左重輝

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 深厚覆蓋層的概念及特性

地殼表層存在著各種各樣的松散層，我們把堅(jiān)硬巖石表面的松散堆積物統(tǒng)稱為覆蓋層，包括各類土層、砂卵礫石、淤泥等。

什么是深厚覆蓋層？目前未有明確的定義，曾經(jīng)有人提出大于150 m稱為深厚覆蓋層。從工程意義上看，應(yīng)當(dāng)與工程地質(zhì)相結(jié)合來(lái)綜合分析，按工程的要求來(lái)說(shuō)，一般存在于建筑物下部，有足夠深度，不能清除或清除代價(jià)相當(dāng)大的覆蓋層可統(tǒng)稱為深厚覆蓋層。如果從數(shù)量上劃分，筆者認(rèn)為大于30 m就可以稱之為深厚覆蓋層了。

覆蓋層的成因是多種多樣的。從沉積環(huán)境看，有海相和陸相沉積，陸相沉積又分為河相、湖相、河湖混合相等。從搬運(yùn)沉積物的地質(zhì)營(yíng)力分，有風(fēng)積、沖積、洪積、冰積等。因沉積環(huán)境、沉積方式、沉積地點(diǎn)的不同，其粒徑大小、顆粒級(jí)配、松散程度、物理力學(xué)性質(zhì)差別是很大的。深厚覆蓋層作為建筑物地基，應(yīng)按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求或經(jīng)過(guò)一定技術(shù)處理能滿足建筑物的應(yīng)力和防滲等地基要求。

要評(píng)價(jià)某工程區(qū)覆蓋層是否滿足建筑物對(duì)地基的要求，應(yīng)采取一定的手段和方法，查明覆蓋層厚度、顆粒組成、松散程度、承載能力、滲透系數(shù)等數(shù)據(jù)。勘探中，除物探、槽坑探、豎井、試驗(yàn)和等勘探手段和方法外，鉆探是必不可少的重要手段，特別是深厚的砂礫石層，對(duì)鉆進(jìn)中的鉆探工藝有較高的要求。

2 不同成因覆蓋層的勘探手段和方法

我國(guó)幅員遼闊，氣候條件、氣象條件、地形地質(zhì)條件差別十分巨大。不同地區(qū)，其覆蓋層的厚度、顆粒組成、工程地質(zhì)性質(zhì)不同，在設(shè)計(jì)工程建筑物時(shí)，對(duì)地基的利用是不一樣的。

沖積砂卵礫石是常見(jiàn)的覆蓋層類型，分布非常廣泛，在大江大河普遍存在，其主要差別在于厚度和粒徑大小不同。一般來(lái)說(shuō)，其承載力可達(dá)（300~500）kP，一般情況下能滿足建筑物對(duì)地基承載力的要求。但由于松散程度和顆粒級(jí)配不同，滲透系數(shù)差別很大，大者滲透系數(shù)可達(dá)10-1cm/s，小者可能僅10-3cm/s左右。為了解砂礫石的厚度、分布位置和滲透特性等，采用鉆探和滲透試驗(yàn)是主要勘探手段和方法。

因不同環(huán)境下沉積的覆蓋層，其粒徑和緊密程度差別很大，承載力難以經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，滲透系數(shù)比純砂礫石差別更大，很難用類比的方法來(lái)確定地質(zhì)參數(shù)，只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫、載荷試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)才能取得較準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)。因此，采用鉆探和孔內(nèi)試驗(yàn)是必須的。

為研究和獲取覆蓋層的深度、物質(zhì)組成、物理力學(xué)性質(zhì)和水理性質(zhì)等有關(guān)資料，要有一定的勘探手段，傳統(tǒng)的鉆探和孔內(nèi)試驗(yàn)是非常有效的方法。但有些鉆探工藝和技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的需要，從技術(shù)進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)效益的要求出發(fā)，既要滿足最大限度獲得各種地質(zhì)參數(shù)的要求，又要提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，鉆探工藝需要不斷改進(jìn)。

