防滲墻原狀芯樣鉆取研究

鄭 勇，謝為江，高江林

(1.江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；2.江西省水工安全工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330029；3.克孜勒蘇柯爾克孜自治州水利局，新疆 克州 845350)

防滲墻是水利工程中的主體工程，其工程質(zhì)量至關(guān)重要。由于防滲墻屬隱蔽工程，易發(fā)生接縫、開叉、斷墻、蜂窩、離析、夾泥等質(zhì)量問題，且質(zhì)量問題往往集中于底部，檢測難度較大。準(zhǔn)確檢測防滲墻的工程質(zhì)量，一直是水利工程質(zhì)量檢測工作中的難點和關(guān)鍵問題。

在防滲墻檢測技術(shù)中，鉆孔取芯是最直觀、最可靠的方法，但由于防滲墻墻體強度不均勻，采芯率低，特別是在檢測高噴、深攪及塑性混凝土墻時，采芯率常低于50%，對于檢測關(guān)注重點墻體薄弱部位甚至取不到芯樣，難于對墻體質(zhì)量進行準(zhǔn)確評價。本文通過對沖洗液配制、鉆具改造、鉆進工藝改進3項關(guān)鍵技術(shù)進行研究，可采取完整的防滲墻原狀芯樣，以實現(xiàn)對防滲墻質(zhì)量直觀、準(zhǔn)確地評價。

1 沖洗液的配置研究

常規(guī)檢測一般采用清水作為沖洗液，為滿足松散破碎地層孔壁穩(wěn)定需要，配置了植物膠類無固相沖洗液，配置的原材料、配合比及流程如下。

1.1 原材料

水、羧甲基纖維素鈉(CMC)、燒堿、JXSK型樹酯。其中，羧甲基纖維素鈉和燒堿作為漿液穩(wěn)定劑，JXSK型樹酯為從香粉樹上提取的物質(zhì)，溶于水后形成一種高黏度的潤滑液。

1.2 配合比

水(100)：羧甲基纖維素鈉(0.2)：燒堿(0.2)：JXSK型樹酯(2)。

1.3 配制流程

在高速攪拌桶內(nèi)加入100kg潔凈水，然后加0.2kg羧甲基纖維素鈉，啟動電機進行攪拌，充分溶解后再加入0.2kg燒堿，不停攪拌，充分溶解后摻入2kg粉末狀樹酯，摻入樹酯時應(yīng)緩緩地加入，盡量讓樹酯粉末分散下落，避免結(jié)塊。攪拌均勻后(約5min左右)倒入泥漿池。然后再配制第2桶漿液，如此重復(fù)，直到滿足該鉆孔的預(yù)算沖洗液總量。也可根據(jù)現(xiàn)場溫度及原材料性狀做適當(dāng)優(yōu)化，原則：以不結(jié)塊、高效、均勻為準(zhǔn)。

與清水作為沖洗液相比，按此方法配置出的沖洗液具有以下特點：①潤滑性(油性)更強，可減少鉆具內(nèi)壁與芯樣的摩擦和磨損；②黏度更高，確保芯樣不會散架；③較高密度，確保鉆具不會抖動太大而破壞芯樣。

2 鉆具制作研究

單動雙管鉆具是一種外管轉(zhuǎn)動，內(nèi)管不轉(zhuǎn)動的雙層巖芯管鉆具，可避免因鉆具轉(zhuǎn)動造成對巖芯的機械破壞，從而改善巖芯的采取率和完整度。但由于單動雙管鉆具的半合管為整體管，無卡扣和卡箍，易發(fā)生半合管脹開和芯樣滑落，為克服這些缺點，研究了在單動雙管鉆具上安裝新型半合管內(nèi)管。新型鉆具制作流程如下。

(1)以國家地質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外徑為89mm的單動雙管鉆具為基礎(chǔ)進行改造。

(2)卸去原有的內(nèi)管，換成徑向彈性的半合管作為內(nèi)管。此內(nèi)管可隨著芯樣外徑大小調(diào)整內(nèi)管直徑大小，既不會壓碎芯樣，也不會因間隙太大造成芯樣滑落。

