工程地质钻探和工程施工钻探.ppt

2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,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,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,2,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。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,3,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.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。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,4,（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。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,5,(三)工程地质钻探的特点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。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,6,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,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,7,（二）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41）,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,8,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,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,9,（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。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,10,（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,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,11,图4-4 1-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,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,12,3.振动钻进可用两种方式实现(1)振动器在孔上的上位冲锤（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2530米及钻进45级的岩石。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,13,4.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12001500次/min；振动频率小，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2030，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。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,14,5.振动钻钻头 带有切口的空心钻（73168mm）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,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,15,振动钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,16,有二个或三个纵切口的振动钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,17,（三）螺旋钻进方法 1.概念：螺旋钻进方法是干式钻进，利用螺旋钻头，不断地回转将岩粉输送到地面或用螺旋钻杆本身将岩屑提到地表地一种钻进方法。孔径多为120200mm；孔深为2550m最深不超过100m。它适用于14级软岩层。2.螺旋钻具 螺旋钻头和螺旋钻杆。（1）螺旋钻头由钻头体、翼片、螺旋带和连接部分组成。翼片上镶有阶梯状布置得硬质合金切削具，在外径上也镶有合金片，以保持孔径。钻头体上焊有一段螺旋带，以与钻杆螺旋带连接。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,18,便于输送岩粉屑。钻头直径应比钻杆直径大1020mm，以减小钻杆柱与孔壁的摩擦力。钻头有二翼、三翼、四翼状，也可用牙轮钻头。,图4-6 螺旋钻头1-钻头体；2-螺旋带；3-翼片；4-硬质合金切削具；5-销子；6-定位器,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,19,（2）螺旋钻杆由芯管、螺旋带和连接部分组成。芯管为无缝钢管，外面焊有钢制螺旋带。钻杆一端有方形套，另一端有方形杆，两根钻杆插接，插销钉固定。钻杆螺旋带与芯管的交线称为内螺旋线，螺旋线的外缘称为外螺旋线。内外螺旋线螺距相等。