特殊地層中大口徑鉆孔灌注樁施工技術的研究

劉東華，閆平均

（湖北省地質局第四地質大隊，湖北 咸寧 437100）

1 大口徑鉆孔灌注鉆進技術的研究

巖層主要的特點是其具有很強的抵抗破壞能力。具體表現(xiàn)為敲擊巖石時震手，并發(fā)出清脆的聲音很難擊碎。在進行壓縮實驗時，壓縮的曲線顯現(xiàn)為線性圖形，飽和壓強可達30MPa。根據(jù)上述特點，在這類巖層進行鉆探施工會遇到巖渣排除困難、鉆進的施工效率較低、巖層破碎比較困難等問題[1]。

1.1 大口徑施工設備的選擇

大口徑巖層鉆孔施工設備選擇的依據(jù)主要是根據(jù)鉆孔巖層強度，也就是所要選擇的鉆機，必須能夠在不同的巖層地質條件下進行大口徑鉆孔，如XY4 轉盤鉆機能夠鉆樁直徑達1m 左右。各種成孔設備都有自己的適用特點，見表1。

表1 各成孔設備使用范圍

在鉆具設備中，滾刀的鉆頭具有使用相對廣泛、適應性較強，鉆孔時使用砂石泵與回轉循環(huán)鉆機就能工作。但其工作時，鉆頭需要的鉆壓較大，需配備一定的附加裝置，因此鉆機的扭矩與提升都需要一定的力矩。

1.2 鉆機運轉過程中沖洗液的選用及循環(huán)的方式研究

在20世紀50年代，鉆井所使用的泥漿主要是使用水與鉆井施工中產(chǎn)生的泥砂自然混合形成的泥漿[2]。20世紀50年代末，鉆井行業(yè)開始使用絮凝劑進行輔助鉆井，并通過處理劑丹寧、燒堿的加入使得泥漿固體充分絮凝，當沖洗液返回地面后進行相應處理，隨后再將清水打回井內，鉆井使用清水只適用特定地層與深度。在鉆井的過程中，絮凝泥漿為保證在鉆進過程中能夠控制其泥漿的失水量以及流動性，泥漿需配置適量的失水劑與稀釋劑，所以，CMC 與硫酸鹽相繼使用到鉆井工作中，它們使得泥漿性能有了快速提高[3]。20世紀60年代，鉆井行業(yè)生產(chǎn)出聚丙酞胺高聚物，它對鉆井過程產(chǎn)生的鉆屑有很好的絮凝作用，它的優(yōu)點為，能在保留造漿粘土的同時，去除應去掉的鉆渣。由于其具有的適用特性以及固相的不分散特性，目前被廣泛地應用在油田的鉆井施工中，因此，泥漿也被稱為油田泥漿。根據(jù)相關部門統(tǒng)計分析，本泥漿能夠使鉆進的速度提升20%左右，最高能夠提升50%左右[4]。

在實際鉆井施工過程中，經(jīng)過研究實驗得知，沖洗液的循環(huán)方式為反循環(huán)工作形式時，沖洗液能夠將鉆井巖渣通過鉆桿內徑快速提升，它的速度是正循環(huán)的數(shù)十倍，因此，其排渣特點具有排渣顆粒大、排除能力強等，鉆進的效率得到大幅度提高，并能夠對鉆頭起到冷卻保護作用。

1.3 成孔工藝的研究

（1）鉆孔前的準備。成孔的施工在鉆孔、灌注樁工作中是最重要的部分，在復雜地質條件下進行成孔前，必須對所要施工的區(qū)域進行地質勘測報告的研究，要弄清復雜地質條件下巖層、砂石、卵石顆粒的厚度、含量、成分、大小等信息，研究分析鉆孔發(fā)生斜孔、垮孔、掉塊的程度及原因，要充分掌握地層水位及滲透情況，要制定相應施工解決方案，要選擇最佳成孔設備，保證成孔的質量與進度[5]。

（2）下放護筒。成孔護壁灌注樁施工必須先在孔口下放護筒。復雜砂石、卵石地質鉆孔必須下放護筒。在旱地：地下水水位超過1m時，護筒采用埋設方法，首先要挖比護筒大80～100cm 圓坑，在坑底鋪筑50cm 厚粘土，在鋪筑過程中，要分層進行夯實，隨后定位對控制樁進行放樣。在淺水地域：在水不深及流速小的地域，并且施工后不會影響居民生活條件下，依據(jù)經(jīng)濟、技術對比，采用改流向或者截流方案，從而將水中鉆改成旱地鉆。在深水地域：需要時可放置鋼板圍堰，使其形成旱地后鉆孔，本方法的費用較高，并且技術含量較高。

