取砂土工艺的制作方法

本发明属于岩土勘察工程技术领域，具体涉及一种取砂土工艺。

背景技术：

在岩土工程勘察中，我们需要对岩土进行鉴定，鉴定需要对岩土进行取样试验，钻孔取样是比较常用的方法，根据岩石的不同物理力学性质，钻孔取样的方式也不同，尤其是砂土层，砂土层地质较为松软疏散，易扰动，取样过程要求较高，取样过程中由于机械的抖动会影响取样的原状态。在《岩土工程勘察规范》(gb50021-2001)对土试样根据实验目的分为不扰动、轻微扰动、显著扰动和完全扰动，土试样质量等级依次为级别ⅰ、级别ⅱ、级别ⅲ和级别ⅳ，对砂土的取样需要达到不扰动的程度，即土试样质量等级达到级别ⅰ，不扰动是指应力状态虽然改变，但是土的结构、密度和含水量变化小，满足各项实验要求，因此在对砂土取样的过程中采取合理的方式极为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出了一种取砂土工艺。本发明能够在对钻孔以及取样的过程中采用合规的方法，减少对取样段的扰动，使试样符合试验要求标准。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种砂土取样工艺，包括以下步骤：

(1)使用钻机，采用钻进方法对砂土层进行钻孔，所述的钻进方法采用回转钻进法或冲击钻进法；所述的回转钻进法采用岩芯钻探法，所述的冲击钻进法采用锤击钻探法；钻孔过程中采取泥浆护壁；

(2)在钻孔中取样，使用取土器，取土器的直径小于80mm，采用快速静力压入法对砂土进行取样；取样过程中采用泥浆护壁；

所述的快速静力压入法是将取土器快速、均匀地压入砂土中；所述的快速静力压入法包括活塞油压筒法和钢绳、滑车组法；所述的活塞油压筒法系采用比取土器长的活塞油压筒通以高压，强迫取土器以等速压入砂土中；所述的钢绳、滑车组法是借机械力量通过钢绳、滑车装置将取土器压入砂土中；

所述的取土器采用回转取土器；当砂土为细砂或者粉砂时，使用回转取土器采用单动三重管取土；当砂土为中砂或者粗砂时，使用回转取土器采用双动三重管取土。

进一步，所述的钻机采用sh30-2工程钻机。

进一步，所述的泥浆的性能指标包括比重、失水量、泥皮、黏度、触变性及静切力、胶体率、含砂量和酸碱值；

所述的比重指泥浆与同体积4℃的水重量比，比重为1.1至1.15；

所述的失水量和泥皮分别为25ml/30min和3mm～4mm；

所述的黏度为18s～20s；

所述的触变性及静切力为1～2.45pa；

所述的胶体率大于或等于97％；

所述的含砂量小于或者等于4％；

所述的酸碱值ph大于7。

进一步，所述的泥浆包括黏土和水；所述的黏土为高岭土、膨润土、红土或者胶泥；所述的泥浆制造时黏土用量按下式计算:

q＝vρ1(ρ2-ρ3)/(ρ1-ρ3)

式中

q-制造泥浆所需黏土质量；

v一欲制造泥浆的容积；

ρ1、ρ2、ρ3-分别为黏土、欲制泥浆和水的密度；

需水量为:

w＝(v-q/ρ1)ρ3

式中

w-制造泥浆所需水量；。

为使泥浆具有钻进工艺所要求的性能，需加入适量的化学处理剂，烧碱或纯碱可增黏度和静切力，调节ph值，纯碱投入量为土质量的2％；单宁酸钠可降黏度、失水量和静切力，加入量不超过3％～5％；

当需要提高泥浆比重时，投放适量的重晶石粉、石灰岩粉。

进一步，所述的岩芯钻探法的岩芯采取率，对完整和较完整岩体不低于80％，较破碎和破碎岩体不低于65％；对需重点查明的部位，如活动带、软弱夹层，采用双层岩芯管连续取芯；当需确定岩石质量指标rqd时，采用n型75mm口径双层岩芯管和金刚石钻头。