,螺旋钻杆1-心管；2-螺旋带；3-六角形套；4-六角形杆,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,20,螺旋叶片坯料及加工图,螺旋线展开图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,21,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,22,3.长螺旋钻进,螺旋线参数,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,23,螺旋钻排粉原理图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,24,4.螺旋钻进的特点优点：（1）在软岩层中钻进，钻进效率高。（2）不用循环冲洗液，减少钻进辅助工作，适于缺水，无水地区和漏失层中钻进。（3）螺旋钻杆回转时，向孔壁挤压岩粉，可在孔壁上形成一层较致密的泥皮，有加固孔壁的作用。（4）钻进中连续排粉，因而节省了升降工序的时间。（5）定时取样，基本上能满足地质要求。缺点：（1）只能钻进软地层。（2）在粘结性粘土层中钻进阻力大，因而钻进有困难。（3）钻进所需功率大，孔深因而受到限制。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,25,三、工程地质钻探设备 由于工程地质勘察规模日益增大，地下建筑工程日益增多，以往用岩芯钻机代替已满足不了实际工作的需要，现已发展的不同类型的专用钻机。下面介绍几种：SH302型：孔深30m，开孔直径142mm，终孔直径110mm。汽油机或电动机，回转冲击，取原状土样，适用于各种第四纪松散地层。GJD2型：孔深50m，开孔直径150mm，终孔直径110mm，柴油机或电动机，回转冲击振动静压，取土样或岩芯，适用于第四纪地层。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,26,第二节 采取砂土样品 样品采取的目的：获得准确的工程地质资料，样品根据在采集过程中受扰动的程度可以分为原状样品和扰动样品。1.原状土样是指天然成分和结构未被破坏的样品用原状土样,可以测定土层在自然状态下的各种物理力学指标，对岩土层作出正确的评价，从而为各类工程建筑提供可靠的设计依据。采取原状样品所用的工具是取土器。2.扰动样品是指天然成分和结构受到破坏的样品。扰动样品是在钻进过程中采集被排至孔外的土屑作为样品。可以采用螺旋钻进、振动钻进、反循环钻进以及其他钻进方法。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,27,一、取土器的设计要求和技术参数（一）、取土器的设计要求 1.取土器进入土层要顺利，提取时不掉土，所取天然土样符合天然状态下的原状态下的原始结构。2.结构简单，便于加工和操作。3.要考虑土样顶端所所受的压力，包括钻孔中的水拄压力、大气压及土样与取土筒内的阻力所产生的压密。4.要考虑土样下端所受的吸力，包括真空吸力、土样本身的内聚力和土样自重。5.要考虑取土器进入土层的方法、进入土层的深度和取土器的技术参数等。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,28,1.直径 取土器直径的大小，关系到土样质量。按工业与民用建筑工程地质勘察规范规定：取土器的内径不宜小于89毫米。设计取土器直径应考虑下列因素：取土方法：取土时土样与取土筒内壁产生摩擦而造成土样边缘扰动，此扰动带的宽度与取土方法、土层性质等有关。根据已有资队当取土器技术参数选择适当，采用压入或重锤少击法取土比扰动带的宽度一般在10毫米左右。,（二）取土器的技术参数,土层性质；对于易扰动的软土，取土器直径不应小于100毫米；湿陷性黄土不应小于120毫米，砂土可采用直径较小的取土器，以免提取时脱落土样。环刀直径目前土工试验所用的环刀直径，其规格有多种，土样直径除去扰动带宽度后，尚应稍大于环刀直径。,图4-8 取土器直径,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,29,2.内间距比 取土管内径(Ds)和管靴刃口内径（De)之差与刃口内径之比称内间距比Ci)。,3.外间距比 取土器管靴外径(Dw)和取土管外径(Dt)之差与取土管外径之比称外间距比(c。)。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,30,4.面积比 取土器最大断面积和原状土样断面积之差与原状土样断面积之比称面积比(A r)。,4-1表 取土器参数,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,31,管靴刃口形式图1单倾斜刃口;2双倾斜刃口,管鞋刃口渐缩束节形式图1管鞋;2取土器,5.管靴刃口的形式及角度 管靴刃口的形式概括起来有两种；即单倾斜刀口和双倾斜刀口。我国采用较多的是单倾斜刃口。单倾斜刃口的角度一般为10度左右。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,32,6.取土管形式及长度 目前常采用的取土管形式有三种：圆筒式、半合焊接式及可分半合式。使用最普遍是可分半合式取土管。取土管长度应考虑取土器直径、试验时对土样长度的要求及土的种类。7.土样顶、底部压力控制 为了使土样能进入取土器和防止提出取土器时由于静水压力而使土样脱落，取土器上部应装有活门，以控制顶部压力。提起取土器时，下部形成真空，影响所及，土样易于脱落；为防止脱落，应设置防脱落机构。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,33,取土器技术参数,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,34,限制球阀取土器1-接头;2-调节垫片;3-调节螺丝;4-弹簧;5-球;6-异径接头;7-余土管;8-取土衬筒;9-取土管;10-管靴,二、取土器,1.