中鐵青島世界博覽城項目巖土工程勘察鉆探實踐

李先經(jīng)

(1.青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島 266100； 2.青島地質(zhì)勘查開發(fā)局， 山東 青島 266071)

1 工程概況

青島世界博覽城，以3000畝超級體量，建設(shè)會議、展覽為核心，涵蓋文化、旅游、休閑、娛樂、商務(wù)居住等多功能的國際濱海博覽城。受青島世博城國際會議展覽有限公司委托，我院承擔(dān)了中鐵青島世界博覽城項目巖土勘察工作，位于青島膠南靈山灣沿海地段，明富大道以南，三沙路以東，濱海大道西北區(qū)域。擬建建筑物包括1幢5～11層酒店、1幢4～7層宴會廳、1幢4層共享大廳、1幢1層精品館、1幢9層停車樓和1幢1～2層地下車庫，酒店結(jié)構(gòu)類型擬采用框剪結(jié)構(gòu)，宴會廳、停車樓及地下車庫結(jié)構(gòu)形式擬采用框架結(jié)構(gòu)，共享大廳為鋼框架結(jié)構(gòu)，精品館為鋼結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用樁基礎(chǔ)。

2 工程地質(zhì)情況

擬建場區(qū)地貌單元為青草河侵蝕堆積一級階地。場地地勢起伏較小，孔口地面標(biāo)高4.26～7.22 m，最大高差2.96 m。

2.1 巖土層及其工程特性

擬建場地地層結(jié)構(gòu)較簡單，層序較清晰，上覆第四系由全新統(tǒng)人工填土層和全新統(tǒng)洪沖積層組成，下伏基巖為燕山晚期石英二長巖，石英二長巖體中煌斑巖和花崗斑巖巖脈穿插分布。

根據(jù)地層巖土性質(zhì)、成因、時代及工程特性不同，自上而下可劃分如下：

第①層：素填土。黃褐色，稍濕，松散，主要以粘性土、風(fēng)化砂為主，含較多植物根系，偶見塑料薄膜，局部含較多碎石塊、水泥塊。該場地原為種植用地，后因施工需要經(jīng)過回填整平等人工改造形成現(xiàn)狀，回填時間<6個月。該層在場地范圍內(nèi)分布廣泛，厚度0.30～2.60 m。

第⑤層：粉、細(xì)砂。黃褐色、灰褐—灰黑色，飽和，稍密—中密，礦物成分以石英、長石為主，級配較差，分選性一般，磨圓度中等，粘性土含量5%～20%，局部相變?yōu)榉弁?，無腥臭味，未見貝殼碎片，因頂部與原耕土層接觸，含較多腐殖質(zhì)。該層廣泛分布于整個場區(qū)，揭露厚度0.80～4.60 m，平均厚度2.52 m。

第⑦層：粉質(zhì)粘土。黃褐色、灰綠色，可塑—硬塑，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，切面稍光滑，干強(qiáng)度與韌性中等，見鐵錳氧化物及結(jié)核，見高嶺土條帶，含粗砂約10%～25%，局部含砂量較高，夾有粗砂薄層。

第⑦1層：中砂。呈透鏡體狀分布于第⑦層粉質(zhì)粘土中，僅于19、50、116、117、142、149、150號鉆孔揭露并揭穿。揭露厚度1.20～3.10 m，平均厚度1.73 m。黃褐色，飽和，中密，礦物成分以長石、石英為主，磨圓度一般，粒徑較均勻，顆粒級配較差，粘性土含量約15%，局部含粉質(zhì)粘土夾層，偶見碎石。

第⑨層：粗、礫砂。褐黃色，飽和，中密，礦物成分以長石、石英為主，磨圓差，顆粒級配中等，含約15%～25%粘性土，局部粘性土含量高，呈粘性土膠結(jié)狀，局部夾有粉質(zhì)粘土薄層或角礫。

2.2 地下水情況

擬建場地地下水主要以第四系孔隙潛水及承壓水為主。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

擬建場區(qū)位于華北板塊、秦嶺-大別-蘇魯造山帶交匯處，膠南-威海隆起區(qū)，膠南隆起與膠萊盆地東部交界處。在板塊碰撞后期地質(zhì)作用的影響下，區(qū)域地質(zhì)體沿北東向斷裂左平移，使區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡的主體格架多呈北東向展布，形成NE向為主的壓扭性斷裂構(gòu)造。其后，酸性—中基性巖漿沿巖基內(nèi)薄弱面入侵，形成煌斑巖、細(xì)晶巖和輝綠巖等淺成相巖脈，與花崗巖巖基組成復(fù)合巖體，形成充填型構(gòu)造。

