地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法在新沂河?？诳刂乒こ痰膽?/h1>
2017-01-20 12:52:20俞俊秋
治淮 2017年9期
俞俊秋 黎 昱 韓 亮
地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法在新沂河海口控制工程的應用
俞俊秋 黎 昱 韓 亮
一、概況
在巖土工程檢測、監(jiān)測、鉆井工程中，一般對鉆孔垂直精度要求較高，目的是檢測出受檢樁體（墻體）長度、受檢體完整性、底端沉渣厚度，以保證孔內(nèi)安放的設備能達到設計位置。受地層、鉆進操作方法、鉆探設備等因素影響，鉆孔易發(fā)生偏斜、彎曲，垂直精度難以滿足設計要求，造成巖土工程基樁（或墻體）檢測鉆孔達不到樁底，對樁長、受檢體完整性、底端沉渣厚度無法評判，孔內(nèi)安放的設備儀器不能滿足設計要求，鉆孔質(zhì)量和工作效率受到影響。
江蘇省淮沭新河管理處為提高新沂河海口控制工程建筑物沉降觀測的準確性，同時在管理區(qū)域內(nèi)建設必要的巖基觀測標點作為精度較高的引據(jù)點，擬于新沂河海口控制工程范圍內(nèi)建立一個專用的、可靠的Ⅱ等水準點。要求通過鉆探成井，同時安裝巖基觀測標點的保護管、標管、主副標頭、灌注蒽油并設置保護井，為新沂河?？诳刂乒こ痰慕ㄖ锍两涤^測提供可靠的巖基觀測標點。
二、場地及地質(zhì)條件
1.場地及區(qū)域地質(zhì)
場地位于蘇北黃淮平原區(qū)。根據(jù)《江蘇省環(huán)境水文地質(zhì)圖集》，場地地貌類型為海積平原中的海灣低平原，地勢較平坦，地面高程3～5m。場地地面高程3.2m左右。場地處于下?lián)P子準地臺鹽阜凹陷的西北邊緣，太古界—下元古界區(qū)域中深變質(zhì)巖系組成基底，白堊紀至第三紀沉積了一套碎屑巖系，上覆100多米厚的第四系海陸交互沉積地層。場地西北約35km有海州—泗陽斷裂帶，東南約33km有淮陰—響水口斷裂。場地處于相對穩(wěn)定的地塊上，自新第三紀以來新構(gòu)造運動表現(xiàn)為緩慢地上下振蕩運動，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。
2.巖基觀測標點巖土層
Q4ml（第四系全新統(tǒng)人工填土）
（1）0～3.7m：素填土，淺黃色，主要由河道開挖回填而成，可塑，表層30cm含植物根系。
Q4m（第四系全新統(tǒng)海積土）
（2）3.7～15.5m：淤泥，灰色，流塑，土質(zhì)較均勻，局部夾粉砂薄層，偶見貝殼碎片。
（3）15.5～29.6m：淤質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色，軟塑，土質(zhì)均勻，局部夾粉砂薄層；局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，直徑2～7cm不等。
（4）29.6～37m：粉質(zhì)粘土，灰綠色—淺黃色夾灰黃色，可塑—硬塑，局部夾粉土、粉砂薄層。
Q3al+pl（第四系上更新統(tǒng)沖洪積土）
（5）37～42m：粉砂，淺灰色，灰黃色，密實，含云母碎片。
（6）42～52m：粉質(zhì)粘土，灰黃色，硬塑，夾粉土薄層。
（7）52～62m：粉砂，淺灰黃色，密實，局部為粉質(zhì)粘土混砂，含云母碎片。
（8）62～70m：粘土，褐黃夾灰黃色，硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核。
（9）70～75m：粉質(zhì)粘土，灰黃色，硬塑，局部夾少量粉土薄層。
（10）75～80m：粘土，褐黃色，硬塑，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，直徑6～10cm不等，分布不均勻。
（11）80～91m：粘土，褐黃色，硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及少量鈣質(zhì)結(jié)核。
（12）91～95m：粘土，黃色，硬塑，含有少量細中砂，切面光滑。
（13）95～113m：粘土，灰白色，硬塑，雜少量中砂。
