關(guān)于選擇鉆探工藝方面的探討

摘要：本人作者根據(jù)自己多年的工作實踐，結(jié)合土層的實際情況，在鉆進方法的選擇、鉆具的選擇方面進行了總結(jié)，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：巖土；鉆探工藝；勘察；

隨著我國國民經(jīng)濟建設(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。雖然不同領(lǐng)域的工程有著不同的工程規(guī)范，但是對地基的承載力和建筑物的沉降變形同樣有著要求，因而提供準(zhǔn)確無誤的地質(zhì)勘察資料作為設(shè)計依據(jù)是非常重要的。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，保證鉆探質(zhì)量就成為了關(guān)鍵。工程勘察主要是查明淺層地質(zhì)情況，但是由于土層的性質(zhì)變化較大，所以適合不同地層條件的鉆探工藝是保證工程質(zhì)量的決定因素。以下筆者主要根據(jù)不同土層從幾個方面來討論鉆探工藝的選取。

1 談到鉆探工藝，首先想到的是鉆探設(shè)備的選取

鉆探設(shè)備主要包括動力裝置、鉆機、泵、鉆塔、擰卸工具等。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，目前勘察領(lǐng)域主要是應(yīng)用汽車鉆作為主要的勘察設(shè)備，主要是因為汽車鉆的工作效率較高。但由于場地原因也會采用臺式鉆機作為主要勘察設(shè)備，但是無論是選擇哪種鉆探設(shè)備對于工程質(zhì)量沒有太大影響，主要影響的是工程進度問題。因此，在工民建及電力設(shè)施的巖土工程勘察中，鉆探設(shè)備的選擇與鉆探工藝的選取無關(guān)。

然而在巖土工程勘察中對勘察質(zhì)量有直接影響的是鉆進方法的選擇及鉆探工具的選擇。目前在巖土工程勘查中主要應(yīng)用的鉆進方法為重錘沖擊鉆進、螺旋鉆進和沖擊回轉(zhuǎn)鉆進；主要的鉆探工具為鉆桿、鉆頭、巖芯管。以下主要針對不同的土層淺談一下鉆進方法的選擇和各種鉆探工具的選擇。

1 . 1 鉆桿的選取

首先應(yīng)定期檢查鉆桿保證鉆桿的軸線的直線度誤差小于0.1%；其次筆者建議在鉆機應(yīng)該配備兩套鉆桿，其中一套為直徑42mm的鉆桿 ，主要應(yīng)用于軟層、較硬土層的鉆進及原位測試；另一套為直徑50mm的鉆桿，主要應(yīng)用于硬層鉆進，可以預(yù)防的鉆桿折斷和脫落。

1 . 2 鉆頭（ 包括巖芯管） 的選取

在目前巖土工程勘查中主要用的鉆頭類型為螺旋鉆具和硬質(zhì)合金取心鉆具。鉆具的選取主要由鉆進方法所決定。螺旋鉆具應(yīng)用于螺旋鉆進，硬質(zhì)合金取心鉆具應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆進。

常用的螺旋鉆主要分為長螺旋鉆、短螺旋鉆、環(huán)狀螺旋鉆、振動螺旋鉆、套管螺旋鉆和麻花鉆。以下針對不同地層淺談一下鉆進方法及鉆具的選取。

①軟弱粘性土層及可塑偏軟粘性土層：地下水位以上由于該土層強度較低，可采用重錘沖擊鉆進、螺旋鉆進，最好選擇長螺旋鉆；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。

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效率高，而且取出的巖芯雖受擾動破壞，但仍可看到地層的天然結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不影響對地層結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的描述，也不影響判斷土層的厚度和埋深。

