梁寧克 桂林理工大學(xué)勘察設(shè)計(jì)研究院

1 前言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，建筑工程項(xiàng)目隨之增多。地質(zhì)勘察工作在工程建設(shè)中發(fā)揮著十分重要的作用，一方面可為工程項(xiàng)目提供豐富的地質(zhì)信息，另一方面也可根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)問題提出切實(shí)可行的對(duì)策，推動(dòng)工程建設(shè)的有序開展。為此，有必要結(jié)合工程實(shí)際，科學(xué)選擇鉆探工藝，以發(fā)揮出巖土工程地質(zhì)勘察工作的作用與價(jià)值。

2 巖土工程勘察中研究鉆探工藝選取的作用

我國(guó)疆域遼闊，不同區(qū)域的地質(zhì)條件存在明顯差異，巖土工程勘察工作中也面臨著諸多的問題?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展中，巖土工程地質(zhì)勘察技術(shù)也在不斷完善。不同的地質(zhì)條件可采取不同的鉆探工藝技術(shù)。巖土工程勘察人員需采取針對(duì)性鉆探工藝，完成不同水文地質(zhì)環(huán)境的勘察工作，以加強(qiáng)工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。但是現(xiàn)有的巖土工程勘察鉆探技術(shù)應(yīng)用環(huán)境無法高度滿足不同地質(zhì)條件勘察的個(gè)性化要求。對(duì)此，巖土工程勘察工作者就需要依據(jù)工程建設(shè)概況科學(xué)選擇鉆探技術(shù)。同時(shí)，研究人員還應(yīng)全方位了解巖土工程勘察中影響鉆探工藝選取的主要因素，從而提升鉆探技術(shù)應(yīng)用及工程資料使用的科學(xué)性和靈活度，在維持工程勘察施工質(zhì)量的同時(shí)，加快勘察速度，促進(jìn)工程建設(shè)的平穩(wěn)進(jìn)行。

3 巖土工程勘察中常用的鉆探設(shè)備及鉆探方法

巖土工程勘察工作中，需要使用多種鉆探設(shè)備，推動(dòng)鉆探工作的有序開展，且在工程巖土地質(zhì)鉆探工作中，工程地質(zhì)存在著十分明顯的差異，不同的巖土地質(zhì)條件需要采用不同的鉆探技術(shù)和方法。所以在巖土工程勘察中，要科學(xué)選取鉆探設(shè)備，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和施工要求，科學(xué)選擇鉆探方法，進(jìn)而有效改進(jìn)巖土工程地質(zhì)勘察鉆探工作質(zhì)量，為工程建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1 鉆探設(shè)備

巖土工程勘察工作中，鉆孔時(shí)應(yīng)用的設(shè)備即為鉆探設(shè)備。常見的鉆探設(shè)備有傳動(dòng)裝置、鉆探用泵、鉆機(jī)、鉆塔、擰管裝置、動(dòng)力機(jī)、空氣壓縮機(jī)等，不同的鉆探設(shè)備僅僅影響巖土工程勘察的周期，并不影響勘察的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，在巖土工程勘察工作中需要根據(jù)地質(zhì)勘察的要求，合理應(yīng)用鉆探設(shè)備。

鉆探工具和鉆探方法的影響較為明顯，現(xiàn)階段常用的鉆探工具有鉆頭、鉆桿和鉆芯管，人員需根據(jù)鉆探的方法選擇不同的鉆頭。在諸多的鉆頭中，硬質(zhì)合金取芯鉆和螺旋鉆具應(yīng)用較為廣泛，前者廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆，后者應(yīng)用于短螺旋鉆（如圖1）、長(zhǎng)螺旋鉆（如圖2）、麻花鉆等。再者，鉆桿的狀態(tài)對(duì)鉆探進(jìn)度也起到顯著的影響。在巖土工程勘察鉆探中，要定期檢查鉆桿，嚴(yán)格控制軸線直線度誤差，規(guī)定誤差率不得超過0.1%。為做好鉆探工作，人員還需配備兩套鉆桿，依據(jù)土層的概況交替使用鉆桿，以此優(yōu)化鉆桿的使用性能，延長(zhǎng)鉆桿的使用壽命，為鉆探工作的有序開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖1 短螺旋鉆