限制球阀式取土器,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,35,上提活阀式取土器1-接头；2-连接帽；3-操作杆；4-橡皮垫活阀；5-余土管；6-取土衬筒；7-取土管；8-管靴,2.上提活阀式取土器,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,36,取土器上部封闭装置图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,37,水压活塞式取土器（a）取土器下入孔底时的状态；（b）开始压土时的状态；（c）压土后的状态,3.活塞式取土器,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,38,固定活塞式取土器,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,39,4.回转式取土器,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,40,5.砂砾石层、砂层和淤泥层取样,弹簧封闭式取土器,1-管靴2-铆钉3-弹簧片4-外管5-取土筒6-取样筒接头7-球阀8-钻杆接头9-外管接头10-卡销,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,41,砂砾层取样器,1-管靴2-抓捞切齿3-外管4-取样筒5-外管接头6-取样筒上盖7-出水球阀8-防砂毡垫9-丝杠10-丝杠保护帽11-防砂塞线,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,42,（三）取土方法1.压入法 通常采用滑轮组合压入法，如图所示。压入法可分为连续压入法断续压入法两种。连续压入法就是用滑轮组合装置，将取土器一次快速的压入地层中，适用于较软地层中的取样；断续压入法就是滑轮组合装置分为二次或者多次压入地层中。击入法可分为孔外击入法和孔内击入法。2.击入法 一般适用于较硬与坚硬土层中的取样，即当用连续压入法或断续压入法无法采用原状土样时采用。3.回转压入法,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,43,连续压入取土器示意图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,44,1-吊锤；2-打箍；3-钻杆；4-取土器上击式取土器示意图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,45,下击式取土器示意图1-钻杆；2-滑杆；3-串心重杆；4-打箍；5-取土器；6-钢绳；7-重锤；8-导正套,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,46,适用与机械回转钻进的压入式取土器，系采取坚硬土层或极软岩层中的土样或岩石时用，一般当不用上述方法取土时，才采用回转压入法。若须在硬质岩层中采取原状样品时，可在岩芯钻探的岩芯中直接选取原状样品。（四）影响原状土样采取质量的因素 1.钻探方法 2.钻孔内残土 3.钻孔结构和垂直度 4.操作方法 5.土样的封状保存及运输,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,47,第三节 触探 触探分动力触探和静力触探两类。（一）动力触探 动力触探是利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入的难易程度（可用贯入度、捶击数或探头单位面积动贯入阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试技术。如将探头换为标准贯入实验，则称为标准贯入实验。1动力触探的作用以及应用范围（1）划分不同性质的土层：当土层的力学性质有显著差异，而在触探指标上有明显反映时，可利用动力触探进行分层和定性地评价土的均匀性，检查填土质量，探查滑动带、土洞和确定基岩面或碎石土层的埋藏深度等。（2）确定土的物理力学性质；确定砂土的密实度和粘性土的状态，评定地基土和桩基承栽力，估算土的强度和变形参数等。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,48,圆锥形探头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,49,2、动力触探的影响因素 影响动力触探的因素主要有（1）人为因素 落锤的高度控制和锤击方法；读数量刺方法和精度；触探孔的垂直程度；在钻孔中进行触探时钻孔的钻进方法和护壁、清孔情况。（2）设备因素 穿心锤的形状和质量；探头的形状和大小；触探杆的截面尺寸、长度和质量；导向锤座的构造及尺寸；所用材料的材型及性能。（3）其他影响因素等3应用（1）评价砂土密度（2）确定地基土承裁力（3）确定变形模量,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,50,（二）标准贯入实验 标准贯入实验实际上仍属于动力触探类型。所不同的是，其探头不是圆锥形的，而是圆筒形探头，称为标准器。,标准贯入器1贯入器靴；2由两个半圆形管组合成的贯入器身；3出水孔；4贯入器头；5触探,应用:（1）确定砂土的密实度（2）确定粘性土状态和无限抗压强度（3）确定粘性土、砂土的抗剪强度和变形参数（4）评价饱和砂土、粉土的地震液化。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,51,(二)试验要点 1与钻探配合进行，先钻进到需要进行试验的土层标高以上约15厘米，洁孔后换用标准贯入器，并量得深度尺寸。2将贯入器打入试验土层中，先打入15厘米不计击数，继续贯入土中30厘米记录锤击数。若砂层比较密实，贯入击数较大时，也可记录小于30厘米的锤击数，这时需按下式换算成贯入30厘米的锤击数N。,式中 n所选取的任意贯入量的锤击数；S对应锤击数n击的贯人量，厘米。,3拔出贯入器，取出贯入器中的土样进行鉴别描述。