3 不同地區(qū)深厚覆蓋層鉆探工藝實(shí)踐

近年來(lái)，湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院在湖南、四川、云南、新疆等省、區(qū)從事了許多工程地質(zhì)勘探工作。遇到了厚度不一、性質(zhì)差別大的各種覆蓋層。厚度從數(shù)十米到100多米，礫徑從細(xì)粒土到巨型漂礫，從緊密到松散，從水上到水下，各種情況都有所涉及?，F(xiàn)介紹幾個(gè)實(shí)例與同仁探討。

（1）新疆塔日勒嘎水電站。

工程位于新疆克州克孜蘇河上游，壩址區(qū)右岸存在著沖洪積成因的深厚覆蓋層，最大深度118 m。

壩址右岸上部為洪積扇，厚度（30～60）m，其淺部（2～7）m范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)稍密，下部結(jié)構(gòu)密實(shí)。洪積扇內(nèi)各粒徑組平均含量為：漂石（≥200 mm）33%、卵石或碎石（20 mm～200 mm）28%，礫石（2 mm～20 mm）19.7%，砂（0.075 mm～2 mm）9%，泥（≤0.075）10.3%，不均勻系數(shù) Cu=2 000，曲率系數(shù)Cc=56.55，為級(jí)配不良的混合型含土碎石。漂石、卵石或碎石的主要成分為砂巖，磨圓度較差，以次梭角形為主。下部為被掩埋的古河床及階地堆積，砂卵礫石厚度（60～70）m，結(jié)構(gòu)緊密，其中各粒徑組平均含量為：漂石（≥200 mm）12%、卵石（20 mm～200 mm）5.7%，礫石（2 mm～20 mm）43.3%，砂（0.075 mm～2 mm）24.5%，泥（≤0.075）14.5%。 漂石、卵礫石的主要成分為砂巖，磨圓度相對(duì)較好，以橢圓形、渾圓形為主。

覆蓋層內(nèi)鉆孔孔徑一般采用150 mm開(kāi)孔，110 mm結(jié)束。為了加快進(jìn)度，降低成本，采用泥漿護(hù)壁、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。由于顆粒不均勻，漂礫較多，泥漿的質(zhì)量成為控制鉆探進(jìn)度和鉆孔質(zhì)量的關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)多次比較和試驗(yàn)，最終采用新疆石河子生產(chǎn)的深井膨潤(rùn)土，加入少量片堿，用土、堿、水混合制成泥漿，其比例為：

土∶水∶堿≈75∶22∶3

這種泥漿具有易調(diào)制、穩(wěn)定性好、護(hù)壁牢固、易于沖洗等特點(diǎn)。在該工程7個(gè)孔深超過(guò)60 m的鉆孔鉆進(jìn)中，效果良好。第一是取樣方便，用泥漿鉆進(jìn)不需要特殊的鉆具，取樣時(shí)不需要采取特殊措施，工人易于掌握。第二是巖樣采取率高，由于護(hù)壁牢，巖芯成型好，所有鉆孔巖樣采取率都超過(guò)了90%。第三是鉆探用水量大大減少，在新疆戈壁地區(qū)，采用節(jié)水鉆探，是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，采用泥漿護(hù)壁可大量節(jié)水，返水量大約40 L/min左右。第四是洗孔效果好，水利水電勘察需要在鉆孔內(nèi)取得大量地質(zhì)參數(shù)，其中滲透系數(shù)是必不可少的，為了分層需要，在本工程還進(jìn)行了大量聲波測(cè)試，為了取得真實(shí)的參數(shù)，需要洗孔，有些材料是無(wú)法滿足洗孔要求的，如植物膠就很難清洗，有些地區(qū)的泥漿清洗效果也不好，但本工程用的泥漿較容易清洗，通過(guò)大量聲波對(duì)比檢測(cè)，清洗效果良好。

