巖土工程勘察中鉆探工藝選取

李 雄

（湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三0六大隊，湖南 衡陽 421003）

巖土工程作為一門新學(xué)科。自二十世紀(jì)七十年代開始發(fā)展起來后，形成了巖體工程和土體工程兩個學(xué)科。巖土勘察工作是保證建筑工程質(zhì)量的前提，其主要步驟是將鉆機(jī)鉆入地表以下，形成鉆孔，從而獲得不同深度的水、土等樣品，從樣品中分析不同深度的巖層數(shù)據(jù)。巖土勘察工作作為其他工程的基礎(chǔ)，其主要特點(diǎn)是工藝復(fù)雜，綜合性較強(qiáng)，從而導(dǎo)致施工難度大，而勘察質(zhì)量與鉆探方法和技術(shù)直接相關(guān)，本文主要對鉆探工藝進(jìn)行分析，以供讀者參考。

1 巖土工程勘察中不同地層鉆探工藝闡述

1.1 粘性土

粘性土的特征十分明顯，包括：滲透系數(shù)小、壓縮性高以及強(qiáng)度低等。這類土質(zhì)適合回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與重錘沖擊鉆進(jìn)。不僅如此，若是鉆探區(qū)域在地下水位以下，則需要采取回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。其中，重錘沖擊鉆進(jìn)工藝的優(yōu)勢在于能直觀的反映地下水的埋藏情況，弊端也很明顯，即鉆探效率低，會對鉆孔洞底部土層帶來不同程度的擾動；而回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝優(yōu)勢在于鉆探效率高。

1.2 砂卵石層

在進(jìn)行卵石層環(huán)境的鉆探作業(yè)時，會受到各種因素的干擾，使得在地層條件不同的情況下需要采用不同的鉆探工藝完成勘探工作。舉例而言，如果地層較厚、泥質(zhì)含量低，需要使用跟管進(jìn)行鉆進(jìn)工作；如果在地層較薄時需要使用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行鉆進(jìn)。在地層較為密實(shí)的區(qū)域，使用回轉(zhuǎn)鉆的方式進(jìn)行工作，從而防止孔壁坍塌。鉆進(jìn)時，使用粘土球還可以起到保護(hù)孔壁的作用。如果出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，需要增加泥漿的濃度，從而有效控制鉆進(jìn)速度。在較為松散、粘性土含量低的卵石層，需要使用泥漿護(hù)壁、跟管鉆進(jìn)的方式。

2 具體工程案例分析

2.1 工程概況

衡陽至云集干道工程為城市Ⅰ級主干路，設(shè)計車速80km/h，茅葉灘湘江大橋為本工程的重要工點(diǎn)，位于衡陽市雁峰區(qū)湘江鄉(xiāng)茅葉灘村，設(shè)計起點(diǎn)為K1+135，設(shè)計終點(diǎn)為K1+905，主橋長約0.77 km，引橋長約0.9 km。

2.2 地層巖性

勘察區(qū)出露地層有第四系松散堆積層（Q4）以及第三系粉砂質(zhì)泥巖，各巖性特征簡述如下：

2.2.1 第四系松散層（Q）

第四系松散堆積層主要粉質(zhì)黏土、粉砂及卵石為主，結(jié)構(gòu)松散，厚度較大。其中，粉砂層呈飽和、中密狀,頂面埋深0.70～10.60m，層厚3.90～6.80m，平均厚度5.58m。卵石層呈飽和、稍密-中密狀,其主要成分為石英等,呈渾圓狀, 致密堅硬，不易擊碎，骨架間充填少量中粗砂及黏性土，頂面埋深4.70～12.60m，層厚7.10～16.70m，平均厚度11.98m。

2.2.2 粉砂質(zhì)泥巖

灰綠色夾棕紅色，泥鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖層厚度為中-薄層狀，巖石風(fēng)化裂隙較發(fā)育，節(jié)理裂隙面有鐵錳質(zhì)渲染，巖芯多呈柱狀夾塊狀或餅狀，節(jié)長一般5-30cm，錘擊聲啞，易擊碎，為軟巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值55-70。頂面埋深15.02～27.79m，控制厚度28.00～45.80m。

2.3 鉆探施工技術(shù)難點(diǎn)

