常见地层鉴别及其特性、HDD适用性及注意事项

1.1 土的工程分类

   自然界中土的种类不同，其工程性质也必不相同。影响土的工程性质的主要因素是土的三相组成和土的物理状态，其中最主要的因素是三相组成中土的固体颗粒。目前，国际、国内土的工程分类法并不统一。我们主要介绍我国 “建筑地基基础设计规范”（GB50007-2002）中的分类：
1.1.1建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）

（1）碎石土

粒径大于2mm的颗粒含量大于50%的土属碎石土。根据粒组含量及颗粒形状，可细分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。具体见表1-1:

表1-1碎石土的分类 

注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。

表1-2碎石土密实度野外鉴别方法    

（2）砂土

   粒径大于2mm的颗粒含量在50%以内，同时粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土属砂土。砂土根据粒组含量不同又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂五类。具体见表1-3:

表1-3砂土的分类

注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。

   （3）粉土

粒径大于0.075mm的颗粒含量小于50%且塑性指数小于等于10的土属粉土。该类土的工程性质较差，如抗剪强度低，防水性差，粘聚力小等。

粉土介于无粘性土与粘性土之间，是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑性指数Ip小于或等于10的土。又可根据颗粒级配分为：

砂质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量不超过全重10%；

粘质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量超过全重10%。

粉土的颗粒级配中0.05~0.1mm和0.005~0.05mm的粒组占绝大多数，而水与土粒之间的作用是明显不同于粘性土和砂土，这主要表现“粉粒”的特性。其工程性质介于粘性土和砂土之间。

   若用含水量接近饱和的粉土，团成小球，放在掌上左右反复摇晃，并以另一手震击，则土中水迅速渗出，并呈现光泽，这是野外鉴别时常用方法之一。

（4）粘性土

①粘性土按沉积年代分为：

老粘性土：第四纪晚更新纪（Q₃）及其以前沉积的粘性土，它是一种沉积年代久，工程性质较好的粘性土。一般具有较高的强度和较低的压缩性。

一般粘性土：第四纪全新世（Q₄）沉积的粘性土，其分布面积最广，遇到的也最多，工程性质变化很大。

新近沉积的粘性土：指５千年以来新近沉积的粘性土，强度较低。

②粘性土按塑性指数分类

粒径大于0.075mm的颗粒含量在50%以内，塑性指数大于10的土属粘性土。根据塑性指数的大小可细分为粘土和粉质粘土，具体如表1-4。

表1-4粘性土的分类

 

   （5）软土

软土是指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高和强度低的特点。包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土等。多数还具有高灵敏度的结构。

淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于1.5的粘性土。

淤泥质土：天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的粘性土。

当土中有机质含量大于5%时称为有机质土；大于60%时则称泥炭。

泥炭是在潮湿和缺氧环境中未经充分分解的植物遗体堆积而成的一种有机质土，呈深褐色-黑色。其含水量极高，压缩性很大，且不均匀。

（6）红粘土

红粘土为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的高塑性粘土。其液限一般大于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育，经坡、洪积再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45小于50的土称为次生红粘土。我国的红粘土分布较广，以贵州、云南、广西等省区最为典型。

（7）人工填土

人工填土是指由人类活动而堆填的土。其物质成分较杂，均匀性较差。根据其物质组成和堆填方式，填土可分为素填土、杂填土、冲填土。各类填土应根据下列特征予以区别：

素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或含杂质很少。按主要组成物质分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。经分层压实后则称为压实填土。

杂填土是含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。按其组成物质成分和特征分为建筑垃圾土、工业废料土及生活垃圾土。

冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。

（8）膨胀土

膨胀土一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（以蒙脱石和伊力石为主）所组成的粘性土，在环境和湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形，具有吸水膨胀、失水收缩的特性。当土中水分聚集时，土体膨胀；土中水分减少时，土体收缩并可使土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失，其自由膨胀率大于或等于40％的粘性土。

（9）湿陷性土

湿陷性土为浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于0.015的土。

（10）多年冻土

多年冻土是指温度等于或低于摄氏零度、含有固态水且这种状态在自然界连续保持三年或三年以上的土。当自然条件改变时，会产生冻胀、融陷、热融滑塌等特殊不良地质现象及发生物理力学性质的改变。

（11）盐渍土

还有混合土、污染土等等。

1.1.2土的野外鉴别

表1-5 土的野外鉴别

表1-6细粒土野外鉴别表

 

1.2岩石的工程分类

   岩石是天然产出的，具有一定的结构和构造的矿物集合体。自然界中岩石的种类很多，按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩石。其它的分类见下文。

表1-7 岩石按强度分类

表1-8岩石按风化程度分类

1.2.2 按岩石可钻性分类

岩石的可钻性，是指钻进时岩石抵抗压力和破碎的能力；也表示进尺效率的高低。因此，岩石的可钻性是岩石各种特性的综合，是衡量岩石钻进难易程度的主要指标。一般用单位时间的进尺数来表示可钻性的高低。按照这个分级方法，常把岩石的可钻性，划分为十二个等级。

　　由于各种岩石具有不同的物理力学性质,对钻进速度有不同的影响。在实际钻进过程中，在一定的技术条件下，测定出的各种岩石的钻进速度，通称为岩石的可钻性，也就是岩石被钻头破碎的难易程度。岩心钻探时岩石的可钻性分级如下：

