曹江濤

（華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì)，河北保定071051）

第四系土層對鉆探的影響及其解決方法

曹江濤*

（華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì)，河北保定071051）

第四系土層具有結(jié)構(gòu)性差、土質(zhì)較松散、力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定等工程特性，在鉆探前期工作中，由于許多施工單位未能對第四系土層引起重視，導(dǎo)致在鉆探施工過程中，鉆孔內(nèi)經(jīng)常發(fā)生掉塊、坍塌、縮徑、超徑等孔壁不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響鉆探的進(jìn)度及質(zhì)量；通過在第四系土層中易產(chǎn)生施工漏水、成孔困難及第四系土層易對鉆探施工安全問題產(chǎn)生影響等幾個(gè)方面的論述，對第四系土層在鉆探施工中造成的不利影響進(jìn)行了歸納、總結(jié)，并對其產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，介紹了解決該問題的一些經(jīng)驗(yàn)和做法。

第四系土層；鉆探；影響；解決方法

第四系土層是指在新生代（距今一百萬年左右）中由原巖風(fēng)化產(chǎn)物—碎屑物質(zhì)，經(jīng)各種外力地質(zhì)作用（風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積）形成的尚未膠結(jié)硬化的沉積物（層）。按其地質(zhì)成因不同，可分為殘積土、坡積土、沖積土、洪積土、流砂等；按工程分類包括粘性土、粉土、砂土、卵（碎）石土、特殊土等。因其結(jié)構(gòu)性差、土質(zhì)較松散、力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定等因素，導(dǎo)致在第四系土層中進(jìn)行鉆探施工，鉆孔內(nèi)經(jīng)常發(fā)生掉塊、坍塌、縮徑、超徑等孔壁不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響鉆探的進(jìn)度及質(zhì)量。

在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查鉆探中，許多人往往只注重對巖石的鉆進(jìn)，而忽略了第四系土層對鉆探造成的影響；即使是在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及鉆探設(shè)計(jì)過程中，亦是如此，對第四系土層也只是簡單地以Q標(biāo)出而已。正是由于在鉆探前期工作中就未能對第四系土層引起重視，最終導(dǎo)致對其第一手資料的缺乏，由此產(chǎn)生的問題也隨之而來，對鉆探施工產(chǎn)生許多不利的影響。

筆者近年來一直從事巖土工程及地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作，對第四系土層在鉆探中產(chǎn)生的影響及解決方法積累了一定的工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)際就第四系土層對鉆探產(chǎn)生的不利影響及其解決方法談點(diǎn)粗淺看法，希望引起同行的重視。

1 第四系土層對鉆孔施工的影響

1.1 第四系土層易造成鉆孔施工漏水

該問題主要表現(xiàn)在：第四系土層中，粉土、粘性土由于孔隙比相對較小，密實(shí)度相對較高，在鉆進(jìn)過程中，一般采用泥漿護(hù)壁即可；而對于卵（碎）石土等孔隙度大的土層而言，采用泥漿護(hù)壁很難取得理想效果，常常導(dǎo)致鉆孔漏水嚴(yán)重，隨鉆隨漏，給繼續(xù)鉆進(jìn)造成困難。

原因分析：

（1）卵（碎）石土孔隙度大，采用泥漿護(hù)壁時(shí)，泥漿的相對密度偏低，起不到護(hù)壁作用。

（2）泥漿漏漿時(shí)補(bǔ)漿不及時(shí)，造成泥漿面過低，孔壓不夠。

（3）卵（碎）石土中卵（碎）石的塊體大小不一，形狀不規(guī)則，密實(shí)程度差，導(dǎo)致孔內(nèi)經(jīng)常發(fā)生掉塊、坍塌等現(xiàn)象，亦導(dǎo)致采用泥漿護(hù)壁失敗。

解決方法：采用泥漿護(hù)壁堵漏與下套管相結(jié)合的方法。

（1）調(diào)整泥漿的粘度和相對密度，塌孔地層變化時(shí)要隨時(shí)調(diào)整泥漿相對密度，漏漿時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿，保持泥漿面在鉆孔孔口標(biāo)高范圍以內(nèi)。

