巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術的應用探討

崔志亮 山東東信巖土工程有限公司

1 前言

隨著我國社會經濟不斷提升，這幾年涌現出大量的現代工程建設和基礎設施建設項目，并且建設地理范圍越來越廣，再加上基坑開挖的地質條件逐漸復雜，需要巖土工程在項目建設之前對巖土進行勘察。為了提升巖溶地區巖土工程的勘察質量，相關單位應在勘察巖土工程的過程中，根據巖溶地區實際情況挑選鉆探技術，切實提高巖溶地區巖土工程勘察水平。

2 巖溶地區背景地質環境條件

我國巖溶地區多為覆蓋型巖溶區，也就是第四系地層直接覆蓋到石灰巖上，巖溶、土洞、構造帶、軟土弱層在部分地方分布非常廣泛，并且地下水活動較多，部分區域還存有地下暗河通道等，上部覆蓋層里面的卵石層分布、厚度、粒徑、狀態等變動速度較快，導致工程地質和水文地質條件都比較復雜。如果在巖溶地區實施工程建設，擬建建筑物特別是高層建筑或者橋梁工程的地基，基礎方案通常使用鉆孔灌注樁基礎，選擇下部的石灰巖作為樁端持力層。樁端持力層的石灰巖厚度應結合建筑單位的實際要求進行挑選，且需要石灰巖完整度較高，沒有巖溶分布，才可以開展相關建設工程。要想全面了解各個樁基范圍內的巖溶發育規律、基本形態和巖石完整性，掌握樁基的樁長、樁徑、嵌巖深度等，需要在項目施工建設勘察設計期間，通過鉆探技術進行勘察，采用逐樁布置的方式均勻鉆孔。在巖溶地區進行巖土工程勘察中，如果應用鉆探技術，需要對巖土工程的地質條件進行全面了解，否則，在鉆探施工之前沒有做好完善合理的鉆探技術方案和鉆孔結構，容易在勘察中出現多次變更鉆探技術的情況，降低了勘察效率和質量，增加相關項目的勘察經濟付出成本，影響后期建設工程有序落實。

巖溶地區地貌屬于河流堆積階地，通常為I、II堆積階地，地形起伏較小。在巖溶地區，巖土體包含雜填土、粉質黏土、淤泥質土、卵石、含角礫碎石粉質黏土、中風化石灰巖等，其中雜填土土質松散，是由人工堆積物和黏性土組合而成。粉質黏土土質顏色呈灰黃色，可塑性較高。淤泥質土通常是流塑-軟塑狀態，其中含有機質和腐爛木塊。卵石呈稍密-中密狀態，粒徑大小在35mm～140mm，部分地段含有漂石，粒徑大于250mm。含角礫碎石粉質黏土是可塑狀態，并且部分地段呈現軟塑狀態，部分地段含有石塊。含角礫粉質軟土呈流塑狀態，土質非常松軟。中風化石灰巖呈中風化-微風化狀態，巖石硬度高，完整性較強，部分地段存有裂隙發育情況，巖石破碎，上部地段巖溶較發育。巖面呈起伏狀態，高差較大。所見溶洞絕大多數屬于裂隙狀溶洞，發育、分布沒有規律，方向呈多向性，洞體大小不一致，最大頂底板間距在數米、十幾米，最小只有數厘米，部分地段多層溶洞分布在不同的平面上，溶洞多呈可塑-軟塑狀態，其中以含角礫碎石粉質黏土充填物所填充。

3 巖溶地區巖土工程鉆探的目的及方法

3.1 巖溶地區巖土工程鉆探的目的

巖溶地區巖土工程在勘察中使用鉆探技術時，基本上是通過直接獲取巖土工程第一手基礎資料，用鉆機通過鉆具由地表向低下鉆進，在地層中鉆成圓柱形鉆孔，從不同深度的鉆孔中獲取巖芯，取得巖土樣、水樣，力求從所勘察的地層中分析巖土性質，掌握地層的埋藏深度和厚度，獲取符合質量要求的試樣或者進行原位測試，了解鉆進深度范圍內的地下水賦存情況。勘察結果能夠為工程地質評價和巖土工程設計、建筑物基礎設計和基礎施工提供數據資料。因此，鉆探技術的應用水平決定了整個巖溶地區巖土工程的質量，對后期相關項目施工起到直接影響。