（14）113～130m：粗砂，灰白色，密實，夾粘土團塊，局部粘粒含量較高。
（15）130～134.5m：粘土，灰白色夾淺黃色，硬塑混砂。
（16）134.5～148.2m：細砂，灰白色，密實，混有粘性土團塊。
K2W（白堊系上統(tǒng)王氏組）
（17）148.2～157.5m：砂質(zhì)泥巖，灰白色，泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層構(gòu)造，手捏易碎，膠結(jié)程度一般，遇水易軟，夾泥質(zhì)砂巖層及團塊。
（18）157.5～172m：泥質(zhì)砂巖，灰白色，細粒結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，局部膠結(jié)較好，夾砂質(zhì)泥巖薄層、團塊，手捏易碎。
（19）172～198.6m：砂質(zhì)泥巖，灰白色，泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層構(gòu)造，膠結(jié)程度一般，錘擊易碎，局部夾泥質(zhì)砂巖薄層，膠結(jié)差、易碎。
（20）198.6～207.8m：砂質(zhì)泥巖，灰白色夾灰綠色，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度一般，錘擊易碎，局部夾泥質(zhì)砂巖薄層，205.5m以下砂質(zhì)含量高。（中上元古界海州群云臺組）
（21）207.8～210.8m：片麻巖，中等風化，灰青夾灰綠色，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖芯上部成碎塊狀，下部為柱狀，巖石堅硬，錘擊聲脆。
三、鉆進方案設計
1.項目難點分析
巖基觀測標點作為精度較高的引據(jù)點，其自身的穩(wěn)定尤為重要。中上元古界海州群云臺組片麻巖歷史年代久遠，穩(wěn)定性高，抗壓強度150MPa，強度高，承載力可滿足標管地基要求，選擇該層片麻巖為標管持力層，沉降可忽略不計。巖基觀測標點埋深大，在深度148.2m以上為土層，有淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、砂土，在鉆機鉆進過程中會遇到淤泥、淤泥質(zhì)土縮頸，砂土坍塌等風險。巖基觀測標點埋深210.8m，如何保證鉆孔的垂直度也是該項目最大的難點。
2.鉆孔設計
為解決淤泥、淤泥質(zhì)土縮頸，砂土坍塌等問題，采用泥漿護壁、套管跟進的鉆進工藝，開孔孔徑為219mm，鉆至199m(該深度的地層為白堊系砂質(zhì)泥巖)，安裝直徑168mm保護管，后使用直徑150鉆具鉆至預定深度。
3.鉆孔垂直度方案設計
針對巖土工程鉆孔過程中鉆孔垂直精度不能保證的難題，從2003年開始對倒垂鉆進成孔技術(shù)進行研究，研制出一種實用的倒垂鉆進導向裝置和鉆桿扶正裝置，并申領了水利水電工程建設工法證書和實用新型專利證書。利用該倒垂鉆進導向裝置和鉆桿扶正裝置，鉆孔深度、鉆孔垂直度都能滿足技術(shù)要求。
四、巖基觀測標點施工過程及質(zhì)量控制
場地處于下?lián)P子準地臺鹽阜凹陷的西北邊緣，太古界—下元古界區(qū)域中深變質(zhì)巖系組成基底，白堊紀至第三紀沉積了一套碎屑巖系，上覆148.2m厚的第四系海陸交互沉積地層。土層鉆探采用泥漿護壁。第四紀土層采用無芯鉆進，基巖采用取芯鉆進。取芯鉆進過程中，嚴格控制回次進尺和水泵供水量，杜絕超管鉆進，并輕壓慢鉆，巖芯采取率均達到90%以上。利用倒錘孔導向裝置和鉆桿扶正裝置保證成孔質(zhì)量，巖基觀測標點成井過程中，分別于 50.3m、104.65m、152.35m和190.35m四個位置進行了深度校正，深度誤差均為0；并用KXP-2D（M）數(shù)字羅盤（多點）測斜儀對鉆孔的傾斜度進行了測量，分別于51m、103m、149m和198m處進行了4次測斜，測斜結(jié)果分別為 0.26°、0.21°、0.31°和 0.41°，達到了預期孔斜控制在1°/100m范圍內(nèi)的要求。巖基觀測標點的成井終孔深度為210.8m，測深、測斜均滿足技術(shù)要求，依次安裝保護管、標管、主標頭和副標頭，將巖基觀測標點移交給新沂河海口控制工程管理所，順利通過有關專家和驗收會的審查。
