巖土工程勘察中鉆探工藝的選取

施小春

摘 要：近年來，隨著我國建筑事業(yè)的快速發(fā)展，各類建筑在城市中大規(guī)模的興建，人們對建筑質(zhì)量也越來越關(guān)注。建筑的穩(wěn)定性和可靠性很大程度上取決于地基的承載能力，所以提高地質(zhì)勘察的準(zhǔn)確性不僅可以有效的保證建筑的穩(wěn)固性，而且還可以提升建筑的耐用性，任何建筑在設(shè)計時都會以地質(zhì)勘察作為設(shè)計的重要依據(jù)，可以說地質(zhì)勘察是工程建設(shè)的基礎(chǔ)工作。在巖土工程勘察中，勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性直接關(guān)系到整體工程的質(zhì)量和安全，所以做好工程勘察工作具有必要性。文中地鉆探設(shè)備和工藝進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對不同地層的鉆探工藝進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：巖土工程 鉆探工藝 復(fù)雜地層

中圖分類號：TU238 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0078-01

巖土工程是20世紀(jì)六七十年代發(fā)展起來的，其是集多門學(xué)科于一體的新學(xué)科，包括巖體工程和土體工程兩個方面。由于我國幅員遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，巖土層物理性質(zhì)也存在著較大的變化，巖土工程勘察通過對施工現(xiàn)場進(jìn)行鉆探、取樣來對現(xiàn)場的土體和巖體進(jìn)行分析和測試，從而確定出巖土的物理力學(xué)指標(biāo)和巖土特性來為后續(xù)工程施工提供必要的依據(jù)。通過巖土地工程勘察，可以提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有效的為后續(xù)工程的施工的質(zhì)量和安全提供了可靠的保障，而且有利于施工工期的順利開展，確保了投資效益的實現(xiàn)。

1 鉆探設(shè)備及工藝

巖土勘探工程是通過鉆機(jī)鉆進(jìn)地表中，并在地下形成圓柱形的鉆孔，從而從鉆孔中來獲取不同深度的巖芯、土和水樣品，獲取后的樣品經(jīng)過實驗室分析后所得到的資料即是勘探的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。進(jìn)行巖土勘探時不僅工藝較為復(fù)雜，而且具有較強(qiáng)的綜合性，因此需要準(zhǔn)確劃分地層和測定界限，還要做好原位測試工作，對原狀土進(jìn)行采集，所以在巖土工程勘察中，勘察質(zhì)量往往取決于鉆探技術(shù)和鉆探方法的好壞。

1.1 鉆探設(shè)備

在進(jìn)行巖土工程勘探時，進(jìn)行鉆孔所需要的所有裝備都可以稱之為鉆探設(shè)備，其不僅包括鉆機(jī)、鉆探用泵、空氣壓縮機(jī)、動力機(jī)和傳動裝置，同時還包括與之配套的鉆塔、擰管裝置等。其以整體式和組裝式兩種裝載方式存在，而在整體式中還可以將其分為固定式、拖引式和自行式。而且鉆探設(shè)備按其用途不同還可以進(jìn)行多種劃分，其應(yīng)用的領(lǐng)域也較為廣泛，部分專用鉆探設(shè)備則專用于其領(lǐng)域內(nèi)的鉆進(jìn)工作。巖土工程勘探時，通過巖芯鉆探設(shè)備和取樣鉆探設(shè)備來實現(xiàn)對地質(zhì)的取樣勘察。

1.2 鉆進(jìn)方法

在巖土工程勘察過程中，在進(jìn)行鉆進(jìn)過程中所采用的一切方法即稱為鉆進(jìn)方法。在實際鉆進(jìn)過程中，可以采取的鉆進(jìn)方法較多，不論是按鉆進(jìn)工藝，還是鉆進(jìn)時是否采取巖芯或是回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時破碎巖石所使用磨料的不同，都可以將鉆進(jìn)方法分為不同的類型。但無論哪種鉆進(jìn)方法都是為了在鉆進(jìn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)破碎孔和破碎井底巖石的需要。

2 不同地層的鉆探工藝

2.1 粘性土（可塑偏軟/硬粘性土）

針對軟弱粘性土強(qiáng)度低、壓縮性很大且滲透系數(shù)很小、觸變性及流變性大等特點，可采取重錘沖擊鉆進(jìn)和長/短螺旋鉆進(jìn)，如果鉆探環(huán)境位于地下水位以下，可采取套管螺旋鉆進(jìn)或沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。重錘沖擊鉆進(jìn)效率比較低，且對孔底附近一定范圍內(nèi)地層有擾動。螺旋鉆進(jìn)通過電動機(jī)帶動螺旋鉆桿在鉆壓作用下使鉆頭回轉(zhuǎn)吃入地層，將地層按螺旋線逐步切削，切刮下的土質(zhì)碎屑沿螺旋葉片上返到孔口，該方法鉆進(jìn)效率高且不用清洗設(shè)備。長螺旋鉆進(jìn)直徑應(yīng)小于1 m，深度不超過15～20 m之間。短螺旋鉆進(jìn)屬于非連續(xù)型鉆機(jī)，較之長螺旋鉆效率稍低，其孔徑多在2～3 m內(nèi)，鉆進(jìn)深度一般小于30 m，最深不超過50 m。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)對泥漿比例要求較高（表1），避免水流將鉆進(jìn)土層沖散混入泥漿。必要時可在回次終了時，停止送水，增加干鉆進(jìn)尺距離已獲得土層樣品，或采用雙動雙管取心鉆具。

