賴 橋

(廣東核力工程勘察院東莞分院，廣東 東莞 523000)

0 引 言

在巖土工程作業(yè)中，通過鉆探取樣，可以獲得不同巖土層的地質(zhì)樣本，在此基礎(chǔ)上，對樣本進(jìn)行針對性分析，可以得到地質(zhì)各項參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)為此地區(qū)后續(xù)工程施工、地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定處理、場地整體設(shè)計提供依據(jù)。但綜合現(xiàn)行的地質(zhì)鉆探技術(shù)應(yīng)用可知，大部分巖土工程在勘察作業(yè)施工時，均存在鉆探流程不規(guī)范、取芯率不達(dá)標(biāo)等問題，為了解決與之相關(guān)的問題，下文將開展此方面的詳細(xì)研究。

1 巖土工程勘察中地質(zhì)鉆探技術(shù)設(shè)計

1.1 勘察區(qū)工作面布置

為實(shí)現(xiàn)對勘察區(qū)域的地質(zhì)鉆探施工，并方便后續(xù)完成相應(yīng)的鉆井和鉆探取芯操作，首先結(jié)合勘察需要，對勘察區(qū)域的工作面進(jìn)行選擇和布置[1]。在對勘察探點(diǎn)進(jìn)行選擇時，首先沿著周圍擬定修建的建筑物周圍、中心以及網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等對勘察工作面進(jìn)行布置。結(jié)合巖土工程勘察的規(guī)范以及具體施工項目的實(shí)際需要、場地地層特點(diǎn)等，針對勘察對象相對較低的擬建建筑結(jié)構(gòu)適當(dāng)縮小對其進(jìn)行勘察的工作面，針對擬建建筑結(jié)構(gòu)較高的勘察區(qū)域，可適當(dāng)擴(kuò)大勘察工作面[2]。對于勘察區(qū)工作面當(dāng)中的探測點(diǎn)，采用GPS技術(shù)對其進(jìn)行定位，并結(jié)合巖土工程項目區(qū)域內(nèi)以往歷史勘察資料提供的控制點(diǎn)和高程點(diǎn)引測。同時，為了確保在后續(xù)鉆探的過程中，減少或避免對難鉆地層的鉆探施工，應(yīng)當(dāng)在工作面上首先利用鉆探測量設(shè)備對區(qū)域內(nèi)進(jìn)行各個位置上的初步勘察，并將存在難鉆地層結(jié)構(gòu)的區(qū)域設(shè)置記號，在實(shí)際鉆探時，盡可能避開標(biāo)有記號的位置，以此進(jìn)一步提高后續(xù)鉆探和巖心采取的效率。

完成對勘察區(qū)工作面的布置后，針對后續(xù)鉆探工作對其工作面上的各個鉆探設(shè)備進(jìn)行選擇。在工作面上需要運(yùn)行的設(shè)備包括鉆機(jī)、水泵、鉆塔以及動力機(jī)等。工作面上的鉆探設(shè)備設(shè)置位置是否合理會嚴(yán)重影響到后續(xù)鉆井工作能否順利進(jìn)行。在確定鉆探設(shè)備的運(yùn)行區(qū)域時，還需要根據(jù)巖土工程項目施工區(qū)域的地質(zhì)條件、地理條件、鉆探目標(biāo)等因素，對其進(jìn)行合理布置[3]。針對鉆塔的高度設(shè)置，應(yīng)當(dāng)在充分考慮鉆桿立根長度、提升工具組長度以及超高系數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆探期限、巖石物理力學(xué)性質(zhì)、鉆進(jìn)方法等多種因素，對鉆塔高度進(jìn)行確定。同時，在對其高度設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)明確鉆孔結(jié)構(gòu)越深，鉆進(jìn)的時間越長，鉆塔的布設(shè)應(yīng)當(dāng)越高。

1.2 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)工藝優(yōu)選

在完成對工程勘察面的布置后，應(yīng)對鉆孔設(shè)計前的地質(zhì)影響因素進(jìn)行分析，掌握在地質(zhì)鉆進(jìn)過程中，相關(guān)因素對作業(yè)的干擾，并以此為依據(jù)，進(jìn)行鉆孔結(jié)構(gòu)與鉆進(jìn)工藝的選擇[4]。鉆進(jìn)影響因素描述如圖1所示。

圖1 巖土鉆進(jìn)影響因素分析

上述圖1提出了多個影響巖土鉆進(jìn)工程的因素，在掌握影響巖土鉆進(jìn)的相關(guān)影響因素后，根據(jù)勘查地區(qū)的巖石物理性質(zhì)、開孔區(qū)域地層結(jié)構(gòu)、表面覆蓋層厚度、水文地質(zhì)環(huán)境等因素，進(jìn)行鉆孔結(jié)構(gòu)的分析。為了滿足常規(guī)鉆進(jìn)施工需求，本文提出一級聯(lián)合三級的鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場鉆探[5]。其中鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