五、結(jié)論
采用地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法，利用倒垂孔導向裝置和鉆桿扶正裝置，巖基觀測標點成井順利，成井垂直精度高，井內(nèi)設備安裝質(zhì)量符合規(guī)范要求。
地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法關鍵技術(shù)“倒垂孔導向裝置”和“鉆桿扶正裝置”結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)鉆孔孔徑大小靈活改進尺寸，加工方便，制造成本低。與現(xiàn)有的鉆具可隨意搭配，在實際鉆進過程中具有操作方便、易于排出孔底巖粉等優(yōu)點。
地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法在水利、橋梁、房屋等工程中可解決巖土工程基樁及地下混凝土連續(xù)墻體檢測、基巖標成井等鉆孔垂直精度要求高的成孔技術(shù)難題，該新技術(shù)具有良好的社會推廣價值■
（作者單位：江蘇省工程勘測研究院有限責任公司 225002）
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一、概況
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江蘇省淮沭新河管理處為提高新沂河海口控制工程建筑物沉降觀測的準確性，同時在管理區(qū)域內(nèi)建設必要的巖基觀測標點作為精度較高的引據(jù)點，擬于新沂河海口控制工程范圍內(nèi)建立一個專用的、可靠的Ⅱ等水準點。要求通過鉆探成井，同時安裝巖基觀測標點的保護管、標管、主副標頭、灌注蒽油并設置保護井，為新沂河?？诳刂乒こ痰慕ㄖ锍两涤^測提供可靠的巖基觀測標點。
二、場地及地質(zhì)條件
1.場地及區(qū)域地質(zhì)
場地位于蘇北黃淮平原區(qū)。根據(jù)《江蘇省環(huán)境水文地質(zhì)圖集》，場地地貌類型為海積平原中的海灣低平原，地勢較平坦，地面高程3～5m。場地地面高程3.2m左右。場地處于下?lián)P子準地臺鹽阜凹陷的西北邊緣，太古界—下元古界區(qū)域中深變質(zhì)巖系組成基底，白堊紀至第三紀沉積了一套碎屑巖系，上覆100多米厚的第四系海陸交互沉積地層。場地西北約35km有海州—泗陽斷裂帶，東南約33km有淮陰—響水口斷裂。場地處于相對穩(wěn)定的地塊上，自新第三紀以來新構(gòu)造運動表現(xiàn)為緩慢地上下振蕩運動，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。
2.巖基觀測標點巖土層
Q4ml（第四系全新統(tǒng)人工填土）
（1）0～3.7m：素填土，淺黃色，主要由河道開挖回填而成，可塑，表層30cm含植物根系。
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（2）3.7～15.5m：淤泥，灰色，流塑，土質(zhì)較均勻，局部夾粉砂薄層，偶見貝殼碎片。
（3）15.5～29.6m：淤質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色，軟塑，土質(zhì)均勻，局部夾粉砂薄層；局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，直徑2～7cm不等。
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（19）172～198.6m：砂質(zhì)泥巖，灰白色，泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層構(gòu)造，膠結(jié)程度一般，錘擊易碎，局部夾泥質(zhì)砂巖薄層，膠結(jié)差、易碎。