（2）在采用粘土泥漿護(hù)壁堵漏失敗后，可采用普通硅酸鹽水泥泥漿護(hù)壁堵漏，而普通硅酸鹽水泥標(biāo)號(hào)應(yīng)為32.5#、42.5#以上，可用于護(hù)壁堵漏的水灰比為0.4～0.5，并適量加入速凝早強(qiáng)劑，其優(yōu)點(diǎn)是可泵性好、護(hù)壁堵漏效果好，缺點(diǎn)是凝固時(shí)間較長，一般候凝24h以上；亦可采用801隨鉆堵漏劑、PHP、鋸末聯(lián)合堵漏，又可防止?jié)B水。

（3）采用調(diào)整后泥漿或硅酸鹽水泥泥漿護(hù)壁堵漏后，應(yīng)及時(shí)下入套管，此時(shí)下套管的作用是隔離漏水或涌水層對泥漿的不利影響，防止孔壁坍塌。

1.2 在第四系土層中施工成孔困難

該問題主要表現(xiàn)在：在鉆探施工中，開孔經(jīng)常會(huì)遇到砂土層或卵（碎）石土，而其厚度、松散程度，往往對鉆進(jìn)產(chǎn)生一定的影響。在遇到較厚的松散狀態(tài)的砂層時(shí)，采用泥漿護(hù)壁達(dá)不到預(yù)期效果，經(jīng)常出現(xiàn)鉆具不到底，無法下套管，鉆孔超徑嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致已下好的套管被埋，有時(shí)不得不移動(dòng)孔位重新鉆探。

在遇到較厚的松散狀態(tài)的卵（碎）石土，在提鉆后孔壁易坍塌，引起埋鉆或嚴(yán)重超徑引起斷鉆桿事故頻繁發(fā)生，給繼續(xù)鉆進(jìn)造成困難。

原因分析：

（1）缺乏第一手的第四系土層的資料，未了解鉆孔處及其四周土層的巖性、厚度、松散狀態(tài)等，對第四系土層施工較盲目。

（2）由于砂層或卵（碎）石土處于松散狀態(tài)，鉆孔內(nèi)砂層或卵（碎）石土隨著鉆進(jìn)提鉆而不斷坍塌，孔徑越來越大，無法下套管，最終導(dǎo)致在淺部的第四系土層成孔失敗。

解決方法：

（1）盡量掌握礦區(qū)第一手的第四系土層的資料，了解鉆孔處及其四周土層的巖性、厚度、松散狀態(tài)等，做到對淺部第四系土層施工時(shí)具有一定的針對性。

（2）對于松散狀態(tài)且厚度較大的砂層或卵（碎）石土，可采用泥漿護(hù)壁、套管跟進(jìn)的方法，必要時(shí)可采用設(shè)計(jì)四級(jí)鉆進(jìn)，三層套管護(hù)壁的方法，以避免在鉆進(jìn)過程中無法預(yù)見的情況，又可為事故處理留有更多的空間和余地。

筆者曾在某礦區(qū)進(jìn)行鉆探施工，開孔1.20m后即為松散狀態(tài)的砂層，由于設(shè)計(jì)中未能準(zhǔn)確提供該砂層的厚度、松散狀態(tài)等參數(shù)，在鉆進(jìn)過程中，孔內(nèi)砂層不斷坍塌，始終無法下套管，最后經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意后，向后平移3.00m后重新開孔，采用四級(jí)鉆進(jìn)，三層套管護(hù)壁的方法才解決該問題，具體步驟如下：一開，直徑?146mm開孔，下入?127mm套管；二開，直徑?110mm鉆進(jìn)，下入?108mm套管；三開，直徑?91mm鉆進(jìn)，下入?89mm套管；四開，?75mm鉆進(jìn)至終孔。

本孔由于前期工作的不到位，影響了施工進(jìn)度，對工程造成了不必要的損失。

2 第四系土層對施工鉆機(jī)的影響

該問題主要表現(xiàn)在：松散狀態(tài)的第四系土層對鉆機(jī)基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，可導(dǎo)致鉆機(jī)發(fā)生傾斜，對鉆探產(chǎn)生一定的影響。