按照圖2所示的內(nèi)容，進(jìn)行鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于一些地質(zhì)較為復(fù)雜的地區(qū)，可根據(jù)實(shí)際需求，進(jìn)行鉆孔直徑的調(diào)整。在完成鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇后，對鉆進(jìn)方法進(jìn)行設(shè)計。在此過程中，可根據(jù)地區(qū)早期鉆進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn)，在巖層的可鉆性等級在1.0～6.0級別時，選擇硬質(zhì)結(jié)構(gòu)的合金材料作為鉆頭，當(dāng)可鉆性等級為7.0級別時，使用金剛石鉆芯進(jìn)行鉆進(jìn)，按照此種方式進(jìn)行地質(zhì)鉆探方法的選擇，不僅可以提高鉆進(jìn)過程中的去芯率，也可以提高鉆進(jìn)施工的效率。

圖2 鉆孔結(jié)構(gòu)(單位：mm)

在完成上述相關(guān)工作后，進(jìn)行鉆探取芯要求的分析，相關(guān)要求見表1。

表1 進(jìn)行鉆探取芯要求

按照表1中內(nèi)容進(jìn)行巖土工程中不同土層的取樣，并當(dāng)嚴(yán)格按照樣本的運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行樣品對接。在運(yùn)輸?shù)臉颖景b上，使用鉛筆進(jìn)行標(biāo)注，以便于后期對樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取。標(biāo)注過程中，應(yīng)確保外包裝的清晰、完整。綜上所述，完成對鉆探取芯過程質(zhì)量的嚴(yán)格把控。

2 對比實(shí)驗(yàn)

以某高速公路項目作為依托，開展地質(zhì)鉆探，為該項目的后續(xù)勘察工作提供準(zhǔn)備。為了驗(yàn)證本文所提出的鉆探技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，在該工程項目區(qū)域內(nèi)平均劃分兩個地質(zhì)結(jié)構(gòu)基本相同的區(qū)域，其中區(qū)域Ⅰ采用本文提出的地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行施工，區(qū)域Ⅱ采用傳統(tǒng)地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行施工。該高速公路項目全線路長度約為35 km，該項目所處地理位置為某山脈西段，其路線整體呈現(xiàn)出由西向東走向，其地勢結(jié)構(gòu)從總體上來看為南低北高結(jié)構(gòu)，并且地形的起伏十分明顯。通過對該項目所在區(qū)域的歷史勘查結(jié)果分析得出，該區(qū)域主要巖性為粉質(zhì)黏土、泥巖、砂巖和礫巖。本文選擇將鉆探技術(shù)在應(yīng)用過程中的巖芯采取率作為評價指標(biāo)，巖心采取率數(shù)值越高，則說明鉆探的效率越高，越能夠?yàn)楹罄m(xù)勘察工作提供有利的勘察條件；反之，巖心采取率越低，則說明鉆探的效率越低，無法為后續(xù)勘察工作提供充足的勘察條件。巖心采取率的計算公式為：

(1)

式中:γ為巖心采取率；l為巖心長度；m為取巖芯進(jìn)尺長度。根據(jù)公式(1)計算得出兩種鉆探技術(shù)的巖心采取率，并將其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果繪制成如圖3所示。

圖3 兩種鉆探技術(shù)應(yīng)用效果對比圖

從圖3可以看出，在4個不同的鉆孔施工結(jié)構(gòu)當(dāng)中，本文提出的鉆探技術(shù)可以達(dá)到80.0%及以上的巖心采取率，而傳統(tǒng)鉆探技術(shù)只有40.0%～50.0%的巖心采取率。因此，通過上述實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的地質(zhì)鉆探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠達(dá)到更加理想的巖心采取率。將本文提出的鉆探技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的巖土工程勘察當(dāng)中,可為項目提供更加有利的勘察條件，確保后續(xù)工程施工的安全實(shí)施。

3 結(jié)束語

鉆孔是巖土工程勘察作業(yè)中的關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)。為了提高鉆孔取芯的質(zhì)量，為后續(xù)工程相關(guān)工作的實(shí)施提供進(jìn)一步的指導(dǎo),本文對鉆探技術(shù)展開了詳細(xì)的設(shè)計，并以對比實(shí)驗(yàn)作為依托，進(jìn)行本文方法與傳統(tǒng)方法鉆在探過程中巖芯采取率的對比分析，結(jié)果證明本文方法的采取率更高，證明本文法在實(shí)際應(yīng)用中具有更高的適用性與市場價值。但此次研究并不是巖土工程勘察鉆探研究的終點(diǎn)，而是相關(guān)研究的起點(diǎn)，要想在后續(xù)的勘察作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)施工成本的進(jìn)一步控制，還應(yīng)當(dāng)加大對復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)的研究，并嘗試探索一個有效的地質(zhì)層堵漏方法，避免鉆探施工過程中，受到作業(yè)設(shè)備或作業(yè)環(huán)境的局限與影響，出現(xiàn)鉆探不符合標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的現(xiàn)象發(fā)生。