(3)卸去原有的地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)鉆頭(鉆頭外徑91mm)，換成鉆頭外徑為94～95mm的非標(biāo)鉆頭。

徑向彈性的半合管的制作方法：購置一根國家地質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的半合管(77mm×3.5mm)，其長度可根據(jù)單動雙管鉆具的規(guī)格作相應(yīng)取舍。在此基礎(chǔ)上，加設(shè)斜縫和連接扣，如圖1所示。

先在標(biāo)準(zhǔn)管外側(cè)每隔20cm左右設(shè)置環(huán)形凹槽，凹槽深度約0.8mm，寬度約50mm。凹槽內(nèi)設(shè)斜縫，斜縫縫寬約1mm，每條縫長約50mm。

連接扣選用具有良好彈性的鋼材，厚度約0.8mm，寬度約10mm，長度與上述斜縫間距配套。

圖1 半合管結(jié)構(gòu)示意圖

3 鉆進工藝研究

常規(guī)檢測中，鉆孔取芯的操作流程按照SL 291—2003《水利水電工程鉆探規(guī)程》執(zhí)行，沒有布設(shè)沉渣池和循環(huán)溝，沒有明確下鉆、鉆進和起鉆工藝和參數(shù)。經(jīng)過大量工程檢測實踐，對鉆進工藝進行了以下改進或優(yōu)化。

3.1 沉渣池和循環(huán)溝

沉渣池布設(shè)在孔口附近，尺寸2.0m×1.0m×0.6m(長×寬×深)為宜，隔渣板設(shè)在沉渣池長寬中間，留直徑8～10cm的缺口或連通孔1個。

循環(huán)溝布設(shè)在孔口與沉渣池之間，循環(huán)溝總長大于等于3m，以“順藤結(jié)瓜”設(shè)置，以減少渣量。該布設(shè)主要是為了確保返回孔內(nèi)的漿液中不含砂粒，也不含過量的粉粒，從而確保雙管鉆具的單動性。因為砂?；蚍哿５却诸w粒一旦進入鉆具的內(nèi)外管之間，容易堵塞并卡住，引起內(nèi)管跟隨外管一起轉(zhuǎn)動，即鉆具失去單動性。鉆具在工作時一旦失去單動性，也就使內(nèi)管失去了護芯的作用，松散地層的芯樣將立即崩解，碎屑隨沖洗液返出，無法完整取出芯樣。開鉆前檢查沉渣池，循環(huán)溝清洗干凈。

3.2 下鉆

下鉆時需做到“小心輕放”，防止粗顆粒物質(zhì)進入內(nèi)外管之間的間隙。預(yù)估孔底深度位置，每次下置鉆頭深度控制在距孔底5cm左右，然后再啟泵送液。若鉆頭已碰觸孔底，則需在開鉆前上提5cm左右，再啟泵送液，待孔口穩(wěn)定溢流至少1min后方可鉆進。

3.3 鉆進

按照高鉆速、低鉆壓、低泵量的原則進行鉆進操作，高鉆速(12r/s左右)可提高鉆進的效率，低鉆壓(6kN左右)可使芯樣完整，低泵量可使芯樣不被沖壞。正常鉆進不應(yīng)使鉆具提起，以防鉆具卡斷芯樣或使卡簧無法歸位造成芯樣堵死內(nèi)管。

3.4 起鉆

起鉆前，為防止芯樣掉入鉆孔底部，應(yīng)停泵讓鉆具再干鉆2～5cm。起鉆中，為防止塌孔，應(yīng)注意將循環(huán)液向孔內(nèi)注入。不同情況的鉆孔取芯效果如圖2所示。

圖2 改進后的鉆孔取芯情況

4 結(jié)論

通過采用獨特的鉆孔沖洗液代替清水，特制新型半合管以及特殊的鉆探工藝改進，顯著提高鉆取防滲墻全孔原狀芯樣的成功率，可直觀、準(zhǔn)確地對防滲墻質(zhì)量進行評價，與常規(guī)檢測方法相比，具有精準(zhǔn)可靠、簡單實用、高效廉價、應(yīng)用廣泛等特點。