原因分析：在山區(qū)，由于第四系土層大多為殘坡積或風(fēng)積而成，密實(shí)程度不高，多呈松散狀態(tài)，許多施工人員只是對鉆機(jī)平臺(tái)只是進(jìn)行簡單的挖填后即進(jìn)行鉆探施工，在施工過程中，由于鉆機(jī)不斷地震動(dòng)，導(dǎo)致局部土體下沉不均勻，鉆機(jī)產(chǎn)生傾斜較大時(shí)，可導(dǎo)致設(shè)計(jì)鉆孔的方位角及傾角偏離原有設(shè)計(jì)，進(jìn)而對礦體的控制產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致整個(gè)鉆孔報(bào)廢。

解決方法：

（1）平整、夯實(shí)、加固鉆機(jī)平臺(tái)處的第四系土層某礦區(qū)鉆探施工，設(shè)計(jì)鉆孔為一斜孔，設(shè)計(jì)傾角為76°，位于一半山坡上，山坡上第四系土層相對覆蓋較厚，鉆機(jī)平臺(tái)為半挖半填而成，由于工期緊張，對于填土也未進(jìn)行夯實(shí)就急于施工；在50.0m處進(jìn)行測斜測量，測量結(jié)果偏差不大，滿足設(shè)計(jì)要求，而在100.0m處進(jìn)行測斜測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)孔位已偏離設(shè)計(jì)勘探線20°，超出了規(guī)范及設(shè)計(jì)要求范圍，查其原因，發(fā)現(xiàn)位于填土一側(cè)，由于鉆機(jī)不斷震動(dòng)，邊坡處松散狀態(tài)的填土不斷被壓實(shí)并向坡下擴(kuò)散，填土已下沉較明顯，導(dǎo)致鉆機(jī)發(fā)生傾斜，致使孔位偏離設(shè)計(jì)勘探線較多。查明原因后，對鉆機(jī)平臺(tái)進(jìn)行了夯實(shí)加固，并及時(shí)采取了糾偏措施，才使工程繼續(xù)施工。

（2）對調(diào)平后的鉆機(jī)在四角處下入地錨，固牢鉆機(jī)，以避免鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中因反向力而產(chǎn)生位移。

3 第四系土層對鉆探施工安全造成的影響

該問題主要表現(xiàn)在：由于第四系土層的大部分為松散狀態(tài)，導(dǎo)致土體在重力及鉆機(jī)不斷震動(dòng)作用下，?？砂l(fā)生滑坡或崩塌等自然或人為災(zāi)害，尤其是在雨季施工時(shí)，更易對施工人員的人身安全造成傷害，對設(shè)備造成破壞。

原因分析：產(chǎn)生滑坡與崩塌的因素（或條件）是十分復(fù)雜，主要分為內(nèi)部條件和外部條件2個(gè)方面，不良的地質(zhì)條件是產(chǎn)生滑坡或崩塌的內(nèi)因條件，而人類的工程活動(dòng)和水的作用則是觸發(fā)并產(chǎn)生滑坡或崩塌的主要外因條件。產(chǎn)生滑坡或崩塌的原因主要有：

（1）斜坡上土體本身存在傾向相近、層理發(fā)達(dá)、破碎嚴(yán)重的裂隙，或內(nèi)部夾有易滑動(dòng)的軟弱帶，如軟泥、粘土質(zhì)巖層，受水浸后滑動(dòng)或塌落。

（2）土層下有傾斜度較大的巖層，或軟弱土夾層；或土層下的巖層雖近于水平，但距邊坡過近，邊坡傾度過大，在地表水作用下，增加了土體的負(fù)擔(dān)，降低了土與土、土體與巖面之間的抗剪強(qiáng)度，而引起滑坡或崩塌。

（3）邊坡坡度不夠，傾角過大，土體因雨水或地下水浸入，剪切應(yīng)力增大，粘聚力減弱，使土體失穩(wěn)而滑動(dòng)或崩塌。

（4）挖填鉆機(jī)平臺(tái)，不合理的切割坡腳；或坡腳被地表、地下水已掏空；或斜坡地段下部被沖溝所切，地表、地下水浸入坡體；使坡體坡度加大，破壞了土（巖）體的內(nèi)力平衡，使上部土（巖）體失去穩(wěn)定而滑動(dòng)或崩塌。

