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岩土研究院

原状土试样的采取方法

355 2022-03-22 10:02:22

一、钻进方法的选择

合理的钻进方法是保证取得原状土试样的第一个前题,也就是说,钻进方法的选用首先应着眼于确保孔底拟取土试样不被扰动。这一点几乎对任何种土类都适用,对结构敏感或不稳定的土层尤为重要。从国内外的经验看,钻进方法的选择主要有以下几点要求:

① 在结构性敏感土层和较疏松耗支中采用回转钻进,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间距,钻孔孔壁应垂直,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,时有缩颈现象发生,更需加大取土器与孔壁的间隙。钻孔应保持孔壁垂直,以避免取土器切削孔壁。

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。正式取土前,应把已受一定程度扰动的孔底土柱清理掉,避免废土过多,导致取土器顶部挤压土样。

⑤ 取土深度和进土深度等尺寸,在取土前应丈量正确。取土过程中,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。

⑥在预定深度取样失败后,应钻进不超过50cm进行补取。


二、取样方法

在钻进方法、取土器的结构和规格合乎要求的前提下,采取何种方法把土样自孔底取上来而不扰动(或尽少扰动)其天然结构和状态的问题,也是工程地质勘探中必需特别注意的事项,应根据不同地层、不同设备条件来选择,常见的有:

1、击入法

按锤击次数可分为轻锤多击和重锤少击两种方法。

① 轻锤多击法。这种方法是用人力或机械操纵落锤,锤击次数多,其速度及下击力往往不均匀,钻杆的摆动也大,故对土试样的扰动较大,一般不采用。

② 重锤少击法。这种方法是用重锤以少击快速将取土器击入土中。根据取样试验比较,重锤少击比轻锤多击取土质量好,而又以重锤一次击入更好 。

按锤的位置可分为上击法和下击法两种。

① 上击法。在钻孔以上(孔口外)用落锤打击钻杆而击入取土器的称上击法。采用上击法取样时,在落锤和钻杆自重作用下,钻杆易产生纵向弯曲。由于钻杆弯曲能使钻杆振动而吸收部分冲击能量,使钻杆与孔壁产生摩擦而增大阻力,引起锤击数增加,故上击法取样不如下击法取样优越。

② 下击法。下击法是通过钻杆或钢丝绳将重锤或加重杆在钻孔内部直接锤击取土器取样。采用下击法能使冲击能量集中在取土器上,避免了钻杆引起的能量消耗,有利于提高取样质量。

2、压入法

① 慢速压入法

慢速压入法是用杠杆、千斤顶、钻机手把等加压,取土器进入土层的过程不是连续的。慢速压入法取样对土试样有一定程度的扰动,但扰动程度较轻锤多击法要轻。采用静力压入取样的力可用下列关系式表示:

P≥(FR+fπDih)a-q

式中 P—压入取土器所需的力,单位为kN; 
F—取土器的环状面积,单位为m2; 
R—土层抗压强度,单位为kPa;

f—取土器与土层的侧壁摩擦阻力,单位为kPa,其值见下表;

Di—取土器外径,单位为m;

h—取土器与孔壁的接触长度,单位为m;

a— 尖端阻力系数(各种均质土层为1.0,砂砾石为1.3~2.5以上);

q—钻具重量,单位为KN。

② 快速压入法

快速压入法是将取土器快速、均匀地压入土中。采用这种方法对土试样的扰动程度最小。目前较普遍使用的方法有两种:

活塞油压筒法:此法采用比取土器稍长的活塞油压筒通过以高压,强迫取土器以等速压入土中。

取土器与土层的侧壁摩擦阻力f值

图片

钢绳、滑车组法:此法是借机械力量,通过钢绳、滑车装置将取土器以等速压入土中。

③ 回转法

这种方法是使用回转式取土器取样。取土时内管压入取样,外管回转削切的废土一般用机械钻机靠冲洗液带出孔口。使用这种方法取样可减少土试样的扰动程度,从而提高取样质量。

三、取样质量要求

1、土试样质量等级

按照取样方法及试验目的,《岩土工程勘察规范》对土试样的质量等级作出了规定,见下表,下表是不同取样的方法与工具适用的土类及所取土样质量等级。

土试样质量等级

图片

注:⑴ 不扰动土试样系指虽原位应力状态改变,但土的结构、密度、含水量变化很小,能满足各项室内试验要求的土试样。 
⑵ 因无法取得Ⅰ级土试样而必须使用Ⅱ级土试样进行强度、变形、固结压密参数试验时,应结合地区经验慎重使用试验成果。