本发明技术方案具有以下有益效果：

1.本发明回转钻进是通过钻杆将旋转力矩传递至孔底钻头，同时施加一定的轴向压力实现钻进的，它在钻进过程中，孔底土体受到轴向力和切向力的共同作用，而且力的作用过程是持续的，力的大小在施加过程中是基本稳定的或渐变的，不会在钻进过程中对孔底土体内形成应力集中，从而减少对取样的扰动。

2.本发明取土器直径的大小，直接关系到土试样质量。取土时土试样与取土筒内壁产生摩擦而造成土试样边缘扰动，此扰动带的宽度与取样方法、土层性质等有关，采用压入或重锤少击法取样时，扰动带的宽度一般在10mm左右，砂土采用直径小于80mm的取土器，避免提取试样时由于自身重力过大而导致脱落土试样。

3.本发明采用快速静力压入法将取土器快速、均匀地压入砂土中能够减少对砂土的扰动，提高试验的准确性。

4.钻机采用sh30-2工程钻机，该类型钻机同时具备冲击钻探和回转钻探功能，满足本发明的施工需求。

5.在岩土层中钻进，采取泥浆护壁措施；泥浆作为钻探的一种冲洗液，除起护壁作用外，还具有携带、悬浮与排除岩粉、冷却钻头、润滑钻具、堵漏等功能；泥浆性能好坏直接影响钻进效率和生产安全

6.本发明在钻孔中采用回转钻进以及取样中采用快速静力压入法的过程中采取泥浆护壁的措施，一方面能够防止孔壁由于砂土松软容易坍塌，另一方面在泥浆在钻孔过程中会与孔壁形成巨大的接触面，机械转动的动能传送泥浆上，泥浆将承受一部分动能，将另一部动能均匀的扩散到孔壁上，从而减少砂土试样的扰动程度；泥浆的性能指标比较重要，保持在特定的参数范围内，通过添加烧碱或纯碱增加泥浆的黏度和静切力，调节ph值或者添加单宁酸钠降低泥浆的黏度、失水量和静切力，使泥浆能够满足钻孔以及取样要求，达到砂土取样不扰动的程度；此外回转钻进的岩芯钻探法的岩芯采取率，在完整和较完整岩体不低于80％，较破碎和破碎岩体不低于65％，岩芯采取率过低，砂土层密度变化大，不满足砂土试样的试验要求；

取土时土试样与取土筒内壁产生摩擦而造成土试样边缘扰动，扰动带的宽度与取样方法、土层性质等有关，扰动带的宽度一般在10mm左右，本发明采用快速静力压入法将取土器快速、均匀地压入砂土中且采用直径小于80mm的取土器，是为了减少取土筒内壁与土试样边缘的接触面积，减少摩擦力以及增大了取土器对砂土的压强，从而使取土器在受到外部同等的压力下更加快速、均匀的压入土中，减少了扰动带的宽度，提高试验的准确性；砂土性质较为松软，由于扰动带宽度的减少，砂土试样在取土筒内壁附着力增大，提取试样时不会由于自身重力过大而导致脱落土试样毁坏，从而浪费时间和成本。

附图说明

图1是本发明的施工流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种砂土取样工艺，包括以下步骤：

(1)使用sh30-2工程钻机，采用钻进方法对砂土层进行钻孔，所述的钻进方法采用岩芯钻探法，钻孔过程中采取泥浆护壁；所述的泥浆包括黏土和水；所述的黏土为高岭土、膨润土、红土或者胶泥；所述的泥浆制造时黏土用量按下式计算:

q＝vρ1(ρ2-ρ3)/(ρ1-ρ3)

式中

q-制造泥浆所需黏土质量；

v一欲制造泥浆的容积；

ρ1、ρ2、ρ3-分别为黏土、欲制泥浆和水的密度；

需水量为:

w＝(v-q/ρ1)ρ3

式中

w-制造泥浆所需水量；。

为使泥浆具有钻进工艺所要求的性能，需加入适量的化学处理剂，烧碱(naoh)或纯碱(na2co3)可增黏度和静切力，调节ph值，纯碱投入量为土质量的2％；单宁酸钠可降黏度、失水量和静切力，加入量不超过3％～5％；