3.2 巖溶地區巖土工程鉆探的方法

我國在巖土工程采用的勘察技術較多，包含回轉鉆進、泥漿護壁等技術，這些技術在對巖土進行勘察時，可以全面記錄巖土水平方向、垂直方向中的土層變化現象，能夠全面獲取地質信息，數據精準度高。對于巖溶地區，我國現今使用兩種技術進行勘察，分別是泥球護壁結合套管法和多層套管護壁法，具體使用方式如下。

（1）泥球護壁結合套管法。絕大多數巖溶地區存有縫隙、漏漿等情況，泥球護壁結合套管法可以準確將這些情況勘察出來，這是由于泥球護壁結合套管法的勘察原理是向孔中回填潮濕的黏土球，在孔洞中利用鉆具通過上下鉆動的方式，把潮濕的黏土球擠壓到巖溶的縫隙中，因為黏土球有較強的變形能力，受壓之后會產生泥漿將縫隙填實，從而起到保護孔壁、回填縫隙的作用。泥球護壁結合套管法在實施的過程中，需要大量的黏土球，并且挑選的黏土應具有很強的塑性和黏性，這樣才不會被水分沖刷，有效發揮出保護孔壁的作用，并且保護時間較長，不會出現漏漿情況。泥球護壁結合套管法在使用中存在的問題是，如果巖溶地區地下水非常豐富，在鉆進中泥球容易被水源稀釋，降低了泥漿濃度，弱化了縫隙回填質量，從而在短時間內出現漏漿的現象。

（2）多層套管護壁法。這種方法通過使用跟管鉆進的方式，先超前鉆進，然后逐步擴大鉆孔，經過多次變徑、下入多層套管的方式，達到鉆進。在巖溶地區使用多層套管護壁法對地理條件要求較高。在施工之前需要詳細研究施工現場的巖土實際情況，分析多層套管護壁法技術的可行性，并預設鉆孔深度、鉆孔結構和管套程序等。多層套管護壁法在鉆孔中基本上是利用金剛石單雙動管鉆進，遇到溶洞時應注意靈活改變鉆具進行擴孔鉆進，在經過溶洞后，采用原來使用的單動雙管。通過重復更換鉆具的方式，可以為鉆機操作提供便利，避免在套管內出現鉆具卡頓阻塞的問題。

4 巖溶地區鉆探施工前設備和技術準備

在巖溶地區進行鉆探勘察時，需要結合勘察場地的地質環境條件和單位提供的地質勘察任務，進行鉆探施工設備和技術準備。

4.1 設備和材料準備

巖溶地區巖土工程鉆孔深度較淺，所以工作人員需要準備XY-100，GXY-150型液壓鉆機，并且準備不同口徑、規格的鉆具、套管、普通巖芯管、雙層巖芯管、合金鉆頭、金剛石鉆頭、膨潤粉、打撈工具、黏性較高的黏土等設備和材料。

4.2 鉆探技術準備

通過上述描述可以看出，巖溶地區地質條件復雜，工作人員在準備鉆探技術時，除了需要滿足巖土工程勘察的基本要求之外，還應全面設計鉆進第四系覆蓋層，進入到石灰層巖的技術，并系統分析第四系覆蓋層和石灰層巖的巖溶發育情況，提前預測在鉆探中可能會出現的問題，制定完善的鉆進方式、鉆孔結構、套管程序和堵漏等預防措施。同時，單位在挑選工作人員時，應系統總結他們的工作能力和職業素養，并對挑選好的工作人員通過線上培訓、實地培訓的方式，提升工作人員施工技術，切實保障巖溶地區巖土工程鉆探勘查技術可以高質保效實施。

