工程地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)的應(yīng)用分析

吳華耿

（廣東省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì)，廣東 珠海 519000）

鉆探技術(shù)應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察中，其可以較為直觀地揭露場地的巖土分層情況、分布規(guī)律等，雖然操作簡便、勘察效果良好，可依然存在很多不足。例如，前期施工鉆探準(zhǔn)備階段對(duì)鉆具、鉆機(jī)配件等需要投入較多資金，特殊地層取芯率較低或鉆進(jìn)速度較慢等，由此針對(duì)鉆探技術(shù)的研究與分析顯得尤為必要。

1 簡析地質(zhì)勘察基本內(nèi)涵

針對(duì)巖土工程地質(zhì)勘察而言，是指依托工程鉆探、測繪等手段，查明場地范圍內(nèi)巖土的類型、厚度、分布、工程特性和變化規(guī)律，查明不良地質(zhì)作用的類型、成因、分布范圍和發(fā)展趨勢，查明場地地下水類型、補(bǔ)給和埋藏條件等，為場地的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工提供必要的數(shù)據(jù)，作為后續(xù)設(shè)計(jì)施工的重要參考資料，因此對(duì)于工程地質(zhì)勘察鉆探施工過程中，應(yīng)保證其揭露地層的準(zhǔn)確性，包括巖土種類、巖土成分及埋藏深度等，在地層復(fù)雜的場地中，更應(yīng)采取必要的工程措施保障鉆探的巖芯取芯率。若是在鉆探技術(shù)應(yīng)用中，缺乏規(guī)范的操作方法、科學(xué)的管理制度等，極易降低勘察結(jié)果的精確性，從而導(dǎo)致場地勘察報(bào)告成果失準(zhǔn)，無法作為后續(xù)設(shè)計(jì)、施工方案編寫的依據(jù)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度控制、成本控制、質(zhì)量控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)均會(huì)造成負(fù)面影響。

2 簡析工程地質(zhì)勘察主要特征

第一，鉆探技術(shù)的主要目的為“探”，至于“鉆”是手段，鉆孔的布設(shè)并非隨意布置，應(yīng)根據(jù)擬建建筑物輪廓、調(diào)查范圍、地下室輪廓等區(qū)域按一定的鉆孔間距進(jìn)行布設(shè)；初步勘察及詳細(xì)勘察鉆孔布設(shè)間距不同，還需根據(jù)勘察階段綜合考慮鉆孔的間距及鉆探深度。

第二，因?yàn)樵凇般@”的過程主要是“探”，巖土物理力學(xué)數(shù)據(jù)需要取土試樣進(jìn)行土工實(shí)驗(yàn)得出。取土試樣時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》，在預(yù)計(jì)取樣位置1m以上采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，下放取土器前仔細(xì)清孔，清除擾動(dòng)土，孔底殘留浮土厚度不超過0.10m；土樣采出后確認(rèn)為原狀土樣后及時(shí)密封，按要求填好標(biāo)簽，輕拿輕放。一般粘性土使用標(biāo)準(zhǔn)取樣器，采用重錘少擊法或壓入法；軟土使用薄壁取土器，采用壓入法。

第三，場地條件是工程地質(zhì)鉆探施工時(shí)必須考慮的環(huán)節(jié)之一，同時(shí)也需要留意場地周邊環(huán)境、地形地貌。不同的場地條件，可提前準(zhǔn)備好相應(yīng)的鉆具、設(shè)備，提高效率；不同的地形地貌，可根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)大致推斷地層揭露情況。

第四，除了場地條件，場地內(nèi)的埋藏物也是需要著重注意的環(huán)節(jié)。場地內(nèi)若埋藏有墓穴、古河道、溝浜、古河道等不利埋藏物會(huì)影響設(shè)計(jì)方案；場地內(nèi)的舊建筑物基礎(chǔ)會(huì)影響施工；場地內(nèi)尚未廢除、遷移的管道、電纜會(huì)威脅正常鉆探施工的安全；以上問題均需要考慮并描述。