2、取样技术要求

在钻孔中采取Ⅰ~Ⅲ级土试样,操作方法应符合以下要求:

① 在地下水位以上钻进遇水易于浸湿而影响土试样质量的土层,不允许向孔内注水或使用冲洗液。

② 在地下水位以下的软土、粉土及砂土中钻进宜采用泥浆护壁。如使用套管,应始终保持孔内水位等于或稍高于地下水位,且取样位置至少应低于套管底部1米。

③ 如采用冲击、振动等方法钻进,至少应在预计取样位置以上1米开始改用回转方式钻至取样位置。

④ 下放取土器之前应仔细清孔,孔底残留浮土厚度不得大于取土器段废土段长度 ,下放取土器时禁止冲击孔底。

⑤ 采取土试样宜用快速静力连续压入法,避免锤击时摇晃。

⑥ 对粘性较强的土层,上提取土器之前可回转3圈,使土试样从底端断开。

2、取土器使用前,在其内壁涂上润滑料。禁止使用刃口卷折、残缺、取样管压扁、内壁锈蚀、衬管卷折或搭接不平的取土器。

3、土试样封装、保存及运输

Ⅰ~Ⅲ级土试样的封装、保存及运输应符合下列要求:

① 取出土试样应及时妥善装箱,并填塞缓冲材料,避免运输途中颠簸。对易于振动液化、水份离析的土试样宜就近进行试验。

② 土试样采取后至试验前的存放时间不宜超过3周。


四、标准贯入试验:

1、钻进方法:

为保证标准贯入试验用的钻孔的质量,要求采用回转钻进,当钻进至试验标高以上15cm处,应停止钻进。为保持孔壁稳定,必要时可用泥浆或套管护壁。如使用水冲钻进,应使用侧向水冲钻头,不能用底端向下水冲钻头,以使孔底土尽可能性少扰动。钻孔直径在63.5~150mm间,钻进时应注意以下几点:

① 仔细清除孔底残土到试验标高;

② 在地下水位以下钻进时遇承压含水砂层,孔内水位或泥浆面始终应高于地下水位足够的高度,以减少土的扰动。否则会产生孔底涌土,大大降低N值。

③ 当下套管时,要防止套管下过头,套管内的土未清除,贯入套管内的土,使N值急增,不反映实际情况。bGe@yXId5

④ 下钻具时要缓慢下放,避免松动孔底土。

2、标准贯入试验所用的钻杆应定期检查,钻杆相对弯曲应小于1/1000,接头应牢固,否则受锤击后钻杆会侧后晃动。`

3、标准贯入试验应采用自动脱钩的自由落锤法,并减小导向杆与锤间的摩阻力,以保持锤击能量恒定,它对N值影响极大。

4、标准贯入试验时,先将整个杆件系统连同静置于钻杆顶端的锤击系统一起下到孔底,在静重下贯入器的初始贯入度,在国外也作记录,加初始贯入度已超过450mm,不作锤击贯入试验,N值记为零。标贯试验分两段进行:

① 预打阶段:先将贯入器打入土中150mm,锤击已达50击,贯入度未达150mm,记录实际贯入度。

② 试验阶段:将贯入器再打入土中300mm,记录每打入10cm的锤击数,累计打入300mm的锤击数即为标贯击数N。累计击数已达50击(国外也有定为100击的),而贯入度未达300mm,应终止试验,记录实际贯入度△s及累计锤击数n。按下式计算贯入300mm的锤击数N。

N= 300n/△s

式中△s——对应锤击数n的贯入度(mm)。

5、在粗颗粒土中,也可用锥角为60°的实心钢锥头代替贯入器,以免砾石或卵石损坏管靴刃口。

6、标贯试验可在钻孔全深度范围内等间距进行。间距为1.0m或2.0m;也可仅在砂土、粉土等欲试验的土层范围内等间距进行。