工程地质钻探的概念

工程地质钻探是获取地表下准确的地质资料的重要的方法，而且通过钻探的钻孔采取原状岩土样和做现场力学试验也是工程地质钻探的任务之一。

钻探是指在地表下用钻头钻入地层的勘探方法。在地层内钻成直径较小并具有相当深度的圆通形孔眼的孔称为钻孔。通常将直径大于等于800mm以上的钻孔称为大直径钻井。

钻孔的要素如图所示。钻孔上部口径较大，下部口径较小，成阶梯状。钻孔的上部为孔口，底部为孔底；四周侧壁为孔壁。钻孔断面的直径为孔经；由大孔经改为小孔经称换经。从孔口到孔底的距离为孔深。

工程地质钻探可根据岩土破碎的方式，将钻进的方法分为以下四种：

冲击钻进

冲击钻进法采用底部圆环状钻头。钻进时将钻具提升到一定高度，利用钻具自重，迅猛放落，钻具在下落时产生冲击动能，冲击孔底岩土层，使岩土层达到破碎之目的而加深钻孔。

回转钻进

回转钻进法采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进。钻进中施加钻压，使钻头在回转中切入岩土层，达到加深钻孔的目的。在土质地层中钻进，有时为有效地完整地揭露标准地层，还可以采用勺形钻钻头进行钻进。

冲击-回转钻进

冲击-回转钻进综合了前两种钻进方法在地层钻进中的优点，以达到提高钻进效率的目的。其工作原理是：在钻进过程中，钻头克取岩石时，施加一定的动力，对岩石产生冲击作用，使岩石的破碎速度加快，破坏粒度比回转剪切粒度增大。同时由于冲击力的作用使硬质合金刻入岩石深度增加，在回转中将岩石剪切掉。这样就大大提高了钻进的效率。

冲击-回转-振动钻进

冲击-回转-振动钻进综合了前三种钻进方法在地层钻进中的优点，以达到提高钻进效率的目的。采用机械动力所产生的振动力，通过连接杆和钻具传到圆筒形钻头周围土中。由于震动器高速振动的结果，圆筒钻头依靠钻具和振动器的重量使得土层更容易被切削钻进，切钻进速度较快。

造成土试样扰动有三个原因：

一是外界条件引起的土试样的扰动，如钻进工艺、钻具选用、钻压、钻速、取土方法选择等。若在选用上不够合理时，都能造成其土质的天然结构被破坏。

二是采样过程造成的土体中应力条件发生了改变，引起图样内的质点间的相对位置位移和组织结构的变化，甚至出现质点间的原由粘聚力的破坏。

三是采取土样时，需用取土器采取。但不论采用何种取土器，它都有一定的壁厚、长度和面积。当切如土层时，会使土样产生一定的压缩变形。壁愈厚所排开土体愈多，其变形量愈大，这就造成土样更大的扰动。

从上述可见，所谓原状土试样实际上都不可避免地遭到了不同程度的扰动。为此，在采取土试样过程中，应力求减小对试样的扰动，要尽力排除各种可能增大扰动量的因素。

按照取样方法和试验目的，岩土工程勘察规范对土试样的扰动程度分成如下的质量等级：

一级—不扰动，可进行试验项目有：土类定义、含水量、密度、强度系数、变形参数、固结压密系数。

二级—轻微扰动，可进行的试验项目有：土类定义、含水量、密度。

三级—显著扰动，可进行的试验项目有：土类定义、含水量。

四级—完全扰动，可进行的试验项目有：土类定义。

在钻孔取样时，采用薄壁取土器所采得的土样定为一～二级；

对于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土样定为二～三级；

对于采用标准贯入器、螺纹钻头或岩芯钻头所采得的粘性土、粉土、砂土和软岩的试样皆定义为三～四级。

从上可见，为取得一级质量的土试样，普遍采用薄壁取土器来采取，以满足土工试验全部的物理力学参数的正确获得。

减少土试样扰动的注意事项

为保证土样少受扰动，采取土试样的前后及过程中应注意如下事项：

合理的钻进方法是保证取得不扰动土样的前提。

也就是说，钻进方法的选用首先应着眼于确保孔底拟取土样不被扰动。这一点几乎对任何种土样都适用，而对结构敏感或不稳定的土层尤为重要。从国内外的经验看，主要有以下几点要求：

1）在结构性敏感土层和较疏松砂土层中需采用回转钻进，而不得采用冲击钻进；

2）以泥浆护孔，可以减少扰动。并注意在孔中保持足够的静水压力，防止因孔内水位过低而导致孔底软粘性土或砂层产生松动或涌起；

3）取土钻孔的孔径要适当，取土器与孔壁之间要有一定的距离，避免下放取土器时切削孔壁，挤进过多的废土。尤其在软土钻孔中，时有缩径现象，则更需加大取土器与孔壁的间隙。钻孔应保持孔壁垂直，以避免取土器切刮孔壁；

4）取土前的一次钻进不宜过深，以免下部拟取土样部位的土层受扰动。并且在正式取土前，把已受一定程度扰动的孔底土柱清理掉，避废土过多，取土器顶部挤压土样；

5）取土深度和进土深度等尺寸，在取土前都应丈量准确。

取土过程中，如提升取土器、拆卸取土器等每个操作工序，均应细致稳妥，以免造成扰动。

取出的土应及时用蜡密封，并注明上下，贴上标签，作好记录；

另外（即除了钻探过程的问题外），在土样封存、运输和开工做试验时，都应注意避免扰动。严防振动、日晒、雨淋和冻结。