复杂特殊岩土层的取样方法及成功率优化

4.3.4　复杂或特殊岩土层取样方法

1.饱和软黏性土取样

饱和软黏性土强度低，灵敏度高，极易受扰动，并且当受扰动后，强度会显著降低。在严重扰动的情况下，饱和软土强度可能降低90%。

在饱和软黏性土中采取高质量等级试样必须选用薄壁取土器。土质过软时，不宜使用自由活塞取土器，取样之前应对取土器做仔细检查，刃口卷折、残缺的取土器必须更换。取样管应形状圆整，取样管上、中、下部直径的最大、最小值相差不能超过1.5mm。取样管内壁加工光洁度应达到▽5～▽6。饱和软黏性土取样时应注意:

（1）应优先采用泥浆护壁回转钻进。这种钻进方式对地层的扰动破坏最小。泥浆柱的压力可以阻止塌孔、缩孔以及孔底的隆起变形。泥浆的另一作用是提升时对土样底部能产生一定的浮托力，掉样的可能性因而减小。

（2）清水冲洗钻探也是可以使用的钻探方法，因为在孔内始终保持高水头也是有利的，但应注意采用侧喷式冲洗钻头，不能采用底喷式钻头，否则对孔底冲蚀剧烈，对取样不利。

（3）螺旋钻头干钻虽是常用的方法，但螺旋钻头提升时难免引起孔底缩孔、隆起或管涌。因此采用螺旋钻头钻进时，钻头中间应设有水、气通道，以使水、气能及时通达钻头底部，消除真空负压。

（4）强制挤入的大尺寸钻具，如厚壁套管、大直径空心机械螺旋钻、冲击、振动均不利于取样。如果采用这类方法钻进，必须在预计取样位置以上一定距离停止钻进，改用对土层扰动小的钻进方法，以利于取样。

在饱和软黏性土中取样应采用快速、连续的静压方法贯入取土器。

2.砂土取样

砂土在钻进和取样过程中，更容易受到结构的扰动。砂土没有黏聚力，当提升取土器时，砂样极易掉落。在探井、探槽中直接采取砂样是可以获得高质量试样的，但开挖成本高，不现实。

在钻探过程中为了采取砂样，可采用泥浆循环回转钻进。用泥浆护壁既可防止塌孔、管涌，又可浮托土样，在土样底端形成一层泥皮，从而减小掉样的危险。

此外，也可用固定活塞薄壁取土器和双层单动回转取土器采取砂样。前者只能用于较疏松细砂层，对密实的粗砂层宜采用后者。

日本的Twist取土器，是在活塞取土器外加一套管，两管之间安放有橡皮套，橡皮套与取样管靴相连。贯入时两管同时压下，提升时，内部取样管先提起一段距离，超过橡皮套后停止上提，改为旋扭，使橡皮套伸长并扭紧，形成底端的封闭，然后内外管一并提起。这种取土器取砂成功率较高。日本的另一种大直径（φ200mm）取砂器（图4-20），其底部的拦挡装置是通过缆绳操纵的。当贯入结束后，提拉缆绳，即可收紧拦挡，形成底端封闭，亦可采取较高质量的砂样。

采取高质量砂样的另一类方法是事先设法将无黏性的散粒砂土固化（胶凝或冷冻），然后用岩心钻头取样。图4-21是一种冷冻取砂装置示意图。该方法成本高，难以广泛实施。

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图4-20　大直径取砂器

1-拦挡安置处；2-拦挡封闭位置；3-对分取样管；4-通向地面的操纵缆绳；5-排水孔

图4-21　冷冻法取样器1-冷冻管；2-砂浆封塞；3-冻结砂柱；4-冷却剂

3.卵、砾石土取样

卵石、砾石土粒径悬殊，最大粒径可达数十厘米以上，采样很困难。在通常口径的钻孔中不可能采取Ⅰ～Ⅲ级卵石土样。在必须要采取卵石、砾石土试样时可考虑用以下方法:

（1）冻结法。将取样地层在一定范围内冻结，然后用岩心钻探取心。

（2）开挖探坑。人工采取大体积块状试样。

若卵石土粒径不大，且含较多黏性土时，采用厚壁敞口取土器或三重管双动取土器能取到质量级别为Ⅲ或Ⅳ级的试样；砾石层在合适的情况下，用三重管双动取土器有可能取得Ⅰ～Ⅱ级试样。

4.残积土取样

残积土层取样的困难在于土质复杂多变，软硬变化悬殊，一般的取土器很难完成取样。如非饱和的残积土遇水极易软化、崩解，应采用黏度大的泥浆作循环液，用三重管取土器采取土试样。在强风化层中可采用敞口取土器取样，取土器贯入时往往需要大能量多次锤击，在管靴需要加厚的同时，土层也受到较大扰动。因此，在残积土层中钻孔取样较好的方法是采用回转取土器，并以能自动调节内管超前值的皮切尔式三重管取土器为最好，为避免冲洗液对土样的渗透软化，泥浆应具有高黏度，并注意控制泵压和流量。