4若需进行下一深度的贯人试验时，则继续钻进重复上述操作步骤。一般可每隔l米进行一次试验。5在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行试验时，可用泥浆或套管护壁。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,52,（三）静力触探 静力触探是利用压力装置将探头压入实验土层，用电阻应变仪器测出土的贯入阻力，并将该贯入阻力与野外何载测得的地基土允许承载力和变形模量建立相互关系式，从而确定地基土允许承载力和变形模量的数据。通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下来。由静力触探的贯人设备于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。1.静力触探的贯入设备（1）加压装置。其作用是将探头压入土层中，（2）反力装置。利用地锚作反力；利用重物作反力；利用车辆自重作反力。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,53,静力,静力触探仪,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,54,（3）探头 工作原理：将探头压入上中时，通过探头内的阻力传感器(以下简称传感器)，将土层的阻力转换为电讯号，然后由仪表测量出来。静力触探就是通过探头传感器实现一系列星的转换土的强度土的阻力传感器的应变电阻的变化电压的输出，最后由电子仪器放大和记录下来，达到测定土强度和其它指标的目的。（1）单桥探头。由带外套简的推头、弹性元件(传感器)、顶柱和电阻应变片组成（2）双桥探头：单桥探头虽带有侧壁摩擦套简，但不能分别测出锥头阻力和侧壁摩擦力。双桥探头除探头有传感器外，还有侧壁摩擦传感器及摩擦套简。（3）孔压静力触探探头。增加了一个内透水陶粒做成的透水滤器和一个孔压传感器。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,55,2.量测记录仪器 目前我国常用的静力触探测量仪器有两种类型，种为电阻应变仪、另一种为自动记录仪。（1）电阻应变仪 电阻应变仪内稳压电源、振荡器、测量电桥、放大器、相敏检波器和平衡指示器等组成。应变仪是通过电桥平衡原理进行测量的。,图2-15 单桥探头结构1顶柱；2电阻应变片；3传感器；4密封垫圈套；5四芯电缆；6外套筒杆,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,56,（2）自动记录仪 静力触探自动记录仪，是由通用的电于电位差计改装而成，它能随深度自动记录土层贯入阻力的变化情况，并以曲线的方式自动绘在记录纸上，从而提高丁野外工作的效率和量。自动记录仪主要由稳压电源、电桥、滤波器、放大器、滑线电阻和可逆电机组成。由探头输出的信号，经过滤波器以后，到达测量电桥，产生出一个不干衡电压，经放大器放大后，推动可逆电机转动，与可逆电机相连的指示机构，就沿着有分度的标尺滑行，标尺是按讯号大小比例刻制的，因而指示机构所指示的位置为被测讯号的数值。4成果的应用（1）根据阻力进行土层分类（2）确定地基土的承载力,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,57,目前为了利用静力触探确定地基土的承载力，国内外都是根据对比试验结果提出经验公式，以解决生产上的应用问题。建立经验公式的途径主要是将静力触探试验结果与载荷试验求得的比例界限值进行对比；并通过对对比数据的相关分所得到用于待定地区或持定土性的经验公式。（3）确定软土不排水抗剪强度（4）确定土的变形性质指标（5）估计饱和粘件土的天然重度（6）确定砂土的相对密实度和确定砂土密实度的界限（7）确定砂土的内摩擦角（8）估算单桩承裁力,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,58,第四节 压水试验,压水试验是鉴定水工建筑物基础岩石的裂隙和透水性的主要方法，是水利水电工程地质钻探的主要任务之一。压水试验是根据把水压入钻孔时岩石所吸收的水量，来了解岩石的裂隙率和透水性。一、试验栓塞1.双管单栓塞,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,59,2.双管双栓塞,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,60,3.单管顶压式栓塞,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,61,二、压水试验的加压方法,1.水泵压水,水泵压水示意图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,62,2.静水柱压水,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,63,第五节 工程施工钻井（孔）的方法,工程施工钻井（孔）是用作工程施工手段的钻井或钻孔。一、工程施工钻特点和应用（一）特点1.口径大：0.611m2.孔浅：50m左右，技术上容易实现3.钻孔弯曲小4.地层变化较大：黏土、砂、卵石、漂石、基岩等5.钻进的地层主要是松散岩土层和部分基岩层,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,64,（二）应用1.各种地面或地下地下大型建筑物的基础工程施工（1）钻孔灌注桩 常作大型建筑物的基础，其目的是人工方法改善原来基础条件的不足，提高承载力与抗风、抗震能力，防止下沉、倾斜、倒塌、滑坡、延长建筑物使用年限。（2）管桩 它可分为钢管桩和水泥混凝土管桩两种，在管内下钢筋笼和水泥混凝土，可作大型建筑物等基础。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,65,（3）地下连续墙 在地下挖一段狭长的深槽，在槽内放入钢筋笼，然后灌注水泥混凝土，构成一段钢筋笼水泥混凝土墙段，最后把这些墙段连接起来形成一道连续的地下墙壁。