如采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，則應(yīng)調(diào)配好泥漿比例，滿足護壁要求的前提下盡量減小水泵流量，避免由于水流較大將該土層沖散后混入泥漿，必要時需采用干孔卡取法取得巖芯。即在回次終了時，停止送水，干鉆進尺一小段（實際工程中進尺有時可達到1米），利用未排除的巖粉來擠塞住巖芯，再通過回轉(zhuǎn)將其扭斷提出。或者采用雙動雙管取心鉆具。為保證巖芯采取率，防止提鉆過程中巖芯脫落，使用活動分水投球鉆具，可以使干鉆取芯獲得更好效果。

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

然而在實際的巖土勘察過程中，為提高效率多數(shù)采用螺旋鉆，由于該地層強度較高，實際上螺旋鉆已經(jīng)失去了它本身高效率的優(yōu)點。因為長螺旋鉆在實際鉆進該層土的過程中，應(yīng)注意螺旋距的選擇，則在粘性較小的土層中，螺旋距應(yīng)小些；在粘性較大的土層中，螺旋距可適當(dāng)大些。但由于鉆具與土體的接觸面積大，在粘性較大時，因注意鉆進速度及進尺，以防埋鉆或者鉆桿折斷。該鉆具對該土層擾動大，故在進尺及土的狀態(tài)方面應(yīng)特別注意。

因此本人建議在硬質(zhì)粘性土層中盡量采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，采用小肋骨鉆頭巖芯管取樣。

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

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。鉆頭外徑較巖芯管稍大，能很好的約束巖芯管，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，需用泥漿護壁，泥漿的稠度視砂粒粒徑的大小決定。如泥漿護壁不能滿足要求時，需用套管跟進鉆探，以防止孔壁坍塌造成埋鉆、廢孔的事故。

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

根據(jù)鉆頭在卵石中運行特點，設(shè)計選用適巖鉆頭，關(guān)鍵是鉆頭技術(shù)參數(shù)：其一，硬合金大八角斜鑲方式，增加硬質(zhì)合金的抗磨性，提高了切削刀的抗崩斷性能；其二，鉆頭底出刀較小，在卵石層鉆進中，鉆頭長期處于崩和磨的狀態(tài)，防止合金崩刀和斷刀；最后，割二個三角形水口，保證沖洗液的冷卻和攜帶作用。

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：螺旋鉆鉆具整個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；每回次進尺在0.5～1.0m范圍內(nèi)，因為螺旋鉆本身有厚度，且取出的土樣同時也受到擾動，螺旋鉆進尺1.0米，實際取出的土樣長度大于1.0m，至于長度增加的數(shù)值應(yīng)以螺旋鉆的參數(shù)及土層的塑性指標(biāo)有關(guān)，土質(zhì)越軟其長度增加值越小，應(yīng)以實際情況加以區(qū)分，以便正確地確定層位的變關(guān)鍵詞：巖土工程勘察 鉆探工藝 選取化及其狀態(tài)分析；本類土層鉆進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)，孔內(nèi)的水在慢轉(zhuǎn)速鉆進慢提升的情況下可以起到潤滑作用，減少上鉆阻力。如果鉆具轉(zhuǎn)速高，提鉆上升速度快，那么地下水會起到不良作用，致使葉片上的土樣脫落，從而達不到預(yù)期目的；如提鉆出現(xiàn)困難時，要利用油缸緩慢提升鉆具，避免采用邊回轉(zhuǎn)邊提升的方法。在鉆具提出后由于土層較軟，容易縮徑，因此在下次鉆具所取土樣中注意區(qū)分刮落部分及正確計算好取樣長度。

②可塑偏硬、硬塑及堅硬粘性土層：硬粘性土層優(yōu)選采用回轉(zhuǎn)鉆進，具體操作時，首先應(yīng)慢速鉆進，以便鉆頭切入土層中（當(dāng)遇到堅硬土層鉆頭吃不進土層時可適當(dāng)加壓），切入土層后可采用中速檔鉆進，中速檔鉆進不僅快，而且在回次進尺時，鉆具提升阻力小。鉆具提升時要控制速度，保證孔底不形成真空。為防止卡鉆，每鉆進0.3～0.5m。如卡鉆且不可用轉(zhuǎn)升的方法處理，因為粘性土有一定的抗拉強度，為減少提升阻力，必須先擰斷巖芯。