圖2 長(zhǎng)螺旋鉆

3.2 鉆探方法

巖土工程勘察中，鉆進(jìn)、破碎孔及井底巖石的過程中所采用的方法均可稱為鉆探方法，其能夠獲取巖層孔和巖石的破碎樣品。相關(guān)人員要根據(jù)鉆進(jìn)過程中所使用的工藝、巖芯和回鉆過程中采用的磨料，選擇不同的鉆探方法。按照工藝劃分，主要可分為正/反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、螺旋鉆進(jìn)、振動(dòng)鉆進(jìn)、沖擊鉆進(jìn)和潛水鉆進(jìn)等多種鉆進(jìn)方式。按照磨料，主要有硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)和鉆粒鉆進(jìn)等方法。結(jié)合巖土工程勘察工作中的鉆進(jìn)要求科學(xué)選擇鉆進(jìn)方式。

此外，應(yīng)以沖壓鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或回轉(zhuǎn)沖壓鉆進(jìn)方式做好機(jī)械碎巖工作。為順利獲取巖芯，可以采用提鉆取芯、反循環(huán)連續(xù)取芯或繩索取芯等方式。若采用碎石工具或磨料，則可使用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)或復(fù)合片鉆進(jìn)等多種鉆進(jìn)方式。若想獲取沖洗液，則需采用空氣鉆進(jìn)、清水鉆進(jìn)、泥漿鉆進(jìn)等多種鉆進(jìn)方式。

4 巖土工程勘察中鉆探工藝選取分析

巖土工程勘察中使用的鉆探工藝較多，而且對(duì)于不同的巖土地質(zhì)，需要結(jié)合其特點(diǎn)選擇不同的鉆探工藝，只有在了解巖土工程地質(zhì)特點(diǎn)和鉆探需求的基礎(chǔ)上，選擇針對(duì)性的鉆探工藝，方可為此鉆探數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.1 軟弱粘性土層鉆探工藝選取

軟弱粘性土鉆進(jìn)時(shí)，螺旋鉆具得以廣泛應(yīng)用，為確保鉆進(jìn)施工的效果，施工人員必須嚴(yán)格控制螺旋鉆具葉片的長(zhǎng)度。通常情況下，葉片長(zhǎng)度為1m，且鉆具的直徑不得超過鉆孔的直徑。鉆進(jìn)施工中，規(guī)定進(jìn)尺深度為1.5m～1m，但受螺旋鉆自身厚度的影響，若進(jìn)尺深度設(shè)為1m，則采樣的長(zhǎng)度多半在1m 以上。因此，需適度增加鉆桿的長(zhǎng)度。工作人員可以根據(jù)采樣的深度確定鉆桿的增長(zhǎng)，從而有效維護(hù)工程建設(shè)和施工的質(zhì)量。

另外，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)的速度，鉆進(jìn)速度多為90r/min～100r/min，保持該速度主要是因?yàn)檐浫跽承酝翆鱼@進(jìn)施工中，土層本身儲(chǔ)有一定數(shù)量的水，加大鉆進(jìn)速度的控制力度，可有效推動(dòng)鉆進(jìn)施工的有序開展。同時(shí)，技術(shù)人員也要參照巖土工程勘察的等級(jí)，科學(xué)選擇鉆探施工技術(shù)和工藝。

4.2 硬粘性土鉆探工藝選取

硬粘性土的強(qiáng)度較大，滲透系數(shù)較低，且壓縮性、流動(dòng)性和觸變性較弱。對(duì)此，在鉆探施工中，如依然采用螺旋鉆進(jìn)，在鉆探施工中可能發(fā)生鉆桿折斷或埋鉆等問題。鉆進(jìn)施工中，下層土壤發(fā)生振動(dòng)后也會(huì)對(duì)上層土產(chǎn)生較為顯著的影響，進(jìn)而降低土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的動(dòng)力形式主要有三種，分別為液動(dòng)、氣動(dòng)和氣液混合。鉆具的轉(zhuǎn)速較慢，鉆頭使用壽命較長(zhǎng)，且鉆進(jìn)效率優(yōu)勢(shì)明顯，不易發(fā)生意外事故，安全性較強(qiáng)。選取氣壓動(dòng)力鉆進(jìn)的過程中，灌輸材質(zhì)應(yīng)以高壓空氣為首選，孔徑控制在70m～200m區(qū)間范圍內(nèi)。液壓動(dòng)力鉆進(jìn)中，要循序漸進(jìn)地控制速度，且以清水作為高壓的支撐媒介，將孔徑控制在60m～120m，保證探測(cè)的深度在900m左右。

