關(guān)于工程物探CT 法在某灰?guī)r地層的測試前所遇到問題的探討

■馬 軍 ■上海市建工設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200050

在以往的文獻(xiàn)中對于各種CT 試驗(yàn)運(yùn)用在灰?guī)r巖溶探測中的適應(yīng)性以及解譯方法有了較為充分的敘述，但是在實(shí)際CT 試驗(yàn)前的鉆孔過程以及CT 管放入鉆孔的過程中出現(xiàn)的各種問題涉及的相對較少，尤其在深厚第四紀(jì)全新世～晚更新統(tǒng)松軟覆蓋層，這樣的地層常夾有多層不均勻松軟夾層，鉆探過程中容易垮孔、縮頸，造成卡鉆、鉆具提升困難以及埋鉆，其次是深厚覆蓋層以下的灰?guī)r的溶洞對鉆探的影響，會導(dǎo)致鉆探?jīng)_洗液的流失，使其失去對上部土層的防護(hù)作用。當(dāng)出現(xiàn)上述困難時(shí)，將會對下一步鉆孔形成后的CT 管下放的過程有嚴(yán)重影響。

本此通過對無錫某場地具體鉆探以及CT 管下放過程的小結(jié)，分析鉆探、CT 管下放過程中的不利因素以及可行的處理措施。

擬建項(xiàng)目位于無錫市濱湖區(qū)吳都路南側(cè)、立德道西側(cè)。樓高度約為195m，擬采用框筒結(jié)構(gòu)。擬建建筑物的層數(shù)、結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式、基礎(chǔ)埋深、荷載等，詳見表1。

表1 擬建建筑物性質(zhì)一覽表

場地的鉆探孔及CT 剖面布置見圖1。

圖1 鉆探孔及CT 剖面布置圖

1 場地的地質(zhì)條件

無錫市的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造為揚(yáng)子準(zhǔn)臺下?lián)P子臺褶帶東側(cè)，以皺褶為主，斷裂次之。

無錫市區(qū)地層隸屬于江南地層區(qū)，修水～錢塘江分區(qū)，蘇州～長興小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層自老至新有古生界志留系、泥盆系、石炭系、二疊系，中生界三疊系、侏羅系、白堊系以及新生界第三系和第四系。境內(nèi)第四紀(jì)沉積物覆蓋廣泛，除泥盆系出露地表并組成境內(nèi)山體外，其余地層均隱伏于第四系之下。

擬建的場地地貌屬太湖沖湖積堆積平原。地理位置在無錫市西南側(cè)，場地內(nèi)地勢較為平坦，在場地東南角有小池塘分布，水深1.0～1.5m，水面高程為2.70m。各勘探點(diǎn)高程在3.30～4.82m。鉆探深度95.0～110.0m，進(jìn)入弱風(fēng)化灰?guī)r15～20m。由于地層較多，所以只列出了對鉆探和CT 管下放有不良影響的地層，詳見表2。

表2 對鉆探和CT 管放入有影響地層

2 施工作業(yè)難點(diǎn)分析

表層的填土以粘性土為主，夾有少量碎石，厚度變化較大，其厚度為0.7～6.8m。在較厚填土鉆探過程中泥漿滲漏嚴(yán)重，土不斷塌入孔內(nèi)，地表凹陷，造成鉆機(jī)歪斜，鉆具無法放入原孔位，尤其在鉆探進(jìn)入中風(fēng)化灰?guī)r的時(shí)的鉆機(jī)歪斜，鉆孔無法垂直造成梅花孔，并且會造成鉆桿斷裂，使鉆孔報(bào)廢。

其下的軟塑、流塑黏性土及稍密～中密粉土、粉砂的土層，在鉆探過程中易縮頸及垮孔，鉆具被卡在孔內(nèi)提升困難，甚至造成鉆桿斷裂。當(dāng)鉆桿斷裂后落入孔中，需要花費(fèi)大量時(shí)間打撈鉆具，打撈不成功就造成鉆孔報(bào)廢。在鉆探過程中遇到溶洞、裂隙造成泥漿大量流失，泥漿液面迅速下降的同時(shí)，鉆孔孔壁的粉土、粉砂沒有了泥漿的保護(hù)再加上鉆桿的擾動，就會發(fā)生坍塌堵塞鉆孔，同時(shí)大量的細(xì)小顆粒落入孔底，使得鉆探困難增加，軟塑、流塑黏性土產(chǎn)生縮頸，鉆桿下放困難。上述情況使得CT 管下放困難無法下放到位，鉆孔中的基巖面上部的粉砂層在鉆桿的擾動下，產(chǎn)生了一個較大空洞，而下部的灰?guī)r鉆孔孔徑?jīng)]有變化，于是形成一個倒錐形空洞，造成CT 管無法進(jìn)入灰?guī)r內(nèi)。