它可以作为地下设施的挡土墙、隔水墙、重力坝的防渗墙以及地面和地下建筑物的骨架等。（4）锚桩 钻孔下锚定物灌注水泥浆 应用：锚固易坍倒、塌方的挡土墙，加固地下建筑物和坑道，治理滑坡等。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,66,2.各种已竣工基础的注浆加固处理（1）原有水泥混凝土桥墩、坝基等基础上发现裂缝、渗漏，利用钻孔高压注浆予以加固处理。（2）原有建筑物基础发现裂缝，利用钻孔注浆堵塞结合起来。（3）路基沉降，利用钻孔注浆加固处理。3.各种工程技术钻井（孔）方面（1）矿山采矿爆破、运输、通风、排水孔（井）等（2）地下核试验（3）监视地震，观测地壳运动（4）铺设地下管道，埋置地下电缆（5）应急救险、检查工程质量、大型供水井（6）考古挖掘钻孔等,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,67,二、施工钻钻进方法（一）泥浆护壁正循环回转法1.地层：第四系地层、基岩2.施工桩孔径不宜大于800mm，钻压大，可加钻铤3.泥浆护壁、排渣量大、要求水泵排量大。4.钻头：全面钻进钻头、环状钻进钻头、扩底钻头（1）全面钻头：双翼片鱼尾钻头 组合牙轮钻头和滚刀钻头。（2）取芯钻头：牙轮取芯钻头 硬质合金钻头 钢粒钻头（3）扩底钻头：主要用来施工上小下大的异径扩底灌注桩的“扩大”头的孔段。包括：胶结连杆式扩底钻头；套管靴下双翼扩底钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,68,（二）泥浆护壁反循环回转钻进1.地层：一般粘土、砂土、砂粘土、砂粒土等。2.方法：泵吸、气举、射流3.优点：施工孔大10001300mm，46m；效率高，泥浆护壁性能好。孔底沉渣少，桩径质量好；孔深不易大于50m。缺点：设备能力差；与干钻相比有缺点。（三）机械冲击钻进1.地层：第四系地层2.无冲洗液钻进3.设备大、钻具重、系数大。（四）机械螺旋钻进：长螺旋钻具、短螺旋钻具。地层：填土层、粘土层、砂土层、砂层,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,69,（五）冲抓锥（斗）钻进 用冲抓锥直接抓取土、石块成孔的。冲抓锥直径为1.11.5m，重量1.52.8T，高度1.72.7m冲抓锥具有冲击、振动、静压等作用。冲抓锥按操纵锥瓣开合方式分为：双绳、单绳锥瓣有四瓣或六瓣。适应地层：砂质粘土、粘土、黄土、松散的砂砾卵石和卵石夹小漂石。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,70,（六）“贝诺特”施工法：用抓斗在套管内钻孔，提动装置在提动套管的同时，使其压入或拔起它适应于第四系地层及其硬岩土。,图4-21 贝诺特钻机主要工作机构1.摇动装置（水平液压缸）；2.套 管；3.卷扬机；4.锤式抓斗；5.卸土时的锤式抓斗；6.排土板；7.溜土槽；8.压拔油缸；9.贝诺特主机；10.动力机；11.锚桩,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,71,摆管装置1-夹管油缸 2-摇臂固定销 3-摇管油缸 4-压拔管油缸,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,72,（七）人工开挖成孔法 用于大直径挖孔桩，地层相对稳定、孔壁稳定的地区。优点：狭窄地区易于施工；土质验证准备；无噪音、无振动等公害；易于扩大为扩孔桩。（八）钻斗钻进成孔法 钻头为一钻斗，钻斗一方面回转钻进，另一方面可以装渣，渣满后，可以将钻头提出倒渣，然后继续钻进。钻斗起落方式有：提升式、爬杆式两种。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,73,（九）水平孔钻进法 1.指采用旋转切削式钻头在管前切削土层，并输送到孔外的一种钻进方法。2.用于不开挖的输油、输水管道、电缆及隧道施工法。3.直径：一般200800mm，12m，甚至911m大直径的管道及隧道一般采用盾构机施工，中小径则一般采用普通的水平钻施工：套管导向；打预偏孔；螺旋钻头前有偏心接头，纠斜。4.水平孔易倾斜，原因：孔内沉渣下沉，使钻头下面摩擦力增大，钻孔向上偏斜。钻具自重作用，使钻头下垂，钻孔向下偏斜。钻杆和钻头尺寸不匹配，造成钻孔水平弯曲。5.适用地层：一般土、混砂砾土等。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,74,（十）潜水钻进成孔法1.钻进时，电机主轴连接钻头，一起潜入水中回转切削岩土，正反循环排渣成孔。钻进时，上面钻孔不动，起支撑抗扭作用，钻进效率高。2.适应地层：淤泥、粘土。砂土、砂层、风化岩层及含有少量砾石等地层。,图4-22 KQ950L钻机钻具示意图 1.提升架；2.连接架；3.宽导向板；4.5英寸胶管；5.潜水泵；6.潜水电机；7.配重；8.机座；9.宽切刀；10.短钻头；11.长钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,75,三、钻孔灌注桩,桩基础,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,76,低桩承台 高桩承台,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,77,反循环水上施工法成桩程序1,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,78,反循环水上施工法成桩程序2,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,79,四、地下连续墙,地下连续墙施工程序图,地下连续墙是利用一定的设备与工具，在泥浆（一般称稳定液）护壁的条件下向地下钻挖一段狭长的深槽，在槽内吊放入钢筋笼，然后灌注混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙体，再把每段墙体逐个连接起来就形成一道连续的地下墙壁。