3 簡析鉆探技術(shù)的相關(guān)使用要求

在工程建設(shè)過程中，進(jìn)行地質(zhì)勘察是為保證工程建設(shè)可以順利開展的重中之重。工程施工針對(duì)鉆探技術(shù)提出很高要求，在實(shí)際進(jìn)行鉆探時(shí)，需要從多方面開展綜合分析，例如巖層的提取率應(yīng)，夾層采取率應(yīng)。就類型不同的巖層，在運(yùn)用合適的鉆探技術(shù)同時(shí)應(yīng)對(duì)鉆探的速度有效調(diào)節(jié)。以水文地質(zhì)勘察為例，如果想要確保有效的測試水位、實(shí)施水文地質(zhì)試驗(yàn)，應(yīng)該綜合分析水層位置與明確在水文實(shí)驗(yàn)中的鉆進(jìn)方法、位置、鉆進(jìn)速度。需要注意的是，不同的含水層有必要采取分層止水處理。

4 簡析工程地質(zhì)勘察的常見鉆探技術(shù)

4.1 孔錘鉆探技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)是基于回轉(zhuǎn)鉆探而被開發(fā)出來的，主要通過沖洗液發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用，在沖擊液動(dòng)潛孔錘時(shí)，能量會(huì)傳送到鉆頭將巖石進(jìn)行摩擦鉆進(jìn)。由于是改進(jìn)回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)之后所形成的，在遭受回轉(zhuǎn)力以及沖擊力的有效驅(qū)使下，一方面能夠?qū)@進(jìn)效率的提高，另一方面能減少鉆孔成本支出。現(xiàn)階段，這一技術(shù)也廣泛應(yīng)用在水電建材等其他領(lǐng)域，而且在世界上該項(xiàng)技術(shù)也處在前茅地位。在具體應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，由于應(yīng)用頻率較高，適合在堅(jiān)硬巖質(zhì)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在具體施工過程中應(yīng)該高度重視設(shè)備的堅(jiān)固性，針對(duì)液壓泥漿也應(yīng)盡可能選取優(yōu)良潤滑性、含砂量較低原料，從而為液動(dòng)錘提供保護(hù)，降低磨損并提升效率。若想進(jìn)一步提高技術(shù)使用率，需要將長潛孔錘延長應(yīng)用壽命、提高工作效率等方面作為優(yōu)化及研究重點(diǎn)。

4.2 繩索取心技術(shù)

繩索取心技術(shù)是不必通過鉆桿也可以得到巖芯，當(dāng)鉆頭出現(xiàn)問題時(shí)才涉及提取鉆桿的應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)有兩種中心設(shè)備分別是巖芯管（如圖1所示）以及打撈設(shè)備。與具體施工情況相結(jié)合選擇合適的施工技術(shù)。依據(jù)該技術(shù)所運(yùn)用到的設(shè)備，其具備優(yōu)良的便捷性且擁有廣泛地運(yùn)用范圍。如果存在堵塞問題，通過打撈工具可以防止鉆具摩擦巖芯，同時(shí)在進(jìn)行鉆探過程中不能一次性鉆進(jìn)過深的深度，以此提高鉆進(jìn)效率保證獲取巖芯的質(zhì)量?；谌斯用娣治觯捎谠摷夹g(shù)不涉及頻繁提取鉆桿，因此在具體施工中能夠提高施工效率，減低施工強(qiáng)度。依據(jù)現(xiàn)階段我國進(jìn)行工程地質(zhì)勘察的整體情況，無論是地質(zhì)領(lǐng)域或是礦石領(lǐng)域等，均能高效利用這項(xiàng)技術(shù)且施工效果會(huì)更加理想。

圖1 巖芯管

4.3 反循環(huán)鉆探技術(shù)

