巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術的應用

蘇敬達

（核工業二三〇研究所，湖南 長沙 410011）

在巖溶地區進行巖土工程勘察工作當中，如果沒有充分了解和掌握巖土工程地質條件具有的復雜性，沒有針對巖溶地區巖土工程勘察特點，科學合理的制定鉆探技術方案與鉆孔結構，極有可能導致施工實際常常出現鉆探技術手段多次變更的情況，不僅會對鉆探效率造成很大影響，而且還嚴重影響巖溶地區巖土工程整體勘察質量，引發安全隱患，并造成巨大的經濟損失。為此有必要針對巖溶地區巖土工程勘察專探技術進行深入研究。

1 背景地質環境條件

巖土工程勘察區為石灰巖巖溶區，而且屬于覆蓋型巖溶區，石灰巖上直接覆蓋第四系地層，發育巖溶、土洞、構造帶以及軟土層等，同時有著頻繁的地下水活動，部分區域發育地下暗河通道，卵石層是主要的覆蓋層，粒徑、厚度、分布狀態等有著很大變化，工程條件和水文地質條件十分復雜。該區擬建建筑物地基基礎，主要運用沖(鉆)孔灌注樁基礎，樁端持力層為下部的石灰巖，石灰巖應當達到相應厚度，并保證較好的完整性，部分部巖溶，為了對各樁基范圍巖溶發育情況充分了解和掌握，并對樁基長度、樁徑、嵌巖深度準確確定，在設計勘察施工過程當中，主要運用鉆探方式進行勘察，逐樁布置鉆孔。

2 工程地質鉆探方法

回轉鉆探、沖擊狀態是工程地質鉆探的重要方法，在對鉆探方法進行選擇過程當中，應當對地層特點充分考慮，并充分考慮鉆探方法具有的有效性，可以確保地層鑒別精度，并對地下水實際現狀充分了解，控制和減少取樣段的擾動情況，同時鉆探時施工過程當中必須要保證鉆探深度，鼎科學控制回次進尺以及巖心采取立等質量要求。

3 鉆探施工前設備、技術準備

3.1 設備和材料準備

工程勘察鉆探過程當中，通常深度不是非常深，常用液壓鉆機為GXY-150型以及XY-100型，鉆探事實之前還應當對鉆具科學選擇，并選擇套管與巖心管，合理選擇鉆頭、膨潤土于相應的打撈工具，粘土水泥以及相關設備[1]。

3.2 鉆探技術準備

鉆探施工技術準備，鉆探施工過程當中不僅要符合巖土工程勘察相關要求，同時還應當對第四系覆蓋層快速有效穿越，快速鉆進石灰巖地層，了解和掌握石灰巖溶發育情況，對鉆探施工實際可能遇到的問題認真分析和研究，選擇相應的鉆進方法，并對鉆孔結構科學選擇，應用有效的套管程序，并制定補漏預案，加強工作人員培訓，落實技術交底工作。

4 不同地層的鉆探施工技術

4.1 粘性土鉆進技術

鉆孔開孔后，通常運用錘擊鉆進，這樣反復多次，將土試樣進行選取，開展原位測試的鉆孔應當運用泥漿護壁進行回轉鉆進或者利用回轉鉆進，依照實際科學運用套管護壁，為了確保分層精度，通常根據2.0m控制回次進尺。

4.2 卵石層鉆進技術

（1）厚度較小時可以通過泥漿護壁回轉鉆鉆進，也可利用回轉鉆開展鉆探工作，將這種地層鉆透之后，將套管下路，起到護壁效果。

（2）如果存在較大厚度的，同時又有較高密度的，可以選擇回轉轉進行轉進，卵石層內通常都存在一定的地下水，而且又有空隙存在，鉆進施工時，時常有孔內漏水情況出現，易導致孔壁坍塌，可以將粘土加入其中，起到護壁的效果。運用回轉鉆鉆探施工過程當中，如果無塌孔情況出現，應當持續鉆進，如果有塌孔問題發生，應當是泥漿濃度進一步增加，運用套管跟管開展鉆進，卵石層比較密實，同時又存在較大的粒徑較大，漂石出現在局部，在下入套管時，會極大的增加鉆進主力，此時應當利用厚壁套管，擊入過程當中利用重錘來完成，具有相對較好的效果，如果選擇普通套管，會在下入過程當中導致卷口，這就需要合理增加套管鞋，不然很難滿足深度要求。