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

③砂層：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。

a.粉細砂夾粘性土，此地層鉆進時，鉆進壓力不易太大，不允許上下活動，鉆速應(yīng)采取低鉆速，泵量調(diào)至似流之勢方可鉆進，每回次終了前，應(yīng)先以清泥漿洗孔，待清泥漿將孔內(nèi)懸浮粉細砂帶入泥漿池后方可停泵，以確保不會發(fā)生沉砂卡鉆，停泵后干鉆0.3～ 0.5m，以保證不脫落巖芯。

b.中粗砂、礫砂 ，本地層可采用灌漿無泵反循環(huán)鉆進，以低轉(zhuǎn)速為宜，鉆進過程中不斷浮動鉆具，上提要慢，下放要快，形成孔底反循環(huán)，提鉆前為保證取心率和卡芯效果，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，以確保不會發(fā)生沉砂卡鉆，應(yīng)停泵干鉆0.2～0.3m，不再浮動鉆具進行干鉆（干燒）卡芯。

④卵（碎）石層 ：此地層的鉆探工藝與地層的密實度、含水率、有無粘性土充填等有很大關(guān)系，不同的組合理論應(yīng)采用不同的鉆探工藝。常 用 的 鉆 孔 壓 力 應(yīng) 掌 握 在200kg～300kg。

a.松散卵 （碎 ）石層 ，粘性土含量低 ，此類地層采用植物膠護壁效果較差，采用跟管鉆進是目前最有效的方法，每次跟管長度以3～6m為宜，鉆速為30轉(zhuǎn)/分～60轉(zhuǎn)/分，如進尺連續(xù)順利，最好不要變更鉆進參數(shù)。也可采用投粘土球的方法，此方法要點是鉆一段，用粘土球搗實，再鉆進，不要盲目追求進尺，以防坍、垮造成孔內(nèi)事故。

b.稍密～中密卵 （碎）石層，當(dāng)含水率小且有粘性土充填，可采用回轉(zhuǎn)跟管鉆進，鉆速為20轉(zhuǎn)/分～40轉(zhuǎn)/分，鉆進過程中鉆具回轉(zhuǎn)較平穩(wěn)可適當(dāng)提高鉆進參數(shù)，如壓力表跳動幅度大，應(yīng)立即提鉆，以防損壞鉆頭合金和鉆機設(shè)備。

c密實卵 （碎 ）石層 ，當(dāng)含水率小且有粘性土充填，該地層適用合金干鉆，鉆進開始其參數(shù)應(yīng)選低值，隨進尺增加而逐漸增加。在鉆進過程中要適當(dāng)上下竄動鉆具，以防鉆頭被燒死或堵死。

3 結(jié)語

由于地質(zhì)環(huán)境和成因條件的千差萬別，所以它們對鉆探工藝所表現(xiàn)的適宜性也總是有所不同，因而在鉆探工藝上很難采用某一數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)。本文是筆者在近幾年勘察過程中的實際經(jīng)驗總結(jié)的一些鉆進工藝和鉆具的選取方法，希望這些經(jīng)驗對類似的巖土工程鉆探具有一定的借鑒意義。但由于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造不同，地層也各具特點，因此在鉆探過程中，應(yīng)分析所遇地層的特點，從而制定出最經(jīng)濟最合理的鉆探方案。

參考文獻

[1] 李世忠.鉆探工藝學(xué)（下）北京：中國地質(zhì)出版社，1985（2）.

[2] 王扶志.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)[M].武漢：中南大學(xué)，2008（9）.

[3] 張毓成 ，張波 .卵石地層鉆探工藝的改進.長春：吉林水利，2002（3）.