本次工程的最難點(diǎn)就是灰?guī)r的鉆探?；?guī)r在沒有泥漿潤滑的狀態(tài)下，鉆頭容易損壞，巖芯管的磨損也比平時(shí)嚴(yán)重，會出現(xiàn)鉆頭與巖芯管的連接處斷裂，金屬的鉆頭掉落在孔中，其打撈困難重重使得鉆探無法進(jìn)行，時(shí)間一長致使鉆孔報(bào)廢。鉆探過程中產(chǎn)生的巖粉由于沒有泥漿的攜帶作用，大量沉積在孔底，CT 管無法放到位。

3 各土層的鉆探過程及CT 管下放鉆孔的措施

3.1 對表層的填土處理措施

表層的填土層，較薄的地方可以不用處理，較厚的地方就需要采取在鉆孔穿過后，使用套管將填土層隔離開的措施，可以減少鉆探過程的擾動。

具體在場地中的運(yùn)用，先進(jìn)行場地填土區(qū)調(diào)查必要時(shí)使用小螺紋鉆，調(diào)查清楚填土層厚度，根據(jù)填土層的厚度選擇是否使用套管。在鉆探前對鉆探場地進(jìn)行平整后，鉆機(jī)到位后使用水平尺保持鉆探面水平，開始鉆探時(shí)應(yīng)進(jìn)行干鉆，當(dāng)進(jìn)入原狀土一定深度后放入套管。

3.2 對土層的保護(hù)處理措施

其下的70m～90m 厚的土層中夾有多層軟塑、流塑黏性土及粉土粉砂，鉆探過程中保持土的原狀，防止土層的垮塌造成的鉆孔無法使用，由于場地土層較厚，使用套管保護(hù)的費(fèi)用較高，所以推薦使用泥漿護(hù)壁的方法。在鉆探過程中需要的泥漿各項(xiàng)指標(biāo)以控制在下列范圍為宜:比重1.05～1.15，泥皮厚度小于1mm，含砂量小于4%，pH 值8～9。

具體在本場地中的應(yīng)用，由于場地中有良好的造漿土層，所以一般采用自造漿進(jìn)行鉆探，但是當(dāng)遇到灰?guī)r漏漿的現(xiàn)象時(shí)往往漿液不夠時(shí)使用膨潤土+燒堿造漿灌入鉆孔內(nèi)，保持孔內(nèi)外壓力的平衡達(dá)到保持孔壁的穩(wěn)定。