對于硬塑狀粘性土，一般的螺旋鉆進(jìn)在土的粘性較大時易發(fā)生埋鉆或鉆桿折斷的現(xiàn)象，且對土層擾動較大，應(yīng)盡量選用小肋骨鉆頭，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)分）液動、氣動和氣液混合動力三種，具有效率高、鉆具轉(zhuǎn)速低、鉆頭壽命長和孔內(nèi)事故少等特點。

液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)以清水或泥漿形成高壓作為動力，鉆孔直徑一般為56～130 mm，最大不超過400 mm，鉆孔深可達(dá)800～1000 m；氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)以高壓空氣為動力，鉆孔直徑介于65～228 mm之間，最大可達(dá)到762 mm。施工中應(yīng)先慢速鉆進(jìn)，使鉆頭切入土層后改用中速轉(zhuǎn)進(jìn)，可加快鉆進(jìn)速度且鉆具提升阻力小。

2.2 砂層

該地層的鉆探工藝與砂粒粒徑有很大關(guān)系，且受地下水影響較大。螺旋鉆進(jìn)適合砂土中粘粒含量較高且砂粒主要為粉細(xì)砂的地質(zhì)環(huán)境，如果需深孔鉆進(jìn)，可在施工后期換用小直徑螺旋鉆。粉細(xì)砂雜粘性土情況下，應(yīng)降低鉆速，減小鉆進(jìn)壓力，泵量調(diào)整至適中?；卮谓K了前，應(yīng)以泥漿清洗鉆孔，將孔內(nèi)懸浮的粉細(xì)砂帶入泥漿池后方可停泵，減小沉砂卡鉆事故發(fā)生的幾率，停泵后干鉆0.3～0.5 m，確保巖心不脫落。對于中粗砂、礫沙以及地下水位以下的沙土，一般采用品字形硬質(zhì)合金鉆頭，低轉(zhuǎn)速，灌漿泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)，過程中需不斷浮動鉆具，慢提快放，形成空底反循環(huán)。因鉆頭外徑略大于巖芯管，所以能很好地約束巖芯管，確保巖芯的原始結(jié)構(gòu)。沒回次終了前，以泥漿清洗鉆孔，去除空中懸浮粗、礫沙，防止沉砂卡鉆。最后停泵干鉆0.2～0.3 m，停止浮動鉆具精細(xì)干燒，防止鉆孔周壁坍塌造成廢孔，并帶出巖芯樣品。

2.3 卵石層

在卵石層進(jìn)行鉆探時，其工藝受到的影響較多，所以在不同的地層條件下需要采用不同的鉆探工藝來進(jìn)行勘探工作。對于較薄地層情況下，可以利用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)方法進(jìn)行鉆進(jìn)，而當(dāng)遇到較厚地層時，在粘性土含量較低的情況下，則可以利用跟管進(jìn)行鉆進(jìn)，確保進(jìn)尺的連續(xù)性和順利性。利用回轉(zhuǎn)鉆時時則適用于地層密實度較高的情況，這樣可以有有效的起到保護(hù)孔壁坍塌的發(fā)生。為了確?？妆谀軌虻玫接行У谋Ｗo(hù)，必要時也可以采用投入粘土球的方法進(jìn)行鉆進(jìn)。而一時有塌孔現(xiàn)象發(fā)生時，則需要采取必要的措施，往往是通過加大泥漿濃度，或是在鉆到一定深度后拔出鉆具放入跟管的方法來繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)，而且在對鉆進(jìn)的速度進(jìn)行有效的控制。利用反絲套管來避免出現(xiàn)絲扣脫滑現(xiàn)象的發(fā)生。另外在砂層和卵石層鉆進(jìn)時，則需要采用高質(zhì)量的泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)，有效的起到保護(hù)孔壁的作用。

3 結(jié)語

我國地域遼闊，地質(zhì)條件變化多端，這對巖土工程勘察工作帶來了較大的難度。但在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的情況下，我國巖土工程勘察工作取得了較快的發(fā)展，鉆探工藝得以相繼研發(fā)出來，在各種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下都能有相適應(yīng)的鉆工藝。但在具體鉆探工作中，由于地質(zhì)復(fù)雜性，所以需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來，來確定鉆探技術(shù)方案，單獨(dú)的一種鉆探方法或是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是無法滿足復(fù)雜地質(zhì)條件鉆探需求的，通過靈活選擇鉆探方法及收集場地內(nèi)的地層資料信息，對鉆探技術(shù)方案進(jìn)行不斷的修改，確保實現(xiàn)科學(xué)勘探的目的。

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