工程钻探取样(engineering drilling sampling)

按地质勘察或工程设计施工技术要求，从钻孔内指定孔段采取实物样品的作业。是工程钻探的主要任务之一。钻孔取样是工程地质勘察和供水水文地质勘察获取地表以下的地质实物资料的主要手段，也是检验建筑物基础等地下工程施工质量的重要方法。各类勘察规范对钻孔取样都有严格要求。工程钻探取样通常分为取土(砂)样、取岩样和取水样三种。

取土(砂)样   从土(砂)层取样，分为取扰动土样和取不扰动土样两种。天然成分和结构受到破坏的扰动土样，一般是在钻进过程中利用各种钻进工具(如勺形钻头、螺旋钻具、洛阳铲等)在钻孔内采取，或是从钻探，中洗介质携带到地表的钻屑中采取。保持原位天然成分和结构未被破坏的不扰动土样的采取，则是在钻进过程中使用专门的取土工具进行的一项专门作业。工程钻探中使用的专门的取土工具称为取土器。

取土器   一般由接头、余土管、取土管(含衬管)、管靴、封闭装置等部件组成(图1)。取土时，管靴切入土体，多余的残土进入余土管，有效土样进入取土管中的衬管内。取土器必须顺利地切入土体，以避免对土结构的扰动和保证提升时不掉土样。取土器的封闭装置是防止掉土样的机构，有上部和下部封闭装置两类，上部封闭装置起吸附作用，下部封闭装置起承托或卡紧作用。

取土器的基本结构参数包括直径、内间距比、外间距比、面积比、刃口形状和角度、取土管长度和形式等。(1)直径。采取的不扰动土样的直径，即管靴刃口内径。主要由取土方法、土层性质和土工试验用环刀的直径决定。按现行规范要求，管靴刃口内径(D_e)不宜小于76mm。(2)内间距比(C_i)。取土管(带衬管时为衬管)内径(D_s)和管靴刃口内径之差与刃口内径的百分比

表征取土管(衬管)内壁与土样间的摩擦力，用于控制土样的扰动和脱落。(3).外间距比(C_o)。取土器管靴最大外径(D_w)和取土管外径(D_t)之差与取土管外径的百分比

表征取土管外壁与孔壁的摩擦力，用于控制取土器的切入阻力。(4)面积比(A_r)。取土器管靴最大断面积和不扰动土样断面积之差与不扰动土样断面积的百分比

用于控制土样扰动程度和切入阻力。A_r值小，土样的扰动程度和切入阻力均小。A_r值取决于管壁的厚度，在保证取土器强度和刚度的条件下，管壁愈薄愈好。(5)管靴刃口角(α)和形式。刃口角直接影响土样的扰动程度和对土体的切入，一般为10°左右。管靴形式由弧形发展为单斜、双斜和渐缩束节三种。渐缩束节形是将管靴分为上下两节，下节壁薄且直径较小，以减小面积比，其长度为5～15cm。(6)取土管长度(z)和形式。z由取土管直径、土工试验需要的土样长度和土的种类决定。取土管常用形式有圆筒、可分半合和半合焊接三种。可分半合式取土管卸土样方便，在中国使用较广。常用取土器的技术参数列于附表。

取土器的种类很多，一般按适用地层分为软土、一般粘性土、砂质粘性土、较硬粘性土、黄土取土器和砂层取样器；按其下端是否封闭分为敞口式和封闭式两类，封闭式又有自由活塞式和固定活塞式两种；按上部封闭装置分为无封闭装置式和封闭装置式，后者又有球阀式、板阀式和活塞式等。

取土方法   使取土器沉入取样土层的方法，有压入、击入、回转压入和振动压入等方法。连续快速压入法对土样扰动最小，振动压入法对土样扰动最大，一般不允许采用。

土样编录、封装、储运   土样取出后必须立即用蘸有熔融石蜡的棉纸或胶布密封土样筒接缝，标明上下端，贴上填有明细的标签。储运中严格防止振动、日晒、雨淋和冷冻。

砂砾层取样   在松散的砂层和砂砾层中取样，要求样品保持原颗粒级配，不遗漏砾石间的细砂和土颗粒，能分清泥、砂夹层。专门的取样器除上端有封闭装置外，下端还设有可以在采样后提钻前利用弹簧或抓捞切齿等将下口封闭住的机构。此外，还有冻结取砂法。

取岩样   从岩石层取样，分为取岩心和取岩屑(粉)两类。取岩屑是采集钻头碎岩时形成的岩石碎粒(粉)作为地质资料的作业，可在地面利用岩粉收集槽、水力或气动旋流器等，或在钻孔内使用取粉管、抽筒等收集。一般，空气钻进和反循环钻进时岩屑样品的可靠性较高。取岩心则是用钻取岩心的工具从钻孔内采取圆柱状岩体或建造物样品，又称取心或采心。工程钻探要求取出的岩心具有相应孔段地层(建造物)的完整性、纯洁性、代表性、部位准确性和一定的岩心采取率：