　　一级：松散土

　　松软疏散的---代表性岩石为：次生黄土、次生红土、松软不含碎石及角砾的砂土、硅藻土、不含植物根的泥炭质腐殖层。（可钻性：7.50 m/h，一次提钻长度：2.80 m/次）

　　二级：较软松散岩

　　较松软疏散的---代表性岩石为：黄土层、红土层、松软的泥炭层、含10%-20%砾石、碎石的黏土质和砂土质、松软的高岭土类、含植物根的腐殖层。（可钻性：4.00 m/h，一次提钻长度：2.40 m/次）

　　三级：软岩

　　软的---代表性岩石为：强风化页岩、板岩、千枚岩和片岩，轻微胶结的砂层，含20%砾石、碎石的砂土，含20%礓结石的黄土层，石膏质土层，泥灰岩，滑石片岩、贝壳石灰岩、褐煤、烟煤。（可钻性：2.45 m/h，一次提钻长度：2.00 m/次）

　　四级：稍软岩

　　稍软的---代表性岩石为：页岩、砂质页岩、油页岩、炭质页岩、钙质页岩、砂页岩互层，较致密的泥灰岩、泥质砂岩。块状石灰岩、白云岩、强风化的橄榄岩、纯橄榄岩、蛇纹岩和磷灰岩、中等硬度煤层、岩盐、结晶石膏、高岭土层、火山泥灰岩、冻结的含水砂层。（可钻性：1.60 m/h，一次提钻长度：1.70 m/次）

　　五级：稍硬岩

　　稍硬的---代表性岩石为：卵石、碎石及砾石层、崩级层、泥质板岩，绢云母绿泥石板岩、千枚岩和片岩、细粒结晶灰岩、大理石、较松软的砂岩、蛇纹岩、纯橄榄岩、风化的角闪石斑岩和粗面岩、硬烟煤、无烟煤、冻结的粗粒砂、砾层、冻土层。（可钻性：1.15 m/h，一次提钻长度：1.50 m/次）

　　六级-七级：中硬岩

　　中等硬度的---代表性岩石为：绿泥石、云母、绢云母板岩、千枚岩、片岩、轻微硅化的灰岩、方解石、绿帘石、钙质胶结的砾岩，长石砂岩、石英砂岩、石英粗面岩、角闪石斑岩。透辉石岩、辉长岩、冻结的砾石层。（可钻性：0.82 m/h，一次提钻长度：1.30 m/次）

　　石英、角闪石、云母、赤铁矿化板岩、千枚岩、片岩，微硅化的板岩、千枚岩、片岩、长石石英砂岩、石英二长岩，微片岩化的钠长石斑岩，粗面岩，角闪石斑岩，砾石、碎石层，微风化的粗粒花岗岩、正长岩、斑岩、辉长岩及其他火成岩，硅质灰岩，燧石灰岩等。（可钻性：0.57 m/h，一次提钻长度：1.10 m/次）

　　八级--九级:硬岩

　　硬岩---代表性岩石为:硅化绢云母板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、绿帘石岩，含石英的碳酸岩石，含石英重晶石岩石，含磁铁矿和赤铁矿的石英岩，钙质胶结的砾岩，玄武岩，辉绿岩，安山岩，辉石岩，石英安山斑岩，中粒结晶的钠长斑岩和角闪石斑岩，细粒硅质胶结的石英砂岩和长石砂岩，含大块燧石灰岩，轻微风化的花岗岩、花岗片麻岩、伟晶岩、闪长岩、辉长岩等。（可钻性：0.38 m/h，一次提钻长度：0.85 m/次）

　　高硅化的板岩、千枚岩、灰岩、砂岩；粗粒的花岗岩、花岗闪长岩、花岗片麻岩、正长岩、辉长岩、粗面岩；微风化的：石英粗面岩、伟晶花岗岩、灰岩、硅化的凝灰岩、角页岩化凝灰岩、细粒石英岩、石英质磷灰岩、伟晶岩。（可钻性：0.25 m/h，一次提钻长度：0.65 m/次）

　　十级--十一级：坚硬岩

　　坚硬岩---代表性岩石为：细粒的花岗岩，花岗闪长岩，花岗片麻岩，流纹岩，微晶花岗岩，石英粗面岩，石英钠长斑岩，坚硬的石英伟晶岩，燧石岩。（可钻性：0.15 m/h，一次提钻长度：0.50 m/次）

　　刚玉岩，石英岩，碧玉岩，块状石英，最坚硬的铁质角页岩，碧玉质的硅化板岩，燧石岩。（可钻性：0.09 m/h，一次提钻长度：0.32 m/次）

　　十二级：最坚硬岩

　　最坚硬岩---代表性岩石为：未风化极致密的石英岩、碧玉岩、角页岩、纯钠辉石刚玉岩，石英，燧石，碧玉。（可钻性：0.045 m/h，一次提钻长度：0.16 m/次）.

1.3 复杂地层分类及HDD地层适用性

1.3.1复杂地层综合分类表

表1-9复杂地层综合分类表

 

 

1.3.2 HDD和地层条件的适应性关系

   地层条件是影响HDD钻进工艺、工程成本和适应性的一个关键因素，表1-10列出了HDD和地层条件的适应性关系。

表1-10 HDD和地层条件的适应性关系