工程地質(zhì)勘探
包括工程地球物理勘探、鉆探和坑探工程等內(nèi)容。
①工程地球物理勘探。簡(jiǎn)稱工程物探,其目的是利用專門(mén)儀器,測(cè)定各類(lèi)巖、土體或地質(zhì)體的密度、導(dǎo)電性、彈性、磁性、放射性等物理性質(zhì)的差別,通過(guò)分析解釋判斷地面下的工程地質(zhì)條件。它是在測(cè)繪工作的基礎(chǔ)上探測(cè)地下工程地質(zhì)條件的一種間接勘探方法。按工作條件分為地面物探和井下物探(測(cè)井);按被探測(cè)的物理性質(zhì)可分為電法、地震、聲波、重力、磁法、放射性等方法。工程地質(zhì)勘察中常用的地面物探為電法中的視電阻率法,地震勘探中的淺層折射法,聲波勘探等;測(cè)井則多采用綜合測(cè)井。
物探的優(yōu)點(diǎn)在于能經(jīng)濟(jì)而迅速地探測(cè)較大范圍,且通過(guò)不同方向的多個(gè)剖面獲得的資料是三維的。以這些資料為基礎(chǔ),在控制點(diǎn)和異常點(diǎn)上布置勘探、試驗(yàn)工作,既可減少盲目性,又可提高精度。測(cè)井則可增補(bǔ)鉆探工作所得資料并提高其質(zhì)量。開(kāi)展多種方法綜合物探,根據(jù)綜合成果進(jìn)行對(duì)比分析,可以顯著提高地質(zhì)解釋的質(zhì)量,擴(kuò)大物探解決問(wèn)題的范圍,縮短工程地質(zhì)勘探周期并降低其成本。由于物探需要間接解釋,所以只有地質(zhì)體之間的物理狀態(tài)(如破碎程度、含水率、喀斯特化程度)或某種物理性質(zhì)有顯著差異,才能取得良好效果。
②鉆探和坑探。采用鉆探機(jī)械鉆進(jìn)或礦山掘進(jìn)法,直接揭露建筑物布置范圍和影響深度內(nèi)的工程地質(zhì)條件,為工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的工程地質(zhì)剖面的勘察方法。其任務(wù)是:查明建筑物影響范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造,了解巖層的完整性或破壞情況,為建筑物探尋良好的持力層(承受建筑物附加荷載的主要部分的巖土層)和查明對(duì)建筑物穩(wěn)定性有不利影響的巖體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)面(如軟弱夾層、斷層與裂隙);揭露地下水并觀測(cè)其動(dòng)態(tài);采取試驗(yàn)用的巖土試樣;為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或長(zhǎng)期觀測(cè)提供鉆孔或坑道。
鉆探比坑探工效高,受地面水、地下水及探測(cè)深度的影響較小,故廣為采用。但不易取得軟弱夾層巖心和河床卵礫石層樣品,鉆孔也不能用來(lái)進(jìn)行大型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。因此,有時(shí)需采用大孔徑鉆探技術(shù),或在鉆孔中運(yùn)用鉆孔攝影,孔內(nèi)電視或采用綜合物探測(cè)井以彌補(bǔ)其不足。但在關(guān)鍵部位還需采用便于直接觀察和測(cè)試目的層的平洞、斜井、豎井等坑探工程。
鉆探和坑探的工作成本高,故應(yīng)在工程地質(zhì)測(cè)繪和物探工作的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同工程地質(zhì)勘探階段需要查明的問(wèn)題,合理設(shè)計(jì)洞、坑、孔的數(shù)量、位置、深度、方向和結(jié)構(gòu),以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質(zhì)資料,并保證必要的精度。
鉆探過(guò)程中有三個(gè)基本程序:
破碎巖土:在工程地質(zhì)鉆探中廣泛采用人力和機(jī)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(xiàn)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(lái)實(shí)現(xiàn)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(jī)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(jìn)行鉆探工作,必須保護(hù)好孔壁,不使其坍塌。一般使用套管和泥漿來(lái)護(hù)壁。
工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式,將鉆進(jìn)的方法分為以下四種:
沖擊鉆進(jìn)
沖擊鉆進(jìn)法采用底部圓環(huán)狀鉆頭。鉆進(jìn)時(shí)將鉆具提升到一定高度,利用鉆具自重,迅猛放落,鉆具在下落時(shí)產(chǎn)生沖擊動(dòng)能,沖擊孔底巖土層,使巖土層達(dá)到破碎之目的而加深鉆孔。
回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)
回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中施加鉆壓,使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切入巖土層,達(dá)到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進(jìn),有時(shí)為有效地完整地揭露標(biāo)準(zhǔn)地層,還可以采用勺形鉆鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)綜合了前兩種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。其工作原理是:在鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆頭克取巖石時(shí),施加一定的動(dòng)力,對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊作用,使巖石的破碎速度加快,破壞粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時(shí)由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻入巖石深度增加,在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大提高了鉆進(jìn)的效率。
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)綜合了前三種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。采用機(jī)械動(dòng)力所產(chǎn)生的振動(dòng)力,通過(guò)連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周?chē)林小S捎谡饎?dòng)器高速振動(dòng)的結(jié)果,圓筒鉆頭依靠鉆具和振動(dòng)器的重量使得土層更容易被切削鉆進(jìn),切鉆進(jìn)速度較快。
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