半合管式雙管取芯工藝在防滲墻基巖鑒定中的應(yīng)用

白曉光

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半合管式雙管取芯工藝在防滲墻基巖鑒定中的應(yīng)用

白曉光

摘要新疆五一水庫(kù)防滲墻工程具有獨(dú)特的地質(zhì)特性，基巖鑒定難度大。通過(guò)3種取芯工藝的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，選取半合管式單動(dòng)雙管取芯鉆具、配合泥漿鉆進(jìn)工藝，解決了遇水易軟化西域礫巖層的取芯技術(shù)難題，平均采取率達(dá)76%。

關(guān)鍵詞西域礫巖取芯技術(shù)防滲墻基巖鑒定

新疆迪那河五一水庫(kù)樞紐工程是迪那河干流控制性工程，屬中型Ⅲ等工程，具有供水、灌溉、防洪兼顧發(fā)電等綜合效益。攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，最大壩高102.5 m，總庫(kù)容0.995億m3。

樞紐工程由瀝青混凝土心墻壩、左岸泄水建筑物及發(fā)電引水洞組成。壩址區(qū)河谷兩岸階地發(fā)育，左岸有一古河槽，巖性為松散砂卵礫石層，屬?gòu)?qiáng)透水層，是庫(kù)區(qū)滲漏的主要通道。設(shè)計(jì)采用混凝土防滲墻截滲，防滲墻軸線長(zhǎng)375.75 m，設(shè)計(jì)墻厚0.8 m，最大墻深36.5 m，嵌入基巖0.5～1 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

古河槽段覆蓋層為第四系上更新統(tǒng)沖積階地砂卵礫石層，下伏第四系下更新統(tǒng)西域礫巖。西域礫石層呈粗粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，泥砂質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)或半膠結(jié)，巖體較完整，但遇水易軟化。該層做為防滲墻嵌巖層，因其獨(dú)特的地質(zhì)特性，采用常規(guī)方法和單管取芯方法無(wú)法取出巖芯，難以鑒定基巖面。需選擇一種適宜的取芯技術(shù)，能比較完整地取出礫巖芯樣，為防滲墻施工提供可靠的實(shí)物資料，以達(dá)到準(zhǔn)確鑒定基巖面的目的。

1　鉆孔取芯工藝比選

1.1鉆孔取芯工藝與應(yīng)用現(xiàn)狀

鉆孔取芯工藝主要有單管取芯、雙管取芯和三管取芯工藝，國(guó)內(nèi)多采用單管或雙管取芯工藝，國(guó)外則比較普遍使用三管取芯工藝。國(guó)內(nèi)在極特殊情況下，如特殊地質(zhì)條件、取芯率要求極高，可采用進(jìn)口的三管鉆具取芯。

1.2鉆孔取芯工藝比選

防滲墻施工初期，以不同沖洗液（清水、泥漿）和多種鉆孔取芯工藝，進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)。結(jié)果表明，單管取芯工藝無(wú)法取出巖芯，不適宜西域礫巖地層；三管取芯工藝雖然技術(shù)可行，但受鉆具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制，與需要采用的泥漿沖洗液不相適應(yīng)，且芯樣直徑偏小，不利于本工程特殊巖性的取芯鑒定；采用單動(dòng)雙管取芯工藝，可提高取芯率，操作得當(dāng)，可保證巖芯連續(xù)完整。

從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，以上3種取芯工藝方法，只有單動(dòng)雙管取芯工藝適宜本工程西域礫巖地層取芯，為此，做為首選工藝。同時(shí)，根據(jù)本工程實(shí)際和西域礫巖特性，為進(jìn)一步保持巖芯連續(xù)、完整、原狀，直觀準(zhǔn)確做出判定，對(duì)雙管鉆具設(shè)計(jì)改造成半合管式單動(dòng)雙管鉆具，沖洗液優(yōu)選添加植物膠和纖維素的膨潤(rùn)土漿液。

2　半合管式單動(dòng)雙管鉆具特點(diǎn)和取芯原理

2.1半合管式單動(dòng)雙管鉆具特點(diǎn)

半合管式單動(dòng)雙管鉆具同軸度好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；半合管是高合金材料熱加工成型，能適應(yīng)各種復(fù)雜地層取芯，巖芯采取率高。

2.2半合管式單動(dòng)雙管取芯原理

半合管式單動(dòng)雙管取芯：在鉆進(jìn)過(guò)程中，沖洗液沿鉆桿內(nèi)、經(jīng)鉆具內(nèi)外管環(huán)狀間隙返出孔口，不會(huì)沖刷到進(jìn)入內(nèi)管的巖芯，同時(shí)實(shí)現(xiàn)單動(dòng)（外管轉(zhuǎn)動(dòng)、內(nèi)管相對(duì)不動(dòng)）減少對(duì)巖芯的擾動(dòng)；內(nèi)管裝滿芯樣后，取出內(nèi)管可將其分成2個(gè)半管，巖樣基本呈原狀，基本保持連續(xù)完整。