鉆進(jìn)的過程中，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，初始速度不宜過快，隨后逐漸加快鉆進(jìn)速度。在鉆頭切入到土層當(dāng)中后，便可適度加快轉(zhuǎn)速，防止由于鉆進(jìn)速度過快引起結(jié)構(gòu)阻力增大，進(jìn)而對(duì)工具的性能產(chǎn)生不利影響。若在鉆進(jìn)的過程中發(fā)生卡鉆等問題，工作人員不得莽撞地將鉆探設(shè)備直接提出，而是要先按照規(guī)范要求擰斷巖芯，嚴(yán)控鉆進(jìn)阻力。采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過程中，工作人員需要結(jié)合硬粘性土的硬度調(diào)節(jié)和控制水泵流量。以干孔鉆取的方式取巖芯，提鉆過程中必須做到謹(jǐn)慎小心，不得出現(xiàn)巖芯脫落等問題。

4.3 砂土鉆探工藝選取

砂土具有十分顯著的透水性，易受到地下水因素的影響。為此，采用螺旋鉆探工藝能夠取得更為理想的鉆探效果。該項(xiàng)技術(shù)一方面能夠協(xié)調(diào)砂土內(nèi)部的粘粒效應(yīng)，另一方面也可在深孔中根據(jù)實(shí)際更換小直徑鉆頭。若為小粒徑的粉細(xì)砂夾粘性土，則可在深鉆孔施工的后期更換小直徑螺旋鉆。與此同時(shí)，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)壓力和鉆進(jìn)時(shí)的上下浮動(dòng)，把控螺旋鉆的鉆進(jìn)速度和壓力。將泵量調(diào)整到似流狀態(tài)后，方可組織開展鉆進(jìn)施工。

在完成階段性工作內(nèi)容后，需使用泥漿將孔內(nèi)的粉細(xì)砂沉入泥漿池的底部，及時(shí)清理鉆孔。泵機(jī)暫停運(yùn)行后處于干鉆狀態(tài)時(shí)，將干鉆的深度控制在0.4m以內(nèi)，有效規(guī)避巖芯脫落問題。若為中粗砂、砂礫或地下水以下的砂土，可在施工中利用品字形硬質(zhì)合金鉆頭完成灌漿無泵低速反循環(huán)鉆探施工，選擇低速狀態(tài)保證鉆進(jìn)施工中鉆具的浮動(dòng)力度滿足施工要求。再者，堅(jiān)持結(jié)構(gòu)慢提快放，優(yōu)化孔底反循環(huán)機(jī)的使用效果。交接過程中的鉆探施工中，需及時(shí)以泥漿清理鉆孔，防止發(fā)生卡鉆問題，并處理浮動(dòng)鉆具干燒問題，防止結(jié)構(gòu)坍塌引發(fā)的廢孔問題，充分提取芯樣。

4.4 卵石層鉆探方法選取

結(jié)合松散卵石層的特點(diǎn)選用跟管鉆進(jìn)法。鉆進(jìn)施工中，規(guī)定跟管長(zhǎng)度為3m～6m，鉆具鉆進(jìn)速度為30r/min～60r/min。稍密或中密卵石層中的巖土層含水量較少且存在部分粘土?xí)r，可使用回轉(zhuǎn)跟管鉆進(jìn)方式。鉆進(jìn)速度為20r/min～40r/min。密實(shí)卵石層施工中，需根據(jù)土層特點(diǎn)，選擇合金干鉆法，鉆進(jìn)之初選擇較低的參數(shù)，隨后逐步加大參數(shù)值，且嚴(yán)格控制上下竄動(dòng)，避免鉆頭燒死的問題。

5 結(jié)束語

巖土工程鉆探施工中，要求工作人員科學(xué)考察工程的地質(zhì)環(huán)境，熟悉鉆探設(shè)備，掌握具體鉆探方法及工藝主要特征參數(shù)，在全面了解工程建設(shè)地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，選取合適的鉆探工藝，進(jìn)而為整體作業(yè)提供助力，推動(dòng)后續(xù)工程的順利開展。