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,80,地下连续墙施工现场布置,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,81,钢筋混凝土导墙剖面,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,82,钻孔的排列形式1-交错型 2-直线互搭型 3-切线型 4-间隔型,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,83,先掘导孔后抓斗挖掘成槽,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,84,先挖导孔后重复钻孔成槽,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,85,一次钻挖成槽,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,86,槽段连续墙施工程序1-挖槽 2-下接头管与钢筋笼 3-灌注混凝土 4-拔出接头管 5-挖第二槽段,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,87,五、扩孔与扩底钻进,1.扩孔钻进,1-钻杆 2-导正器 3-扩孔钻头 4-坑道 5-矿车 6-导向钻具,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,88,螺旋翼片式,四翼阶梯翼片式,多节翼片式,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,89,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,90,滚刀扩孔钻头1-钻杆接手 2-导正圈 3-滚动座 4-滚刀 5-三牙轮钻头 6-导正轮,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,91,扩孔钻具1-导向钻头 2-导向钻具 3-扩孔钻头 4-连接接头 5-钻杆 6-导正圈 7-钻杆接头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,92,2.扩底钻进,扩底钻头类型a.上开式 b.下开式 c.滑降式 d.推出式,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,93,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,94,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,95,铰接连杆式扩底钻头1-接头 2-导向轴套 3-上盘 4-连杆5-导向轴 6-扩孔翼片 7-矛式钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,96,自重加压上开式扩底钻头1-法兰盘 2-外管 3-连杆 4-扩底翼 5-芯管 6-底钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,97,三翼上开式扩底钻头1-法兰盘 2-导向套 3-导向轴 4-上盘 5-连杆6-扩底翼板 7-限位板 8-下盘 9-钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,98,连杆外张式扩底钻头1-连接管 2-限位帽 3-内方套 4-方钻杆5-上扩底翼板 6-副连杆 7-下扩底翼板 8-底钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,99,液压式扩底钻头1-法兰盘 2-油缸 3-滑套4-连杆 5-扩底翼 6-底钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,100,自重加压下开式扩底钻头1-法兰盘 2-方轴 3-方形套4-扩底翼 5-连杆6-底钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,101,液压式扩底钻头1-法兰盘 2-钻杆 3-扩底翼4-油缸 5-连杆 6-滑套 7-底钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,102,六、钻斗钻进,钻斗钻进1-钻斗 2-导向器 3-伸缩钻杆 4-动力装置 5-护筒,它是靠提钻取土、无冲洗液循环的一种成孔方法。在钻杆柱下端连接一个底部带切削齿的筒状钻具（钻斗），借助钻具重量及钻机加压把切削齿切入土层，在回转扭矩作用下钻斗回转，钻掘土层，同时将切削下来的土块收入斗中。待斗内土块装到一定程度后将钻斗提到孔外，打开钻斗，卸去土屑，然后再将钻斗下入孔内，重复以上操作。