（3）成孔。成孔前要對施工地層、地域進行分析研究，根據(jù)研究結果制定出成孔的方案，隨后選擇最適合該地域的鉆機設備，如有必要，可聯(lián)合幾種設備及工藝進行成孔，從而提高成孔的效率及質量[6]。

2 目前大口徑鉆孔灌注樁施工存在的問題

（1）鉆井施工的效率相對較低，當前我國所采用的鉆孔方法都存在排渣較困難、施工的效率較低的問題。

（2）回轉沖擊鉆具有施工效率高的優(yōu)勢，但是存在設備的價格較高，并且在進行施工中所遇風險，設備不能達到其要求。在鉆進過程中，如遇軟硬地層不均的環(huán)境時，容易發(fā)生鉆空情況。

（3）在使用牙輪滾刀組合進行鉆進的鉆頭，其施工過程需要一定的鉆壓，普通鉆具、設備無法達到其使用的要求，進而造成鉆頭快速磨損，致使成本加大，施工效率隨之降低[7]。

（4）采用梅花孔進行施工的方法，其缺點為移動設備與定位鉆孔過于頻繁，累計的鉆進進尺相對較多。

（5）在松散的卵、砂、石地層進行鉆進，容易發(fā)生坍塌事故，并且在鉆井過程中，沖洗液容易發(fā)生滲漏，造成很難成孔以及埋鉆。

3 提高大口徑鉆孔灌注樁施工質量措施

3.1 施工前做好準備的工作

（1）組織技術過硬的鉆孔施工隊伍，完善指揮施工機構，做好鉆孔施工的技術標準，制定出施工過程中各項規(guī)章制度。

（2）要對現(xiàn)場地質情況、工程技術標準、工程實施方案進行研究，在正式施工前，要進行預試性鉆孔，通過試鉆孔核實技術、工藝、設備、資料是不是可靠。

（3）確定工序指標及質量標準，例如檢查材料、材料計量、清孔的要求、清孔的方法、泥漿的指標、鉆進的速度、施工的工序等[8]。

3.2 成孔的質量控制

（1）沖洗液循環(huán)方式改為反循環(huán)工藝鉆孔，反循環(huán)工藝的優(yōu)點是實用性強、鉆進速度快、擴孔率較低等。

（2）操作的方式改進。

①選擇比重較低的泥漿：使用泥漿為膨潤土制備的含土在10%的泥漿，例如，油田專用泥漿。

②調整適當?shù)你@壓：鉆具施工設備上加裝電子秤與傳感器，做到實時了解鉆井過程中的鉆壓，從而及時對鉆壓進行調解，確保鉆頭能夠減少磨損、鉆進速度均勻，使得擴孔率較低成形好[9]。

③保持提高鉆孔泥漿的高度：適量提高鉆孔泥漿的高度，促使鉆孔內壁形成一定壓力，這是鉆孔固壁的主要條件，同時能夠平衡鉆孔與地層壓力，確保孔壁不能坍塌，因此，提高鉆孔內泥漿的高度是固壁的重要手段。

④加強護筒埋設施工質量：在進行反循環(huán)沖洗鉆孔的時候，因為是在靜壓進行鉆孔，所以護筒埋設決定了鉆孔質量。護筒必須具備一定的長度，護筒在埋設時要確保位置正確。

4 結論

本文通過對復雜地層大孔徑鉆孔、灌注樁施工進行系統(tǒng)的研究，找出了復雜地層大口徑鉆孔灌注樁施工存在的問題，通過對存在問題的分析，制定出了應對的措施，如在鉆井施工前要根據(jù)地質狀況選擇相應的鉆孔設備、制定出相應的施工方案，并利用試鉆孔驗證施工方案的正確性。根據(jù)地質情況選擇合適的沖洗液以及沖洗液循環(huán)的方式等，從而提高鉆進的效率。對于松散地層在鉆進施工前要做好護筒埋設工作，做好防漏、護壁工作，完善成孔施工工藝等，通過上述措施的實施，徹底解決了復雜地層大孔徑灌注樁施工的難題，為本行業(yè)在復雜地層進行大孔徑灌注樁施工提供了寶貴經(jīng)驗。