巖土工程勘察中鉆探工藝技術(shù)措施

陳文

摘要：通過對(duì)軟弱粘性土、硬粘性土、砂及卵(碎)石的鉆探工藝實(shí)踐,由分析了土層的性質(zhì)不同,在巖土工程勘察過程中,實(shí)施工程地質(zhì)鉆探時(shí)所采取的工藝措施也不一樣。在鉆進(jìn)方法的選擇、鉆具的選擇方面進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：巖土工程勘察;鉆探工藝選取

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16723198（2014）13017902

0引言

工程勘察主要是查明淺層地質(zhì)情況,雖然不同領(lǐng)域的工程有著不同的工程規(guī)范,但隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展,大規(guī)模的工業(yè)及民用建筑拔地而起。為了能夠準(zhǔn)確的確定巖土的物理力學(xué)指標(biāo)及巖土特性,提供準(zhǔn)確無誤的地質(zhì)勘察資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)是非常重要的。其主要原因是對(duì)地基的承載力和建筑物的沉降變形同樣有著要求,保證鉆探質(zhì)量就成為了關(guān)鍵。以下筆者主要根據(jù)不同土層從幾個(gè)方面來討論鉆探工藝的選取。

1鉆探設(shè)備的選取

目前在巖土工程勘查中主要的鉆探工具為鉆桿、鉆頭、巖芯管。針對(duì)不同的土層淺談一下鉆進(jìn)方法的選擇和各種鉆探工具的選擇?？辈祛I(lǐng)域主要是應(yīng)用汽車鉆作為主要的勘察設(shè)備,鉆探設(shè)備的選取主要的目標(biāo)就是能夠滿足各種鉆探工藝的要求,巖土工程勘察中,鉆探設(shè)備的選擇與鉆探工藝的選取無關(guān)。其主要原因是因?yàn)槠囥@的工作效率較高。無論是選擇那種鉆探設(shè)備對(duì)于工程質(zhì)量沒有太大影響,由于場(chǎng)地原因也會(huì)采用臺(tái)式鉆機(jī)作為主要勘察設(shè)備,主要影響的是工程進(jìn)度問題。

1.1鉆桿的選取

筆者建議在鉆機(jī)應(yīng)該配備兩套鉆桿,一套為直徑50mm的鉆桿,主要應(yīng)用于硬層鉆進(jìn),可以預(yù)防的鉆桿折斷和脫落。一套為直徑42mm的鉆桿,主要應(yīng)用于軟層、較硬土層的鉆進(jìn)及原位測(cè)試;定期檢查鉆桿保證鉆桿的軸線的直線度誤差小于0.1%。

1.2鉆具的選取

常用的螺旋鉆主要分為長螺旋鉆、短螺旋鉆、環(huán)狀螺旋鉆、振動(dòng)螺旋鉆、套管螺旋鉆和麻花鉆螺旋鉆具應(yīng)用于螺旋鉆進(jìn),硬質(zhì)合金取心鉆具用于硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。鉆具的選取主要由鉆進(jìn)方法所決定。以下針對(duì)不同地層淺談一下鉆進(jìn)方法及鉆具的選取。

(1)可塑偏硬、硬塑及堅(jiān)硬粘土比較。由于該土層強(qiáng)度較低,如在地下水位以下,如孔深較淺建議采用套管螺旋鉆,如孔深較深則需采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)?？刹捎弥劐N沖擊鉆進(jìn)、螺旋鉆進(jìn),軟弱粘性土層及可塑偏軟粘性土層，最好選擇長螺旋鉆，從處理地下水位以上。如圖1所示。

圖1長螺旋鉆鉆探避免由于水流較大將該土層沖散后混入泥漿,必要時(shí)需采用干孔卡取法取得巖芯。由于長螺旋鉆不需要循環(huán)液而且在軟弱粘性土層中鉆進(jìn)效率高,取出的巖芯雖受擾動(dòng)破壞,但仍可看到地層的天然結(jié)構(gòu)狀態(tài),不影響判斷土層的厚度和埋深,也不影響對(duì)地層結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的描述。即在回次終了時(shí),停止送水,利用未排除的巖粉來擠塞住巖芯,采用雙動(dòng)雙管取心鉆具。干鉆進(jìn)尺一小段(實(shí)際工程中進(jìn)尺有時(shí)可達(dá)到1米),再通過回轉(zhuǎn)將其扭斷提出。為保證巖芯采取率,使用活動(dòng)分水投球鉆具,防止提鉆過程中巖芯脫落,可以使干鉆取芯獲得更好效果。