3 鉆探遇到的主要問題及原因分析

3.1 鉆探設(shè)備及器具

采用XY-150型工程鉆機(jī)26臺，DPP-100型汽車鉆2部，及工程物探設(shè)備3套，LMC-D310雙橋靜探儀1套，鉆孔深度一般15～55 m不等，開孔口徑130 mm，第四系地層孔徑一般不小于91 mm，基巖金剛石鉆進(jìn)孔徑76 mm。

3.2 鉆探遇到的主要問題

場區(qū)內(nèi)存在較厚的砂層，地層巖脈裂隙極其發(fā)育，局部地層強(qiáng)風(fēng)化巖層厚鉆孔深度達(dá)50 m左右，而巖脈發(fā)育地段，2 m以下則鉆遇堅硬致密的巖石，可鉆性極差，采用金剛石鉆頭或復(fù)合片鉆頭鉆探進(jìn)尺十分緩慢，穿過巖脈又遇到松軟的強(qiáng)風(fēng)化巖層，場區(qū)內(nèi)地層十分復(fù)雜，相鄰鉆孔地層變化較大，因此在鉆探過程中部分鉆孔鉆探泥漿漏失非常嚴(yán)重，泥漿迅速漏失，而部分鉆孔則發(fā)生了埋鉆、卡鉆等問題，鉆探進(jìn)尺效率很低。

3.2.1 漏漿問題及原因分析

196、493、496、585號等勘探孔發(fā)生漏漿現(xiàn)象。原因分析：上部地層素填土較松散，砂層較厚，下部基巖巖脈裂隙極其發(fā)育、巖體極其破碎，是泥漿漏失的主要原因。

3.2.2 卡鉆問題及原因

229、475、643號等勘探孔，先后發(fā)生卡鉆事故。原因分析：因場區(qū)內(nèi)巖脈十分發(fā)育，局部巖層極破碎，巖塊堅硬致密，鉆進(jìn)過程中時有掉塊現(xiàn)象發(fā)生，極易造成卡鉆事故，且鉆頭壽命縮短，鉆進(jìn)效率低，成本高。

3.2.3 坍塌、埋鉆問題及原因分析

97號鉆孔，孔深30 m，196號鉆孔，孔深36.7 m，均發(fā)生埋鉆事故。原因分析：首先在場區(qū)內(nèi)廣泛分布素填土及粉細(xì)砂層(厚達(dá)4.6 m)，中、粗、礫砂層(厚達(dá)3.1 m)，巖層裂隙較發(fā)育、破碎等地層原因，其次因泥漿性能指標(biāo)又不符合護(hù)壁要求，泥漿漏失嚴(yán)重，巖粉不能及時排除而造成埋鉆事故。

地層復(fù)雜情況，現(xiàn)場取出的巖心如圖1所示。

圖1 施工現(xiàn)場取出的巖心

4 采取的主要技術(shù)措施

4.1 漏漿的處理

(1)為避免漏漿及埋鉆事故，在正常鉆進(jìn)過程中，首先必須密切注意泥漿指標(biāo)和控制鉆進(jìn)速度，及時測定泥漿性能指標(biāo)。泥漿相對密度1.15～1.3 g/cm3；粘度19～22 s；膠體率>96%；靜切力1 min:20～28 mg/cm2；10 min:50～70 mg/cm2(用靜切力計檢驗)；泥漿含砂率<4%。

在砂層鉆進(jìn)不宜進(jìn)尺太快，勤撈鉆渣，補充優(yōu)質(zhì)泥漿，提高泥漿懸浮攜砂能力，加長泥漿循環(huán)路徑，增設(shè)泥漿沉淀池。停鉆后，泥漿需循環(huán)一段時間再將鉆具提起。嚴(yán)格要求鉆具的密封性能，保證沖洗液全部送到孔底。

(2)對于漏漿特別嚴(yán)重、巖層破碎的鉆孔，采用向孔內(nèi)注純水泥漿(水灰比0.5，密度1.8 g/cm3)待水泥凝固后加固孔壁，再采用輕壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

(3)針對地層破碎坍塌較嚴(yán)重的地層，用優(yōu)質(zhì)粘土摻雜麥草搓成粘土球，投擲入鉆孔內(nèi)，然后進(jìn)行掃孔，使泥皮糊在孔壁上，起到一定的護(hù)壁效果。