（20）198.6～207.8m：砂質(zhì)泥巖，灰白色夾灰綠色，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度一般，錘擊易碎，局部夾泥質(zhì)砂巖薄層，205.5m以下砂質(zhì)含量高。（中上元古界海州群云臺組）
（21）207.8～210.8m：片麻巖，中等風化，灰青夾灰綠色，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖芯上部成碎塊狀，下部為柱狀，巖石堅硬，錘擊聲脆。
三、鉆進方案設計
1.項目難點分析
巖基觀測標點作為精度較高的引據(jù)點，其自身的穩(wěn)定尤為重要。中上元古界海州群云臺組片麻巖歷史年代久遠，穩(wěn)定性高，抗壓強度150MPa，強度高，承載力可滿足標管地基要求，選擇該層片麻巖為標管持力層，沉降可忽略不計。巖基觀測標點埋深大，在深度148.2m以上為土層，有淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、砂土，在鉆機鉆進過程中會遇到淤泥、淤泥質(zhì)土縮頸，砂土坍塌等風險。巖基觀測標點埋深210.8m，如何保證鉆孔的垂直度也是該項目最大的難點。
2.鉆孔設計
為解決淤泥、淤泥質(zhì)土縮頸，砂土坍塌等問題，采用泥漿護壁、套管跟進的鉆進工藝，開孔孔徑為219mm，鉆至199m(該深度的地層為白堊系砂質(zhì)泥巖)，安裝直徑168mm保護管，后使用直徑150鉆具鉆至預定深度。
3.鉆孔垂直度方案設計
針對巖土工程鉆孔過程中鉆孔垂直精度不能保證的難題，從2003年開始對倒垂鉆進成孔技術(shù)進行研究，研制出一種實用的倒垂鉆進導向裝置和鉆桿扶正裝置，并申領了水利水電工程建設工法證書和實用新型專利證書。利用該倒垂鉆進導向裝置和鉆桿扶正裝置，鉆孔深度、鉆孔垂直度都能滿足技術(shù)要求。
四、巖基觀測標點施工過程及質(zhì)量控制
場地處于下?lián)P子準地臺鹽阜凹陷的西北邊緣，太古界—下元古界區(qū)域中深變質(zhì)巖系組成基底，白堊紀至第三紀沉積了一套碎屑巖系，上覆148.2m厚的第四系海陸交互沉積地層。土層鉆探采用泥漿護壁。第四紀土層采用無芯鉆進，基巖采用取芯鉆進。取芯鉆進過程中，嚴格控制回次進尺和水泵供水量，杜絕超管鉆進，并輕壓慢鉆，巖芯采取率均達到90%以上。利用倒錘孔導向裝置和鉆桿扶正裝置保證成孔質(zhì)量，巖基觀測標點成井過程中，分別于 50.3m、104.65m、152.35m和190.35m四個位置進行了深度校正，深度誤差均為0；并用KXP-2D（M）數(shù)字羅盤（多點）測斜儀對鉆孔的傾斜度進行了測量，分別于51m、103m、149m和198m處進行了4次測斜，測斜結(jié)果分別為 0.26°、0.21°、0.31°和 0.41°，達到了預期孔斜控制在1°/100m范圍內(nèi)的要求。巖基觀測標點的成井終孔深度為210.8m，測深、測斜均滿足技術(shù)要求，依次安裝保護管、標管、主標頭和副標頭，將巖基觀測標點移交給新沂河海口控制工程管理所，順利通過有關專家和驗收會的審查。
五、結(jié)論
采用地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法，利用倒垂孔導向裝置和鉆桿扶正裝置，巖基觀測標點成井順利，成井垂直精度高，井內(nèi)設備安裝質(zhì)量符合規(guī)范要求。
地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法關鍵技術(shù)“倒垂孔導向裝置”和“鉆桿扶正裝置”結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)鉆孔孔徑大小靈活改進尺寸，加工方便，制造成本低。與現(xiàn)有的鉆具可隨意搭配，在實際鉆進過程中具有操作方便、易于排出孔底巖粉等優(yōu)點。
地質(zhì)鉆機倒垂鉆進施工工法在水利、橋梁、房屋等工程中可解決巖土工程基樁及地下混凝土連續(xù)墻體檢測、基巖標成井等鉆孔垂直精度要求高的成孔技術(shù)難題，該新技術(shù)具有良好的社會推廣價值■
（作者單位：江蘇省工程勘測研究院有限責任公司 225002）
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