3　墻下鉆孔取芯施工

3.1鉆孔取芯與鑒定方案

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)識(shí)的覆蓋層與基巖面分界線，當(dāng)防滲墻造孔至預(yù)計(jì)基巖面以上1.5 m左右深度時(shí)，停止造孔成槽施工，清孔后盡快下設(shè)鐵質(zhì)外套管并進(jìn)行管底和孔口固定。外套管固定后，進(jìn)行鉆孔取芯施工，取出的巖樣經(jīng)設(shè)計(jì)地質(zhì)工程師和業(yè)主、監(jiān)理、施工單位各方代表共同鑒定，并對(duì)巖樣進(jìn)行編錄、拍照后妥善保存。

3.2鉆孔取芯施工

3.2.1鉆孔取芯設(shè)備與鉆進(jìn)參數(shù)

選用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，半合管式單動(dòng)雙管取芯鉆具正循環(huán)鉆進(jìn)，沖洗液利用BW250泥漿泵輸送。鉆進(jìn)參數(shù)如下：鉆進(jìn)壓力：8～10 kN，鉆機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)：270 r/min；沖洗液量：15～20 L/min。

3.2.2沖洗液及其使用

3.2.2.1沖洗液配比

施工初期，利用清水和普通泥漿作為鉆進(jìn)沖洗液，取芯都沒(méi)有成功。后經(jīng)多次配比調(diào)整并試驗(yàn)，選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿，添加植物膠和纖維素增黏材料，按一定比例制成新型沖洗液，達(dá)到了取芯效果。

本項(xiàng)目鉆進(jìn)沖洗液經(jīng)驗(yàn)配比見(jiàn)表1。

表1　鉆孔沖洗液經(jīng)驗(yàn)配比

SM植物膠性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2　SM植物膠性能指標(biāo)

鈉基膨潤(rùn)土性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

3.2.2.2沖洗液配制與使用

先將膨潤(rùn)土按比例制成漿液，攪拌均勻，再加其它材料制成漿液。沖洗液在膨化過(guò)程中經(jīng)常攪動(dòng)且溫度不宜過(guò)低，一般需要膨化24 h以上，以達(dá)到更好的使用效果。鉆孔過(guò)程中，沖洗液循環(huán)用過(guò)一段時(shí)間后，若黏度下降明顯，應(yīng)及時(shí)更換達(dá)到膨化要求的新制的沖洗液，否則會(huì)影響取芯效果。

3.2.3沖洗液、鉆進(jìn)參數(shù)與地層適應(yīng)性控制

初步地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，防滲墻下基巖面起伏不平，大致呈V形，地層巖性在軸線長(zhǎng)度范圍內(nèi)存在一定差異。取芯施工中，即使沖洗液配比相同、鉆進(jìn)參數(shù)相同，取芯率也會(huì)有所差異；表明鉆孔取芯質(zhì)量與沖洗液性能（主要是黏度、失水量）和鉆進(jìn)速度有直接關(guān)系，應(yīng)做到泥漿性能和鉆進(jìn)參數(shù)與地層相適應(yīng)。對(duì)于基巖比較松軟的部位，采取適當(dāng)提高SM植物膠摻量，增大泥漿黏度，減少對(duì)基巖軟化的影響，有效改善取芯效果。鉆進(jìn)參數(shù)等應(yīng)做如下控制：

（1）控制合理的起下鉆速度，操作升降鉆具要平穩(wěn)，盡量減小慣性作用，防止孔內(nèi)鉆具抽吸漿液，回灌漿液時(shí)避免沖刷孔壁。

（2）鉆進(jìn)時(shí)隨時(shí)調(diào)整泥漿性能，盡可能保持孔底清潔，避免鉆頭或鉆具上部 “泥包”。由于鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)巖粉較多，應(yīng)避免提鉆前長(zhǎng)時(shí)間沖孔，以防止巖芯被沖洗液沖壞。

（3）當(dāng)發(fā)現(xiàn)漿液中含巖粉量較高時(shí)，應(yīng)予更換新鮮沖洗液，以保證沖洗液使用效果。

4　鉆孔取芯成果

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目共對(duì)16個(gè)槽段進(jìn)行了鉆孔取芯。所有取芯孔共27個(gè)取芯回次，最高采取率98%，最低采取率22%；累計(jì)鉆孔進(jìn)尺34.47 m，巖芯總長(zhǎng)度26.2 m，平均采取率達(dá)到76%。

部分槽段巖芯采取率相對(duì)偏低，主要是地質(zhì)條件存在差異所致，但采取的巖芯均滿足了對(duì)基巖鑒定的基本條件。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多種取芯方法研究探索，選取半合管式單動(dòng)雙管取芯鉆具、配合泥漿鉆進(jìn)工藝，成功解決了遇水易軟化西域礫巖層的取芯技術(shù)難題，為防滲墻施工提供了可靠實(shí)物資料，達(dá)到了準(zhǔn)確鑒定基巖面的目的，該取芯方法可在類似工程基巖鑒定中推廣應(yīng)用。

中圖分類號(hào)TV698

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1007-6980（2016）01-0029-02

作者簡(jiǎn)介

白曉光男高級(jí)工程師中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司天津武清301700

收稿日期（2015-11-11）