5 不同巖溶地層巖土工程鉆探施工技術

由于巖溶地區地質條件復雜，不同地層的表現特點也不盡相同，因此在挑選鉆探技術時，應根據地層的實際情況靈活應用。

5.1 巖溶石灰巖鉆進技術

在巖溶石灰巖鉆進技術中，利用沖灌注樁基礎的建筑物對樁端持力層進行鉆探時，對無巖溶的發育情況、石灰巖厚度和完整性具有較高要求。在巖溶地區使用巖溶石灰巖鉆進技術時，應全面了解在單位要求的勘探深度中石灰巖的發育規模、基本形態和分布規律，掌握洞體巖石的完整性情況、填充物性質和頂底板的埋深情況。巖溶石灰巖鉆進技術中應用泥球護壁結合套管法時，如果巖溶裂縫出現漏漿問題，或者水泥漿、膨潤土粉出現護壁效果較差的現象時，可以使用向孔內回填濕黏土球，利用鉆具進行上下活動擠壓，使泥球擠壓到巖溶裂隙里，這樣可以完整填充裂隙，發揮出黏土保護壁的作用，確保后面的鉆探工作可以順利開展。

5.2 軟土層鉆進技術

巖溶地區巖土工程在勘察中，使用的鉆探技術對進尺速度具有較高要求，在高速鉆進中，經常會出現掉鉆的問題。因此，工作人員在對軟土層進行鉆進勘察時，不用對鉆具進行加壓、轉動，鉆頭可以依靠自身重量向下鉆進。再者，軟土層淤泥非常軟，塑性形較低，在提鉆的過程中會出現孔內縮孔的問題，導致第二次下鉆的深度無法達到第一次下鉆的深度，如果土洞中的填充物數量較少，就會增加洞內的空間，使得第二次下鉆出現位置偏離的現象。通常情況下，軟土層的土洞是和下方的灰巖連接到一起，鉆孔到達這個地層后容易出現孔壁坍塌的情況，甚至引起地下水水位改變。工作人員在勘察到達軟土層時，應選擇肋骨鉆頭，并加大孔徑，采用管套對孔壁進行保護，避免孔壁出現坍塌的問題。

5.3 卵石層鉆進技術

卵石層的土質厚度較小，通常采用回轉鉆進和泥漿旋轉鉆進的方式進行勘察。當鉆頭穿過卵石層時，需要工作人員打入套管，用套管保護孔壁。如果卵石層土層厚度較高、密集度較大時，可以通過回轉鉆進技術，這時由于卵石層都會存在水，并且各個卵石之間的縫隙較大，如果直接鉆進，則會出現鉆孔滲漏水的問題，甚至出現孔壁坍塌的現象，一旦出現這些問題則需要工作人員將黏土放到鉆孔中。但當工作人員選擇旋轉鉆進技術持續性鉆進時，就可以規避孔壁坍塌和鉆孔漏水等問題。如果工作人員在旋轉鉆進中出現塌孔問題，可以使用漿液濃度較大的繼續鉆進一定深度，然后將鉆頭拉出套管后繼續鉆進，并反復操作相同步驟，則可以有效保證鉆進效果。巖溶地區卵石層分布狀態較為密實，加上卵石顆粒比較大，部分地段存有漂石，如果使用套管鉆進方式時，則會遇到較大阻力，不利于工作人員持續鉆進，當工作人員遇到這種問題時，可以采用重錘或者比較厚的套管鉆進，如果工作人員不顧阻力繼續鉆進，容易導致鉆頭出現卷口現象，并且難以達到巖土工程要求的深度。在卵石層鉆進中應對地下水進行查看，系統總結影響地下水水位的因素，結合地質條件分析水文條件，確保卵石層水文調查質量符合巖土工程勘察要求。

6 結束語

綜上所述，巖溶地區地質條件復雜多樣，不同地層地質條件存在較大差別，因此工作人員在巖溶地區進行巖土工程勘察時，應根據勘察地區的實際情況，合理選擇鉆探勘察技術，提高巖土工程勘察鉆探技術，為后期建設工程提供精準數據支撐。