(2)可塑偏硬、硬塑及堅(jiān)硬粘性土層:肋骨鉆頭對(duì)粘性土的切削作用強(qiáng),且對(duì)土層的擾動(dòng)小,對(duì)土層的厚度和埋深的判斷幾乎沒有影響,因此鉆具應(yīng)選擇小肋骨鉆頭,層應(yīng)采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),且肋骨宜大于巖芯管1～1.4cm。能保證土體的分層及原狀樣的提取的質(zhì)量。

長螺旋鉆在實(shí)際鉆進(jìn)該層土的過程中,由于該地層強(qiáng)度較高,為提高效率多數(shù)采用螺旋鉆,在實(shí)際的巖土勘察過程中。在硬質(zhì)粘性土層中盡量采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),在粘性較大時(shí),因注意鉆進(jìn)速度及進(jìn)尺。該鉆具對(duì)該土層擾動(dòng)大,故在進(jìn)尺及土的狀態(tài)方面應(yīng)特別注意。

(3)砂層:粘粒含量較大的粉細(xì)砂可采用螺旋鉆進(jìn),砂層在鉆探過程中主要考慮在地下水位以上的砂層的粒徑及砂土中的粘粒含量及地下水的影響。如果孔深較深,可以在后期更換小直徑螺旋鉆。

泥漿的稠度視砂粒粒徑的大小決定。鉆頭外徑較巖芯管稍大,能很好的約束巖芯管,在地下水位以上的中粗砂、礫砂及在地下水位以下的砂土鉆探一般采用品字形硬質(zhì)合金鉆頭。使其回轉(zhuǎn)穩(wěn)定保障巖芯的原始結(jié)構(gòu)。但是為防止孔壁坍塌造成埋鉆、廢孔的事故，需用泥漿護(hù)壁,如泥漿護(hù)壁不能滿足要求時(shí),需用套管跟進(jìn)鉆探。

(4)卵(碎)石層:采用泥漿護(hù)壁或根據(jù)需要選擇套管護(hù)壁跟管鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中孔壁坍塌程度較小,可直接在裸孔的情況下鉆進(jìn),該層主要應(yīng)考慮其中充填物及地下水位。粘性土含量較大的卵(碎)石層,在地下水位以上且以粘性土充填為主的,地下水位以下的卵(碎)石層,因受地下水影響,孔壁極易坍塌,粘土粒自由表面張力大,因其粘結(jié)力較強(qiáng),鉆具選用單管巖芯管或加厚螺旋鉆;可以在其上鉆孔,后繼續(xù)鉆進(jìn)?？梢杂媒清F或一字鉆頭等擊碎,如碰到大于管徑的卵石或碎石,后跟管鉆進(jìn)。

2不同地層的鉆探作業(yè)方法

(1)軟弱粘性土層及可塑偏軟粘性土層:因?yàn)槁菪@本身有厚度,且取出的土樣同時(shí)也受到擾動(dòng),螺旋鉆進(jìn)尺1.0米,實(shí)際取出的土樣長度大于1.0m,螺旋鉆鉆具整個(gè)葉片長度一般控制在1m左右,直徑略小于改換螺旋鉆具的鉆孔直徑;為了正確地確定層位的變化及其狀態(tài)分析;每回次進(jìn)尺在0.5～1.0m范圍內(nèi),至于土質(zhì)越軟其長度增加值越小,應(yīng)以實(shí)際情況加以區(qū)分,長度增加的數(shù)值應(yīng)以螺旋鉆的參數(shù)及土層的塑性指標(biāo)有關(guān),孔內(nèi)的水在慢轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)慢提升的情況下可以起到潤滑作用,如果鉆具轉(zhuǎn)速高,提鉆上升速度快,那么地下水會(huì)起到不良作用,致使葉片上的土樣脫落,從而達(dá)不到預(yù)期目的;本類土層鉆進(jìn)過程中鉆具的鉆速應(yīng)限制在90轉(zhuǎn)/分～100轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi),減少上鉆阻力。

