工程地质钻探

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1、第四章工程地质钻探和工程施工钻探工程钻探:工程地质钻探工程施工钻井（孔）的方法2021/7/181工程钻探根据钻探的目的可分为：1.工程地质钻探（工程地质勘察钻探）主要位工程地质勘探服务和用于工程基础勘查的钻探工作。2.工程施工钻探作为某种工程施工手段的钻探工作成为工程施工钻探，这种技术目前应用的范围日益扩大。2021/7/182第一节工程地质钻探一、工程地质钻探的目的、分类和特点：（一）工程地质钻探的目的1.揭露并划分地层，鉴定和描述岩土的性质和成分；2.查明地质构造，不利地质现象的分布界限及形态等；3.

2、对孔内采取的岩石样品，进行分析实验，搞清岩石的物理、力学性质；4.查明地下水的类型，水位测量，采取水样，分析地下水的物理化学性质。5.在钻孔内进行原位测试。2021/7/183（二）工程地质钻探的分类1.测绘孔：为工程测绘而钻的浅孔，在孔中采取原状样品公室内实验适用，以查清建筑物基础的工程地质特征；2.勘探孔：在勘察阶段中，了解建筑物基础的详细地质资料，决定施工方法：3.控制孔：是为编制岩性和水文地质剖面进行工程地质分层；4.实验孔：是为在孔内进行原位测试水文地质试验而钻的孔。2021/7/184(三)工程

3、地质钻探的特点1.孔浅，一般50米以内；2.取未扰动和原状土样；3.孔内进行多种多样试验，时间较长，完成后必须止水，以防止地下水的侵入；4.钻进条件变化大，勘察对象分散。二、工程地质钻进方法和工具（一）人力钻探、岩芯钻探、人力冲击钻探、人力回转钻探、小径机械回转钻进及小径冲击回转钻进。2021/7/185图4-1洛阳铲（1）-弧形铲（2）、（3）-圆形铲（4）-掌形铲（5）-软湿黏土铲（6）-稀泥铲（7）-稀泥铲（8）-水位以下的稀泥铲（9）-砂土和淤泥稀泥铲（10）-风化的岩石铲2021/7/186（二）

4、机械振动钻进1.振动钻进应用范围砂、亚砂、亚粘土、粘土地层；孔浅时，钻进效率较高，孔深和岩石较硬时，钻进效率低。2.机械振动原理振动器带动钻杆和钻头产生周期振动，使周围岩层和土层也产生振动。由于振动频率较高，岩土层抗剪强度降低，在钻具和振动器自重及振动力的联合作用下，使钻头切入岩土层，从而实现钻进。（见图4－1）2021/7/187图4-2双轮双轴振动器作用原理示意图1—齿轮2—轴3—偏心轮2021/7/188（1）共振理论振动沉管是将振动打桩锤和沉管刚性连接，形成一个振动体系。当启动振动锤，锤内两组对称的

5、偏心块通过齿轮控制做相反方向但同步的旋转运动，转动时产生的惯性离心力水平分力相互抵消，垂直分力大小相等方向相同，相互叠加，从而产生忽上忽下周期性的激振力，使沉管上下振动。当沉管的振动频率与地基土的自振频率一致时，土体发生共振，土中的结合水释放出来成为自由水，颗粒间粘结力急剧下降，呈现液化状态，土体对沉管表面的摩阻力，对沉管的端阻力均大为降低，沉管在自重和附加荷载作用下沉入到预定深度。2021/7/189（2）振动冲击理论这种理论认为，地基土的性质是多样的，所以其自振频率也各不相同。因此，振动锤的强迫振动频率

6、不易与地基土颗粒的自振频率接近，甚至相差很远。因此，桩管下沉不单是靠自重破坏桩前端的土层，而是由于桩管在振动时有很高的振动速度，使桩管上产生很大的冲击力且作用于桩尖上，致使桩尖破土下沉。振动冲击锤就是根据此理论设计的。图4-3振动冲击结构示意图1.振动器外壳；2.偏心块；3.锤头；4.连接弹簧；5.振击板；6.沉管2021/7/1810图4-41-碎岩工具；2-钻杆；3-顶帽；4-振动器；5-吊绳；6-滑车；7-提升钢绳；8-绞车2021/7/18113.振动钻进可用两种方式实现(1)振动器在孔上的上位冲锤

7、（地表冲击筒）；（2）振动器在孔下的下位冲锤（潜孔冲击筒）两种方法比较起来，下位冲锤方式可以提高机械钻速，扩大振动钻的应用范围，使振动钻进的孔深可达25～30米及钻进4～5级的岩石。2021/7/18124.用于地质勘探工作的振动器应满足下列要求：（1）有足够的振动力以产生大的振幅，但不应超过设备和钻具的允许值；（2）振动器自重应尽可能小些，自重大将使无益功增加和使钻杆上部变形；（3）振动器所有零件在工作时要牢固可靠，（4）振动器振动频率不低于100次/min，一般为1200～1500次/min；振动频率小

8、，则效率低；（5）振动器工作时，要求最大振动力应比钻具或其它下沉的重量大20～30％，振动器振动可调，最大振动力正比于偏心轮的重量、偏心距、转数的平方。改变这三个参数的大小就能调节振动力大小。2021/7/18135.振动钻钻头带有切口的空心钻（Φ73～168mm）切口有一、二、三个，切口多，强度和刚度低，钻头钻进时容易扭曲或劈开，管体内带有半含式容纳管。图4-5振动沉管示意图2021/7/1814振动钻头202