3.3 對灰?guī)r的處理措施

進(jìn)入到灰?guī)r后的溶洞，采用以下三種方法:(1)鉆探用泥漿滲漏過多，無返水時(shí)，不對溶洞進(jìn)行任何隔離堵漏措施，不斷對孔內(nèi)送人清水，持續(xù)進(jìn)行鉆探。這樣節(jié)省了大量的時(shí)間，但是需要鉆孔附近要有水源進(jìn)行供給，鉆探過程中清水的攜帶巖粉的能力比較差，有部分巖粉沉淀到孔底，鉆探時(shí)應(yīng)采用正循環(huán)的工藝后，巖粉對CT 管的下放影響較小。這種方法在本場地運(yùn)用時(shí)，需要大量的水，所以一般選擇在水塘邊進(jìn)行。當(dāng)灌入清水造成嚴(yán)重塌孔時(shí)，也可以采用鉆探報(bào)廢的孔內(nèi)插入PC管，PC 管的長度大于土層的長度，進(jìn)入到鉆探孔的底部，讓其與水塘聯(lián)通，靜置一段時(shí)間后在其周邊較近處進(jìn)行鉆探;(2)單獨(dú)配置泥漿然后灌入鉆孔底部，用來堵塞及填充溶洞。泥漿主要組成為膨潤土+燒堿。此種方法在溶洞較小時(shí)，可以很快填滿溶洞，使得鉆探可以順利進(jìn)行。采用這種方法使用在漏漿一般的情況。工地開始前就需要提前準(zhǔn)備大量的材料，注意防水防潮，提前把材料放到鉆孔邊上，單獨(dú)開挖一個泥漿池，調(diào)制好泥漿后聯(lián)通鉆孔，保持孔口漿液面不低于地面，就可以防止孔壁垮塌;(3)使用水泥-水玻璃堵漏法，由于普通水泥的凝結(jié)時(shí)間較長，在現(xiàn)場試驗(yàn)中通過加入水玻璃后，使得水泥縮短了凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)也減少了水泥的損耗。具體辦法為用2%～3%的水玻璃與水泥配置的漿液通過泥漿泵直接灌入到溶洞處，鉆機(jī)可以搬離去其它鉆孔，待水泥凝固一定時(shí)間后再將鉆機(jī)搬到原孔位進(jìn)行鉆探。由于需要大量的材料以及人力，采用這種方法是在溶洞裂隙發(fā)育嚴(yán)重的地方以及采用其他方法無法翻漿時(shí)使用。采用這種方法時(shí)需要注意的是提前準(zhǔn)備大量的材料并將其堆放在離孔較近的位置以便降低勞動強(qiáng)度。水泥堆放時(shí)應(yīng)注意底部防水防潮，上部防雨的工作。當(dāng)鉆探出現(xiàn)漏漿劇烈時(shí)就需要快速大量的調(diào)制，灌注時(shí)的間隔時(shí)間應(yīng)小于其初凝時(shí)間，待灌滿溶洞后靜置24 小時(shí)后進(jìn)行下一步的鉆探。鉆探過程中再次嚴(yán)重漏漿時(shí)重復(fù)上述的步奏直至鉆探到位后將CT 管放入設(shè)計(jì)深度后。

3.4 CT 管下放時(shí)的措施

保證了鉆孔完成以后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行CT 管下放的步奏，現(xiàn)場采用底部封閉的直徑較大的注漿管，其直徑大于CT 探頭的直徑10mm 左右。在CT 管下放孔內(nèi)時(shí)，在CT 管內(nèi)注入泥漿可以減少浮力，減少勞動強(qiáng)度，提高效率。下放過程需要多人配合連續(xù)高強(qiáng)度的進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況一般需要4 人合作進(jìn)行。在進(jìn)入灰?guī)r面時(shí)候應(yīng)邊旋轉(zhuǎn)CT 管邊均勻用力下壓CT 管以便順利進(jìn)入灰?guī)r，如果多次還未能進(jìn)入灰?guī)r，CT管提出鉆孔，用鉆機(jī)重新掃孔，掃孔大約30 分鐘左右后再進(jìn)行放入工作。CT 管進(jìn)入灰?guī)r后常常不能到達(dá)鉆孔底部，這時(shí)需要鉆孔的深度要大于CT 實(shí)驗(yàn)深度1～2m，以及做好鉆探過程土層的保護(hù)工作，注意孔內(nèi)泥漿的變化并及時(shí)補(bǔ)充泥漿。

4 結(jié)論

通過無錫某場地CT 測試前的工作中所遇到的問題及解決措施得到了以下的經(jīng)驗(yàn):(1)以下措施在CT 法測試前對灰?guī)r鉆探中可對施工現(xiàn)場出現(xiàn)漏漿問題進(jìn)行有效補(bǔ)救:第一對表層厚填土使用套管隔離。第二在土層鉆探中注意泥漿的變化，在漏漿時(shí)及時(shí)補(bǔ)充，防止鉆孔垮塌。第三在灰?guī)r鉆探中遇到漏漿時(shí)可以根據(jù)漏漿的嚴(yán)重性以及周圍是否有水源以及前期鉆探的廢孔選擇使用:清水灌入法、泥漿配置補(bǔ)充法、水泥-水玻璃堵漏法等;(2)對于特殊地質(zhì)條件下的地層進(jìn)行CT管放置時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件及時(shí)采取措施保證CT 管得到位為下一步的工作做好工作;(3)通過在無錫深厚覆蓋層灰?guī)r的現(xiàn)場實(shí)際鉆探工作對各層土的物理力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)情況及溶洞的發(fā)育規(guī)律進(jìn)行的分析，可對相似地層內(nèi)的CT 試驗(yàn)的現(xiàn)場工作有較好的借鑒意義和指導(dǎo)意義。

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［4］巖土工程勘察規(guī)范GB50021 -2001(2009 年版).

［5］建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程JGJ/T87 -2012.