4.2 坍塌、埋鉆事故的處理

(1)采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，及時測量泥漿性能指標(biāo)，泥漿密度1.20 g/cm3；粘度22 s；失水量<30 mL/30 min(用失水量儀檢驗)，泥漿循環(huán)過程中在鉆孔孔壁形成一層致密的泥皮穩(wěn)定孔壁，可有效地抑制孔壁的坍塌掉塊，而且能及時把孔內(nèi)的巖粉攜帶出孔外，保持孔內(nèi)干凈。

(2)采用注漿法處理，孔壁坍塌嚴(yán)重的則向孔內(nèi)注入純水泥漿(水灰比0.5)，水泥固結(jié)加固孔壁取得了較好的護(hù)壁效果。

(3)變形坍塌掉塊極嚴(yán)重的鉆孔采用跟管鉆進(jìn)法，加長技術(shù)套管至穩(wěn)定地層。

(4)優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)，可適當(dāng)增加鉆壓，提高鉆進(jìn)速度，及時撈渣。

4.3 卡鉆的處理

發(fā)生卡鉆后，泥漿循環(huán)正常的情況下繼續(xù)沖孔，若發(fā)現(xiàn)坍塌應(yīng)立即停止提鉆，切勿強(qiáng)拉硬拔。鉆進(jìn)過程因泥漿性能不好懸浮能力差造成巖屑、礫石下沉，操作不當(dāng)則造成卡鉆。預(yù)防措施如下。

(1)操作人員必須時刻注意泵壓變化及泥漿循環(huán)情況，控制鉆進(jìn)速度。

(2)由于地層破碎有掉塊現(xiàn)象發(fā)生卡鉆，在鉆進(jìn)中會突然發(fā)生憋泵，上提遇阻、泵壓上升，應(yīng)適度增大泥漿密度，提鉆時灌好鉆井液(泥漿)，保證孔內(nèi)液柱高度，避免孔壁坍塌。

(3)金剛石鉆進(jìn)破碎地層進(jìn)尺緩慢時，可改用復(fù)合片鉆頭，適當(dāng)優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)，可防止卡鉆現(xiàn)象發(fā)生。

(4)對孔壁坍塌、掉塊嚴(yán)重地段，結(jié)合水泥漿固井，下套管，投粘土球等方法進(jìn)行處理。

5 鉆探成果

該項目合同工期緊，由于工程量較大，且地層巖脈、裂隙發(fā)育，地層情況比較復(fù)雜，勘察鉆探難度較大。合同簽訂后，我單位即組織DPP-100型車載鉆機(jī)(共計15臺)投入勘察鉆探施工，因施工正值高考期間，晚上22：00至早6：00不能施工，只能白天施工，而且施工中又頻繁出現(xiàn)漏漿、塌孔、埋鉆等問題，前期施工進(jìn)度十分緩慢，鉆探效率很低，30 m的鉆孔遇到復(fù)雜地層一天難以完成，每天累計完成鉆探工作量不足600 m，單機(jī)效率僅達(dá)20 m/臺天。為確保工期，后來現(xiàn)場又增加18臺鉆機(jī)同時施工，針對地層復(fù)雜鉆孔過程中發(fā)生的問題，采取了上述行之有效的處理措施，取得了非常明顯的技術(shù)效果，單機(jī)效率高達(dá)90 m/臺天，一臺鉆機(jī)一天可完成2～3個鉆孔，外業(yè)工作時間累計用時56 d，圓滿按合同工期要求完成了勘察鉆探任務(wù)，實際完成勘探孔800多個，鉆探進(jìn)尺27741 m，得到了業(yè)主的高度好評。

6 結(jié)語

(1)針對青島世界博覽城項目詳細(xì)勘察鉆探過程中出現(xiàn)的漏漿、埋鉆、卡鉆等異?，F(xiàn)象，結(jié)合鉆探現(xiàn)場實際，分析原因并采取了相應(yīng)的處理措施，提高了鉆探效率，降低了成本，減少了孔內(nèi)事故發(fā)生，從而提高了巖土勘察質(zhì)量，保證了工期，取得了較好經(jīng)濟(jì)和社會效益。

(2)野外鉆探過程遇到復(fù)雜地層發(fā)生異?，F(xiàn)象，可結(jié)合物探方法綜合判定地層條件，進(jìn)一步提高勘察成果的準(zhǔn)確性，為基坑開挖支護(hù)設(shè)計和巖土利用、整治和改造方案分析與建議提供準(zhǔn)確的巖土參數(shù)。

(3)本文總結(jié)的復(fù)雜地層巖土工程勘察鉆探問題處理方法，對于在同類地層中勘探作業(yè)具有借鑒和參考作用。

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