工程地质勘察对岩样完整性、真实性的要求用岩体质量指标(RQD)表示：

取心工具   钻取岩心的工具。常称取心钻具或岩心钻具。常用的有单管、双管、孔底反循环和绳索取心钻具。

(1)单管取心钻具。由单层岩心管(见钻探管件)和取心钻头组成，其结构简单，适于在地层取心不困难或岩心采取率要求不高的情况下使用。

(2)双管取心钻具。由内、外两层岩心管和双管取心钻头组成。钻进时冲洗液从两层岩心管间的环隙流至孔底，沿钻具外侧返回地表，少量冲洗液由孔底进入内管和岩心的环形间隙中。双管取心钻具按取心时内外管转动与否分为双动和单动两种：双动双管取心钻具在工作时内外两层岩心管一同回转；单动的只是外管回转并带动钻头，而内管不转动，因此更有利于保护岩心。

(3)孔底反循环取心钻具。能在钻进中造成孔底粗径钻具部位冲洗液沿粗径钻具外侧流向孔底，再经钻头唇面沿着岩心管和岩心之间的环隙向上流动的取心钻具。它具有多种结构型式，用于取心困难地层。

(4)绳索取心钻具。由单动双层岩心管、绳索取心钻头和绳索打捞器组成，用于绳索取心钻进。

取心方法   一般常用的有提钻取心、绳索取心和反循环连续取心三种方法。此外，还有特殊用途的定向取心法和补样取心法等。

(1)提钻取心法。在取心钻进回次终止时，采用适当方法将岩心卡断并夹持在岩心管内(称岩心卡取)，然后将孔内钻具全部提到地面，从岩心管中取出岩心的取心法。这是应用最普遍的取心方法。岩心卡取包括卡断和夹持两种方式，常用的有卡料(碎石、铁丝等)、卡簧(也称岩心提断器)、干钻和沉淀卡取四种方式。

(2)绳索取心法。钻进回次终止卡取岩心后，不提升钻具，通过钻杆柱内腔下入用钢丝绳连接的打捞器，将盛有岩心的内管卡住提至地面的取心方法(图2)。绳索取心法可减少停钻升降钻具作业次数和提高岩心采取率。但需用长寿命钻头(如金刚石钻头)和专门的钻具。

(3)反循环连续取心法。钻进中，在破碎孔底岩石的同时，利用冲洗钻孔的循环介质连续地将岩心经钻杆柱内孔输送到地面的取心方法。钻进中形成的岩心达到一定长度即被孔底钻具中的切断器楔断，并随循环介质向地面上升。这种取心法岩心采取率高、质量好，有助于准确判别地层。

(4)定向取心法。利用专门的装置和钻具，采取带有定向标记的岩心(称定向岩心)的取心方法。定向取心，是用单个钻孔的数据确定地下岩层和结构面的产状，从而节省钻探工作量。但定向取心需具备以下三个条件：(1)已知取心段钻孔的顶角和方位角；(2)岩心上能观察到结构面；(3)能给孔底岩心定向，即在岩心未与孔底岩体断离之前在其端面或侧面上能人为地造出相关标记。其中以孔底岩心定向为定向取心的关键，通常有地面定向和孔内定向两种方法。地面定向法是，通过钻杆或导向装置把连接在钻杆下端的定向取心工具按已定方向下到孔底，取出定向岩心。此法操作工序繁琐，累计误差大，一般只用于浅孑L和垂直孔。孔内定向法是，用打印、刻痕或钻眼等方法在未断根的孔底岩心上作出定向标记。此法常用于深孔和斜孔。定向岩心取出后就能根据岩心上的定向标记和取心孔段的测斜(见钻孔偏斜)资料，通过复位实测法、图解法或计算法求出地下岩层或结构面的产状。

(5)补样取心法。在钻探施工过程中，由于某种原因，取出的岩心数量或质量没有达到要求时，进行补取岩心样品工作所采用的方法。有捞取法、井壁取心法和人工偏斜钻进取心法等。捞取法是用岩心管连接特制钻头下入孔内捞取脱落或未采取上来的岩心；井壁取心法是采用井壁取样器在钻孔孔壁上补取样品；人工偏斜钻进取心法是利用偏斜器钻出新孔而取出岩心。

取水样   采取供进行水质分析评价的水的作业。采取水样需使用专门的取水器。常用的取水器有：玻璃瓶一重锤取水器，用于水位线以下取水；虹吸取水器，用于浅部取水；定深取水器(图3)，用于预定深度取水。