對(duì)于該技術(shù)而言，由于循環(huán)介質(zhì)擁有一定差異，能夠?qū)⑵浞譃橐韵聝深悾海?）水力反循環(huán)；（2）空氣反循環(huán)。第一種技術(shù)是把泥漿、水當(dāng)成介質(zhì)，依托鉆桿可以把介質(zhì)有效傳遞，在此基礎(chǔ)上借助鉆頭可以取得巖芯，從而再傳送到孔口；而第二種技術(shù)會(huì)把空氣當(dāng)成介質(zhì)，這樣壓縮空氣會(huì)通過雙臂鉆桿外管實(shí)現(xiàn)傳遞，空氣在發(fā)生膨脹之后能產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊力，受到推動(dòng)力的影響潛孔錘則能撞擊巖面，與此同時(shí)鉆桿把空氣傳遞至孔口，由此便能進(jìn)行檢測巖樣。對(duì)于上述兩個(gè)技術(shù)，在具體運(yùn)用中均存在很多不足。通過水力反循環(huán)技術(shù)，能夠得到完整性更好的巖石，能夠保證更加準(zhǔn)確地探明地層分布，不必消耗較高的勞動(dòng)強(qiáng)度，可存在的主要弊端為水量消耗偏高，相對(duì)較遲緩的鉆孔效率，相對(duì)較長的施工時(shí)間。相比水力反循環(huán)，通常會(huì)將空氣反循環(huán)技術(shù)運(yùn)用在缺水干旱區(qū)域，且消耗較低勞動(dòng)強(qiáng)度，可以節(jié)約一些施工成本?？墒沁@樣僅會(huì)得到巖屑樣本，難以全面了解場地巖土層分布的情況。

圖2 反循環(huán)鉆探技術(shù)

5 簡析地質(zhì)鉆探主要的鉆探方法及鉆探設(shè)備

因?yàn)楣こ淌┕に鎸?duì)的地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，所以在進(jìn)行不同地質(zhì)勘察時(shí)采取的鉆探技術(shù)也需充分確保合適的鉆探方法及鉆探設(shè)備，由此才可以順利運(yùn)用鉆探技術(shù)。鉆探技術(shù)在通常情況下，常見的是沖擊以及回轉(zhuǎn)鉆探，若是依據(jù)動(dòng)力來源可以劃分成人力類以及機(jī)械類。針對(duì)機(jī)械回轉(zhuǎn)，由于其擁有較高鉆進(jìn)率等其他優(yōu)勢，現(xiàn)已大范圍應(yīng)用到地質(zhì)勘察工作中。在應(yīng)用以上幾種鉆探技術(shù)時(shí)，均需要選擇合適的取土設(shè)備與取土方法。

首先，壓入法。這種方法主要應(yīng)用在軟土層分布較連續(xù)、軟土層較厚的區(qū)域的取樣工作，通常被劃分為連續(xù)壓入以及斷續(xù)壓入。連續(xù)壓入是優(yōu)先選擇的方法，通過活塞油壓筒或者是一些組合裝置在土壤中，快速均勻地壓進(jìn)取土器，由此不會(huì)過度影響土樣擾動(dòng)。其次，擊入法。這種方法主要?jiǎng)澐殖煽變?nèi)重錘少擊、孔外輕捶多擊的方法，通常均適用在巖土較硬地層（中軟土-中硬土）的取樣工作，而且采用孔內(nèi)重錘少擊的方法進(jìn)行取樣會(huì)得到更理想的效果。最后，振動(dòng)法。其是通過振動(dòng)器發(fā)揮的振動(dòng)作用，把取土器壓進(jìn)土壤中取樣。和壓入法相比，這種方法會(huì)對(duì)土樣造成較大擾動(dòng)，所以需要注意的是，若是土層容易被振動(dòng)液化則不建議應(yīng)用該方法，這也說明此方法具備明顯的局限性。

6 結(jié)束語

因?yàn)榈刭|(zhì)勘探工程相較復(fù)雜，在此過程利用好鉆探技術(shù)可為勘探的效率和質(zhì)量提供保障。因此，在具體開展工程地質(zhì)勘察時(shí)，應(yīng)依據(jù)實(shí)際工程情況選取適宜的鉆探技術(shù)，且確保相關(guān)設(shè)備的實(shí)用性、方法的科學(xué)性，唯有如此才會(huì)最大限度保障鉆探質(zhì)量，在減少勘察成本投入的同時(shí)提高工作效率。