当需要提高泥浆比重时，投放适量的重晶石粉、石灰岩粉。

(2)所述的取土器采用回转取土器；在钻孔中取样，当砂土为细砂或者粉砂时，使用单动三重管取土器；当砂土为中砂或者粗砂时，使用双动三重管取土器，取土器的直径小于80mm，采用活塞油压筒法对砂土进行取样，取样过程中采用泥浆护壁；

泥浆的性能指标包括比重、失水量、泥皮、黏度、触变性及静切力、胶体率、含砂量和酸碱值。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处仅在于，所述的钻进方法采用锤击钻探法，所述的快速静力压入法采用钢绳、滑车组法。

实施例3：

本实施例与实施例1不同之处仅在于，所述的岩芯钻探法的岩芯采取率，对完整和较完整岩体不低于80％，较破碎和破碎岩体不低于65％；对需重点查明的部位，如活动带、软弱夹层，采用双层岩芯管连续取芯；当需确定岩石质量指标rqd时，应采用n型75mm口径双层岩芯管和金刚石钻头。

对比例1：

本对比例与实施例1不同之处仅在于，在钻孔中取样，采用慢速压入法取样。

实验例1：

本实验例按照实施例1的方法进行砂土取样，其中当需要增黏度和静切力，调节ph值时，纯碱投入量分别为土质量的1％、2％和3％；取样完毕后取样的参数变化如表1所示，泥浆的性能指标如表2所示。

表1：

表2：

从表1中可以看出，当泥浆黏度和静切力较低，ph值较低时，影响砂土取样含水量变化，降低土试样等级，需要投入土的质量2％的纯碱调节泥浆的性能指标符合要求；

从表2中可以看出，当泥浆黏度和静切力较低，ph值较低时，投入土的质量2％的纯碱调节泥浆的性能指标符合要求，过高或过低影响黏度和静切力，以及ph值的变化。

实验例2：

本实验例按照实施例1的方法进行砂土取样，其中当需要降黏度、失水量和静切力时，单宁酸钠的加入量分别为土质量的2％、3％、4％、5％和6％；取样完毕后取样的参数变化如表3所示，泥浆的性能指标如表4所示。

表3：

表4：

从表3中可以看出，当泥浆黏度、失水量和静切力较高时，影响砂土取样密度变化，降低土试样等级，需要投入土的质量3％～5％的单宁酸钠调节泥浆的性能指标符合要求；

从表4中可以看出，当泥浆黏度、失水量和静切力较高时，投入土的质量3％～5％的单宁酸钠调节泥浆的性能指标符合要求，过高或过低影响泥浆黏度、失水量和静切力的变化。

实验例3：

本实验例按照实施例3的方法进行砂土取样，其中岩芯采取率，对完整和较完整岩体分别为70％、80％和90％；取样完毕后取样的参数变化如表1所示。

表5：

从表5中可以看出，完整和较完整岩体的岩芯采取率低于80％，导致砂土取样的结构、密度和含水量均出现大的变化，完整和较完整岩体的岩芯采取率不低于80％,砂土的取样才能达到土试样质量等级要求。

实验例4：

本实验例按照实施例3的方法进行砂土取样，其中岩芯采取率，较破碎和破碎岩体分别为60％、65％和70％；取样完毕后取样的参数变化如表1所示。

表6：

从表6中可以看出，较破碎和破碎岩体的岩芯采取率低于65％，导致砂土取样的结构、密度和含水量均出现大的变化，较破碎和破碎岩体的岩芯采取率不低于65％,砂土的取样才能达到土试样质量等级要求。

实验例5：

本实验例分别按照实施例1至3和对比例1所述的方法进行砂土取样，取样完毕后取样的参数变化如表1所示

表7：

从表7中可以看出，对比例1采用慢速压力法导致取样密度变化大，本发明的实施例1、实施例2和实施例3采用快速静力压入法比对比例1中采用慢速压力法扰动程度小且达到砂土试样质量等级要求，满足各项实验要求。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。