(2)可塑偏硬、硬塑及堅(jiān)硬粘性土層:具體操作時(shí),切入土層后可采用中速檔鉆進(jìn),硬粘性土層優(yōu)選采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),中速檔鉆進(jìn)不僅快,首先應(yīng)慢速鉆進(jìn),以便鉆頭切入土層中(當(dāng)遇到堅(jiān)硬土層鉆頭吃不進(jìn)土層時(shí)可適當(dāng)加壓),鉆具提升時(shí)要控制速度,保證孔底不形成真空。在回次進(jìn)尺時(shí),鉆具提升阻力小。因?yàn)檎承酝劣幸欢ǖ目估瓘?qiáng)度,為減少提升阻力,必須先擰斷巖芯。如卡鉆且不可用轉(zhuǎn)升的方法處理。

為保證巖芯采取率,防止提鉆過程中巖芯脫落,當(dāng)鉆進(jìn)可塑偏硬的粘性土?xí)r建議水泵流量為低速,采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)要注意水泵流量的控制,當(dāng)鉆進(jìn)堅(jiān)硬及硬塑粘性土?xí)r建議水流開中速。進(jìn)行巖芯采取時(shí)可采用干孔卡取法取得巖芯。使用活動(dòng)分水投球鉆具,可以使干鉆取芯獲得更好效果。

(3)砂層:確保不會(huì)發(fā)生沉砂卡鉆,停泵后干鉆0.3～0.5m,以保證不脫落巖芯。粉細(xì)砂夾粘性土,此地層的鉆探工藝與地層的顆粒粒經(jīng)大小有很大關(guān)系鉆速應(yīng)采取低鉆速,鉆進(jìn)壓力不易太大,不允許上下活動(dòng),泵量調(diào)至似流之勢(shì)方可鉆進(jìn),此地層鉆進(jìn)時(shí),每回次終了前,應(yīng)先以清泥漿洗孔,待清泥漿將孔內(nèi)懸浮粉細(xì)砂帶入泥漿池后方可停泵。

（4）卵(碎)石層:此地層的鉆探工藝與地層的密實(shí)度、含水率、有無粘性土充填等有很大關(guān)系,確保不會(huì)發(fā)生沉砂卡鉆,應(yīng)停泵干鉆0.2～0.3m,中粗砂、礫砂,本地層可采用灌漿無泵反循環(huán)鉆進(jìn),每回次終了前,應(yīng)先以清泥漿洗孔,待清泥漿將孔內(nèi)懸浮中粗砂、礫砂帶入泥漿池后方可停泵,以不再浮動(dòng)鉆具進(jìn)行干鉆(干燒)卡芯。常用的鉆孔壓力應(yīng)掌握在200kg～300kg,不同的組合理論應(yīng)采用不同的鉆探工藝。

3結(jié)語

但由于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造不同,地層也各具特點(diǎn),在鉆探工藝上很難采用某一數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)。由于地質(zhì)環(huán)境和成因條件的千差萬別,所以它們對(duì)鉆探工藝所表現(xiàn)的適宜性也總是有所不同,本文是筆者在近幾年勘察過程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析所遇地層的特點(diǎn),從而制定出最經(jīng)濟(jì)最合理的鉆探方案，總結(jié)了一些鉆進(jìn)工藝和鉆具的選取方法,希望這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似的巖土工程鉆探具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

［1］張紹羽.試論巖土工程勘察中鉆探工藝的選擇［J］.大科技,2014,(1):218219.

［2］李子黃.巖土工程中混凝土灌注樁在施工工藝及技術(shù)［J］.江西建材,2014,(2):6767.

［3］劉雨夢(mèng).淺論巖土工程地質(zhì)災(zāi)害與防治［J］.散文百家：下旬刊,2014,(2):190190.