本場地地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富，場地存在粉砂層、卵石層等松散堆積層，鉆探揭露卵石層最大厚度達(dá)16.7m，且部分鉆孔在湘江江面上施工，野外鉆探難度極大。由于湘江水位的不斷變化，嚴(yán)重影響了地層劃分的準(zhǔn)確性。在粉砂層及卵石層中鉆進(jìn)時，極易發(fā)生垮孔、卡鉆，機(jī)械磨損及材料消耗巨大，工時增加，導(dǎo)致成本成倍增加。

2.4 鉆探施工工藝

鉆探采用Φ127mm口徑金剛石鉆頭開孔，Φ130mm、Φ110mm套管跟管鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過程中不斷調(diào)整鉆頭參數(shù)及泥漿配比，取得了較好的效果。施工現(xiàn)場制作用于撈取巖心的鉆頭,這種現(xiàn)場制作的鉆頭制作方便,成本低廉。它是利用廢舊磨損鉆頭,在鉆頭前端鉆孔,在孔內(nèi)穿插鋼絲繩,形成網(wǎng)狀,且繩尖端向上,卵石能順利進(jìn)入,利用鋼絲繩的支撐進(jìn)入鉆頭的卵石,清孔便捷,鉆進(jìn)過程中不斷及時地清孔,能夠有效緩解或解決鉆孔內(nèi)卵石垮塌所帶來的問題,節(jié)省勘察時間,減少鉆具不必要的消耗。

同時，采用最佳的循環(huán)液配制與金剛石鉆頭合理參數(shù)互相配合進(jìn)行鉆探，才能取得最好的效果。本次鉆探采用SM植物膠漿液作為循環(huán)液，一開始就有效降低了清水對易垮孔地層的沖刷。在鉆進(jìn)厚層卵石層時，植物膠漿液能在孔壁形成堅韌的膠膜，使孔壁穩(wěn)定，不掉塊，不坍塌、不漏漿，同時利用植物膠的潤滑作用又能減少鉆具震動，有利于提高巖芯采取率。

泥漿采用了SM植物膠與膨潤土混合調(diào)成混合漿液，配比為：膨潤土的濃度為3%～5%，SM植物膠濃度為0.5%～0.8%，純堿濃度為膨潤土及SM植物膠總重量的4%～5%；加入2000ppm（0.2%）的羥甲基纖維素（CMC）。

圖1 地層巖性特征圖

圖2 地質(zhì)剖面圖

當(dāng)發(fā)生漏漿時，可用由膨潤土和CMC制成的濃漿（粘度在60s以上）直接倒入孔內(nèi)，鉆具不鉆進(jìn)而在孔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，將濃漿甩至孔壁堵漏，嚴(yán)禁頂漏鉆進(jìn)，否則極易造成孔壁坍塌事故。

在鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)選擇中，遵循低壓、中速、小泵量的原則，以達(dá)到平穩(wěn)鉆進(jìn)速度的目的。采用技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速250-300r/min,鉆壓4-7KN，泵量應(yīng)盡可能小，以減少循環(huán)液對孔壁的沖刷。

采用這一施工工藝后，解決了粉砂層及卵石層鉆進(jìn)時的垮孔問題及巖芯采取率低的問題，孔內(nèi)事故減少，又加快了施工速度，減少施工成本。在提高循環(huán)液使用效率的同時，避免了循環(huán)液隨意流淌，造成污染環(huán)境和浪費(fèi)的現(xiàn)象。這一先進(jìn)的施工工藝充分體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和綠色環(huán)保的理念。

2.5 結(jié)果分析

該項目施工的28個鉆孔均保質(zhì)保量完成并終孔。鉆孔合格率100%，均已通過質(zhì)量驗收，巖芯采取率達(dá)到設(shè)計要求。經(jīng)過鉆探工程施工，查明了橋址區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和巖土體工程地質(zhì)特征，勘察成果資料滿足施工圖設(shè)計要求。

3 結(jié)語

綜上所述，因為我國國土面積較大，所以不同地區(qū)的地質(zhì)條件存在明顯差異；這就要求施工單位需要結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際狀況選用合適的巖土工程勘察技術(shù)。近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的鉆探工藝進(jìn)步明顯，這為建筑工程施工質(zhì)量的提高奠定了良好的基礎(chǔ)，同時也為我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了原動力。因此，施工單位在正式施工之前，必須完善巖土工程勘察工作。