（3）存在漂石或者較大粒徑卵石層時，由于空隙存在于卵石顆粒間，具有相對較差的膠結情況，可以選擇回轉鉆開展鉆進工作，如果碰到大于鉆具口徑的卵石粒，此時鉆具轉動過程當中卵石粒也會發生旋轉，這就需要通過使泥漿濃度擴大，或者是鉆具下壓力增大來進行應對，還可控制鉆速，另外也可選擇金剛石鉆頭，提高鉆進效果。

（4）套管擊入過程當中，會有卵石存在套管當中，運用回轉鉆進行轉進過程中，在套管與巖心管中間會卡一些卵石，巖心管與套管共同轉動，運用正絲時，會引發絲扣滑脫問題，造成套管脫落，應當通過電焊焊接管接頭。

（5）擊入厚壁巖芯管鉆探。不論卵石有多大的厚度，在對卵石層進行進尺過程中，選擇厚壁巖芯管，通過重錘擊入，具有非常好的效果，通過重錘能夠擊碎卵石，發揮良好的擠壓效果，同時巖心管具有很厚的壁，不會出現卷口，在擊入時，可以將黏土加入其中，起到良好的護壁效果，達到相應深度之后，將巖心管拔出，將巖芯取出，反復循環，實現預期效果，由于運用泥漿護壁，通常不會造成塌孔，如果有塌孔發生，可以將一級套管下入，利用小徑巖芯管進行下次進尺。

4.3 軟土鉆進技術

選擇哪種技術進行鉆進都有著非常快的速度，如果有土洞以及填充物存在時，會引發掉鉆情況。淤泥質土具有較低的可塑性，非常軟，提鉆過程中，會導致縮徑問題，再次下鉆時，無法達到原先的深度。土洞當中如果填充物較少或者沒有填充物，有一些空間存在，再次下鉆時會引發原位孔偏移，土洞有充填情況存在時，因土洞和下部灰巖有著非常緊密的關聯性，該層地層鉆進過程中，會有很多漏水，地下水變化非常快，極易引發孔壁塌陷。所以軟土層鉆進時，可以選擇大孔徑鉆進，也可利用肋骨鉆頭，并將套管下入，加強孔壁保護。

4.4 巖溶石灰巖鉆進技術

（1）在巖土工程勘察實際，特別是建筑物運用沖孔灌注樁基礎時，因樁端持力層必須要在厚度和完整性較好的石灰巖中設置，同時又必須要保證無發育巖溶，所以對設計深度范圍當中石灰巖巖溶發育情況認真查明，了解掌握其規模大小以及形態特征，并對巖石是否完整，洞體頂板埋深情況和充填物等充分了解，這是勘察工作的重要工作內容。

勘查區為覆蓋型巖溶區，石灰巖巖溶在淺部地的非常發育，鉆探施工時，在石灰巖面鉆進以及和石灰巖面相接近時，孔中有大的漏失情況出現，或者發生漏水、漏漿情況，尤其是碰到充填溶洞，極易導致埋鉆、坍塌情況對施工安全性構成巨大影響。通常發育巖溶裂隙地帶，可以選擇粘性黃土、水泥漿以及膨潤土開展護壁工作。如果有溶槽、溶溝以及溶洞情況存在時，效果會受到很大影響。