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,103,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,104,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,105,旋挖侧开式钻斗1-钢丝绳 2-中心管 3-钻斗体 4-半合管5-切削齿板 6-销轴 7-钻杆 8-卡头 9-捞钩,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,106,半合式钻斗1-方接头 2-钳形连扳 3-销轴4-半合筒 5-切削齿板,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,107,美国底开式钻头1-顶杆 2-钩头 3-底盖4-切削齿 5-销轴,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,108,全套管钻进钻斗1-钢丝绳 2-单动接头 3-配重块 4-内管 5-外管（主液压缸）6-连杆液压缸 7-支撑靴板 8-钻斗 9-套管,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,109,储土钻斗1-钻杆 2-传动接头 3-轴套 4-储土筒 5-切削齿板 6-螺旋钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,110,扩底螺旋钻斗1-钻杆接头 2-传动轴套 3-螺旋叶片 4-储土筒5-卸渣口 6-销轴 7-滚柱 8-活动翼板 9-鱼尾钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,111,七.冲击抓斗钻进 冲击抓（锥）斗钻进，是用钢绳吊起抓斗，从一定高度落下，依靠冲击力使抓瓣插入土层，抓取土及石块的一种成孔（成槽）方法。一般冲抓钻进采用泥浆做稳定液来保护孔壁。如地层复杂，也可采用套管护壁，即先将套管压入（或打入）地层，然后用冲抓斗从套管内抓取岩土而成孔，即全套管施工法，亦称贝诺特施工法。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,112,降斗 闭斗抓土 满斗提升 开斗卸土双绳双颚板抓斗工作过程,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,113,双绳冲抓锥1-外套 2-连杆 3-内套 4-支撑杆 5-锥瓣,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,114,落锤式单绳抓斗1-壳体 2-钢绳 3-上滑轮 4-弹簧 5-活塞 6-下滑轮 7-抓瓣座 8-销轴 9-抓瓣,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,115,液压抓斗,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,116,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,117,八.非开挖地下管线施工技术,1.概述非开挖地下管线施工是利用水平成孔或水平定向钻孔技术，不在地面开挖沟槽而铺设、修复或更换管线的施工。与传统方法相比，有以下特点：1.不影响城市、水上及道路交通；2.不破坏已有道路、建筑物或构筑物等；3.不污染环境；4.施工周期短、铺管效率高、总体成本低；5.可实现原位修复管线等；6.引入管线轨迹的测量与控制技术；7.增强了在水下、卵砾石层和硬岩层等复杂条件下施工的能力。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,118,2.施工方法,顶管法非开挖施工原理1-导轨 2-油压千斤顶 3-顶铁 4-成品管 5-工具管 6-工作井 7-接收井,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,119,中继顶管示意图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,120,水平螺旋钻进1-钻头 2-管节 3-土体 4-导轨 5-螺旋钻具 6-传动机 7-土斗 8-千斤顶 9-油泵 10-后座 11-导向架,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,121,可控水平螺旋钻铺管系统1-控制头 2-控制油缸 3-目标靶 4-灯 5-跟随件 6-成品管 7-测量光束8-测量仪器 9-钢导环 10-螺旋导管 11-倾斜仪 12-输送螺旋 13-钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,122,夯管锤施工法1-钢管 2-砧子及接头 3-活塞冲锤 4-张紧带 5-空气压缩机,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,123,冲击矛非开挖施工1-导向架 2-冲击矛 3-空压机 4-瞄准器 5-发射坑 6-标杆 7-接收坑,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,124,水平定向钻孔法1-钻机 2-半刚性钻杆 3-手持式导航仪 4-带发射器的导孔钻头 5-欲铺管线 6-扩孔钻头,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,125,造斜钻具组成1-接手 2-发射器 3-喷射钻头 4-挤密钻头 5-挤密区,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,126,九、高压旋喷注浆 高压旋喷注浆法的实质是，先钻一直径为40-150mm的导孔（钻孔），当导孔钻至预定深度后，提出钻具并将端部带有特制喷嘴的注浆管，置入地基土层的预定深度后，以压力20MPa左右的高压喷射流强制切割、喷射冲击破坏土层，使之剥落下来，与此同时，使旋喷管边旋转、边提升，使喷出的浆液与切割下来的土粒搅拌混合，最后在喷射力的有效射程内经过凝结、固化形成一个圆柱状的固结体，即旋喷桩。,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,127,单管旋喷注浆示意图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,128,二重管旋喷注浆示意图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,129,三重管旋喷注浆示意图,2023/9/9,水文地质及工程地质钻探,130,旋喷,旋喷法施工程序,