總之，當(dāng)鉆孔都設(shè)計(jì)在山腳下或半山坡處的第四系土層上時(shí)，受鉆探場地地形條件的限制，需對斜坡進(jìn)行人工開挖整平鉆機(jī)場地；當(dāng)人工開挖坡腳，過度切坡，當(dāng)坡度破壞了土體的極限平衡狀態(tài)，或超過它的休止角時(shí)，使上部土體失去支撐而產(chǎn)生滑坡或崩塌，尤其是雨季，對土體的影響更大，當(dāng)邊坡遭受大雨、暴雨時(shí)，使土體的容重驟增，加大滑動(dòng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生滑坡或崩塌。所以人工開挖坡角是引起滑坡、崩塌的觸發(fā)因素之一。

解決方法：

（1）在鉆探前期，應(yīng)對第四系土層進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，對于擬施工鉆孔位置及四周更應(yīng)如此（尤其是在雨季施工），應(yīng)把鉆孔施工與周圍的地質(zhì)環(huán)境有機(jī)地結(jié)合在一起進(jìn)行綜合考慮，充分認(rèn)識(shí)到四周環(huán)境對施工安全的影響。

（2）對設(shè)計(jì)鉆孔周圍各種潛存的滑坡或易崩塌的土體面應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，采取預(yù)防措施，對已存在的大型滑坡或易崩塌的土體面處，在可能的情況下，盡可能避繞或躲開。

（3）保持邊坡有足夠的坡度，避免隨意切割坡腳。整平場地必須切割坡腳，且不設(shè)擋土墻時(shí)，應(yīng)按切割深度，將坡腳隨原自然坡度由上而下削坡，逐漸挖至要求的坡腳深度。

對于滑坡或崩塌而言，對有松散土體組成的坡地，在施工時(shí)應(yīng)盡量減小鉆機(jī)平臺(tái)處的坡角，一般坡角不宜大于30°，如次生黃土結(jié)構(gòu)疏松，一般在30°左右即可產(chǎn)生崩塌。對因切坡而易產(chǎn)生的滑坡，則應(yīng)以減小坡角，并輔以攔擋為主。嚴(yán)禁鉆機(jī)周圍出現(xiàn)直立的土體面，避免上部土體失去支撐，而產(chǎn)生土體滑坡或崩塌造成施工人員傷害及設(shè)備損失。

（4）做好泄洪系統(tǒng)，尤其是雨季施工時(shí)，當(dāng)某一鉆孔的深度大，施工時(shí)間較長，更應(yīng)及時(shí)地做好泄洪措施，如：在滑坡范圍外設(shè)置多道環(huán)形截水溝，以攔截附近的地表水，在滑坡區(qū)域內(nèi)，修設(shè)或疏通排水系統(tǒng)，疏導(dǎo)地表水或地下水，阻止其滲入滑坡體內(nèi)。主排水溝宜與滑坡滑動(dòng)方向一致，支排水溝與滑坡方向成30°～45°斜交，防止沖刷坡腳。

由此可見，淺部第四系土層是整個(gè)鉆探工程的基礎(chǔ)工程。在鉆探施工中，能否在第四系土層中順利成孔，成孔質(zhì)量的好壞，直接影響著對后續(xù)基巖的鉆進(jìn)。

4 結(jié)語

（1）第四系土層對鉆探施工有著直接的影響，是整個(gè)鉆探工程的基礎(chǔ)。

（2）在鉆探施工中，必須對第四系土層引起足夠的重視，且在設(shè)計(jì)及施工過程中，應(yīng)把鉆孔施工與周圍的地質(zhì)環(huán)境有機(jī)地結(jié)合在一起進(jìn)行綜合考慮，充分認(rèn)識(shí)到第四系土層及四周環(huán)境對鉆探施工的影響。

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1004-5716(2015)05-0045-03

2014-05-14

曹江濤（1972-），男（漢族），河北保定人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事巖土工程與地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。