（2）湖南常德沅水大橋勘探。

常德沅水大橋位于常德市區(qū)附近，屬沅水下游洞庭湖尾閭地區(qū)。地勢(shì)平坦，水流平緩，河床沖積砂卵礫石堆積厚度大。砂卵礫石的粒徑不是太大，一般為（20~80）mm，級(jí)配較均勻。2008年4月我們承接到河中水上鉆探任務(wù)，因砂礫石層較深，不可能全部采用套管跟管鉆進(jìn)，水下施工，也不能使用泥漿護(hù)壁鉆探工藝。經(jīng)過(guò)比較和摸索，最終采用了套管、植物膠護(hù)壁、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的綜合工藝。

為了固定船只，固定孔位，鉆孔表部一定深度采用套管護(hù)壁、跟管鉆進(jìn)的方法。這在水上鉆探是十分有效的方法。當(dāng)套管下入一定深度后，在采用跟管鉆進(jìn)難度就相當(dāng)大，鉆進(jìn)速度也明顯降低，成本消耗顯著提高。采用植物膠護(hù)壁是較可靠的方法。材料采用成都勘察院研制生產(chǎn)的SM植物膠，加入少量燒堿，用料比例大致如下：

水∶植物膠∶燒堿=100∶8∶2

使用成勘院生產(chǎn)的專用鉆具，采取輕壓、高轉(zhuǎn)速、低水量的鉆進(jìn)方法，控制返水量（15~20）L/min。

本工程基本解決了水上鉆探因河水的流動(dòng)無(wú)法使用泥漿護(hù)壁工藝的問(wèn)題，常德大橋的最大鉆孔深度達(dá)80 m，鉆進(jìn)速度也較快，沒(méi)有出現(xiàn)垮孔等孔內(nèi)事故，并全部實(shí)現(xiàn)取芯，采取率達(dá)95%。

（3）四川東風(fēng)巖航電樞紐。

工程位于岷江干流樂(lè)山市下游河段，距樂(lè)山市區(qū)約20 km。河床分布著大量的第四系全新統(tǒng)沖積砂礫石層，上壩址區(qū)河流湍急，砂礫石粒徑較粗，（40~150）mm的居多，大于200 mm的漂礫也多見(jiàn)。厚度極不均勻，最大深度20 m左右，雖然算不上深厚覆蓋層，但勘探難度還是很大的。

此河段砂礫石的最大特點(diǎn)一是粒徑粗不均勻，以粗粒和漂礫最多，二是結(jié)構(gòu)松散，被采砂船反復(fù)開(kāi)挖過(guò)，沒(méi)有膠結(jié)。對(duì)于這種松散的以礫石為主的砂礫石層，沒(méi)有辦法采取泥漿和植物膠護(hù)壁，只能采用傳統(tǒng)的套管護(hù)壁和跟管鉆進(jìn)方式。過(guò)去在湖南地區(qū)一般都是使用普通套管（厚度不大于5 mm），這種薄壁套管很難適應(yīng)這種粗粒松散層的鉆進(jìn)，根據(jù)西南地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，主要是要解決套管的厚度和質(zhì)量問(wèn)題，我們選擇了材質(zhì)好、管壁厚度（9.3~10）mm的厚壁套管，這種套管在下入過(guò)程中，受力好，管腳不易破損，能將粗顆粒擠開(kāi)或打碎，將套管快速下到孔底。選用厚壁套管提高了鉆進(jìn)效率，取得了很好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

深厚覆蓋層是各種工程建設(shè)中經(jīng)常遇到一種特殊地基。我國(guó)地域遼闊，地形地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，東部、中部、西南、西北各地區(qū)其差異相當(dāng)巨大，覆蓋層的成因決定了不同的工程地質(zhì)性質(zhì)，鉆探是查明深厚覆蓋層厚度和性質(zhì)的重要勘探手段，如何提高鉆探的效率，提高鉆探的質(zhì)量，這與選擇不同的鉆探工藝密切相關(guān)。本文初步總結(jié)了我國(guó)三個(gè)不同地區(qū)不同地層的鉆探工藝和技術(shù)，意在與同行共同探討，不斷提高。