在石灰巖層巖溶區進行鉆探施工時，對鉆孔中出現的漏水，漏漿問題有效解決是最重要的，并及時跟進套管，避免發生塌孔現象。針對這些區域進行狀態時可以利用金剛石單動雙管回轉鉆進。

（2）泥球護壁聯合套玩法，巖溶裂隙存在漏漿情況，通過水泥漿以及黃土、膨潤進行護壁效果不良時，可將濕粘土球下路到孔內，鉆具下入過程中，上下進行擠壓，在巖溶裂隙當中擠進去泥球，形成泥漿，將鉆具轉動進行掃孔，在孔壁當中擠入泥球，對裂隙進行填充，提高護壁效果，為鉆探施工奠定良好的基礎，巖溶地下水具有很強的富水性，而且承壓性較好，有著頻繁的地下水活動，如果持續性的開展鉆進，受到地下水稀釋因素影響，會降低泥漿濃度，如果再次進行鉆進極易發生滲漏，在沒有達到鉆孔深度過程中，可以對上述方法進行重復。

如果溶洞當中存在較少的充填物，或者狀態為流塑型，通常可以對第一層溶洞地進行鉆進，也可持續向下進行鉆進，如果溶洞屬于充填溶洞，但結構松散，由于鉆進過程中會形成很大擾動，極易引發卡鉆以及孔壁坍塌等問題，造成掉塊，再次下段過程當中無法深入到原來位置，這時就應當將撈渣工作充分做好，并將第一級套管下入其中，提高撈渣水平，隨著錘擊套管進行跟進，直至到達溶洞底部。通常情況下，相同溶洞鉆具，套管不會出現變徑。套管第一層到達相應位置之后，在第二層溶洞變徑鉆進，將第二集套管下入其中，這樣費時費力，受口徑因素影響，溶洞有二三層的，能夠實現鉆探深度。

（3）多層套管進行護壁，溶洞存在較大的規模，特別是溶洞空串，充填物半充填，或者充填物呈現流塑型，將泥球投入孔內，無法起到護壁效果，可以運用根管開展鉆進，在鉆探工作施工工作開展實際，面對復雜的地層，應當通過綜合手段運用，提高轉進水平。采用多層套管，或者改變鉆進孔徑，鉆探施工開展之前，認真分析周圍場地巖土工程信息，對溶洞發育情況有一個全面的了解，在對鉆探深度進行設計時可能遇到的溶洞數量，對鉆孔結構以及套管程序科學設計，開孔孔徑應當保留相應的余地，在灰巖面隔離以上的覆蓋層擊入大直徑厚壁套管，通過金剛石（Ф75mm）單動雙管開展鉆進，有溶洞情況存在時，將鉆具提出，并將其中的巖心取出，再選擇Ф146mm合金鉆具開展擴孔鉆進直至溶洞底，二級套管選擇Ф146mm巖芯管，并在轉孔中留入，鉆進過程當中，利用小徑金剛石單動雙管來完成。

5 結語

（1）因巖溶地區地質結構非常的復雜，應當結合場地具體實際，勘察設計工作當中，應當科學合理地對鉆探技術方法進行選擇，并對比分析各種鉆探技術，科學合理的組合各種技術措施，選擇適宜的鉆探技術方法，提高鉆探技術水平。

（2）針對巖溶地區進行工程勘察鉆探發現，對鄰近場地地質情況信息充分的收集和整理，有利于更加科學的設計鉆孔，對孔徑開口進行確定，并能夠有效確定套管下入的層數，將換徑余地合理保留，更好的保證多層溶洞鉆進過程當中，科學合理的設計鉆孔深度。

（3）依照巖溶地區具體地址情況，充分考慮其復雜程度，應用鉆探技術難度非常大，可以對泥漿泥球科學選擇，并將擊入套管隔離提高護壁效果，鉆進過程當中選擇錘擊鉆進，運用回轉鉆進，還可更換不同大小徑進行擴孔鉆進，提高鉆進效率和質量，保證勘察效果。