠的強度；③能抑制干擾，區(qū)分有用信號和干擾信號；④在有代表性地段進行方法的有效性試驗。地球物理勘探，應(yīng)根據(jù)探測對象的埋深、規(guī)模及其與周圍介質(zhì)的物性差異，選擇有效的方法。地球物理勘探成果判釋時，應(yīng)考慮其多解性，區(qū)分有用信息與干擾信號。需要時應(yīng)采用多種方法探測，進行綜合判釋，并應(yīng)有物探參數(shù)或一定數(shù)量的鉆孔驗證。工程物探的方法種類繁多，適用范圍各異。以下就主要的物探方法介紹其根本原理。1．電法電法可分為電位法、電阻率法、激發(fā)極化法等。1〕電位法巖〔土〕層具有電阻，當電流通過時，兩點之間就會產(chǎn)生一定的電位差。由于不同巖層或同一巖層的成分和結(jié)構(gòu)等不同，具有不同的電阻率，固定點和不同測量點之間的電位也就不同。因此，使用一個固定電極和一個流動電極，將固定電極布于測區(qū)內(nèi)某一固定點上，用流動電極沿線逐漸移動，觀測各移動點相對于固定點電位的變化，從而了解財土層的分布和地質(zhì)構(gòu)造、地下水等的方法。電位法可分為充電法和自然電場法。①充電法：充電法是將一供電極接于良導(dǎo)性的地質(zhì)體上，另一極置于足夠遠處接地，以使該電極產(chǎn)生的電場實際上對觀測電場不產(chǎn)生影響。根據(jù)地面觀測的電場分布性質(zhì)〔等位線的形狀〕，即可得到良導(dǎo)體的形狀、大小。②自然電場法：自然電場法不用人工供電，是通過儀器測定一定地質(zhì)條件下的自然電場，用以解釋地質(zhì)問題的方法。2〕電阻率法不同巖〔土〕層或同一巖〔土〕層由于成分和結(jié)構(gòu)等不同，因而具有不同的電阻率。將直流電通過接地電極供入地下，建立穩(wěn)定的人工電場，在地表觀測某點垂直方向或某剖面的水平方向的電阻率變化，從而了解巖〔土〕層的分布或地質(zhì)構(gòu)造特點的方法，稱為電阻率法。電阻率法可分為電阻率測深法和電阻率剖面法。①電阻率測深法：電阻率測深法是在地表以某一點為中心〔測深點〕，用不同供電極距測量不同深度巖〔土〕層的電阻率值，以獲得該點處的地質(zhì)斷面的方法。②電阻率剖面法：電阻率剖面法是測量電極和供電電極的裝置不變，而測點沿某方向移動，探測某深度內(nèi)巖〔土〕電阻率的水平變化的方法。2．電磁法電磁法可分為頻率測深法、電磁感應(yīng)法、地質(zhì)雷達、地下電磁波法〔無線電波透視法〕等。①頻率測深法：由于巖石感應(yīng)作用，交變電磁場在地下的分布情況隨頻率而變化。頻率低、向地下穿透深，反映深部地層情況；頻率高、穿透淺，反映淺部地層情況。因此，只要改變電磁場的頻率就可以反映出不同深度的地質(zhì)情況。頻率測深法是改變交變電磁場的頻率來控制探測深度，找出巖土層電阻率隨深度的變化情況，借以判釋地層分布及地質(zhì)構(gòu)造。②電磁感應(yīng)法：地面電磁法是在地面上用人工方法產(chǎn)生一個交變電磁場，向下傳播，稱一次場。當?shù)叵掠袑?dǎo)體時，受到感應(yīng)，感應(yīng)電流又產(chǎn)生一交變電磁場傳回地面，稱二次場，它與一次場的頻率相同。根據(jù)需探測的地質(zhì)體和圍巖之間導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性的差異，應(yīng)用上述電磁感應(yīng)原理，觀測二次場或一次場與二次場疊加后形成的總場強度、方向、空間分布規(guī)律和隨時間變化的特性來解釋地質(zhì)問題。③地質(zhì)雷達：地質(zhì)雷達沿用對空雷達的原理。發(fā)射機以脈沖形式發(fā)射電磁波，一局部沿著空氣和介質(zhì)〔如巖石〕的分界面?zhèn)鞑?，?jīng)過時間t0后到達接收天線,為接收機所接收,稱為直達波；另一局部傳入介質(zhì)中，在介質(zhì)中假設(shè)遇電性不同的另一介質(zhì)體〔如其它巖層、洞穴等〕，就發(fā)生反射和折射，經(jīng)tS時間后反射波回到接收天線，為接收機所接收稱為回波。直達波比回波的行程短、速度快，因而最早到達接收天線。根據(jù)接收到的兩種涉及其傳播時間，從而判斷介質(zhì)體的存在并估算其埋藏深度。④地下電磁波法〔無線電波透視法〕：由于巖〔土〕電性的不同，以電磁波的吸收具有差異。當?shù)刭|(zhì)體的電性與圍巖差異較大時，通過它們的電磁能的衰減亦明顯不同。良導(dǎo)體對電磁能強烈地吸收，對無線電波起屏蔽作用。因此，如果在電磁波發(fā)射與接收之間出現(xiàn)良導(dǎo)體，那么接收信號大大減弱，甚至接收不到，形成所謂的陰影區(qū)。從不同角度和方向發(fā)射和接收無線電波，可以得到不同的陰影區(qū)，從而判釋出該地質(zhì)體存在的位置和形狀。3．地震波法由于巖〔土〕的彈性質(zhì)不同，彈性波在其中的傳播速度也不同，利用這種差異，通過人工激發(fā)的彈性波在地下傳播的特點即可判定地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等。