工程勘察中沖擊鉆進方式對土物理力學指標的影響分析

方蔚成

（廈門華巖勘測設計有限公司， 福建 廈門 361004）

0 引言

在工程勘察過程當中沖擊鉆進是一種應用較為廣泛的鉆進方式之一。其能夠很好的適應地層結(jié)構(gòu)，并且鉆探、鉆進效率較高，技術操作性要求不強。尤其在一些巖土工程勘察當中，沖擊鉆勁方式常用于對地下水位較深、鉆孔深度較淺的黏土層、粉土層、砂石層地質(zhì)，具有很好的鉆進效果。但在實際的但在實際的過程中，沖擊鉆進通常會由于鉆頭對土層沖擊作用過大，保質(zhì)孔底下一定范圍的土層遭到了壓密影響，所提取出的原狀土樣整體發(fā)生了變動，極為不利于工程勘察的準確性和科學分析[1]。

1 場地及試驗情況

1.1 場地位置及地層情況

本工程的勘察實際位置位于福建省，地處華南，屬于平原的中部，勘察工程場地地層的分布較為均勻，并且起伏幅度較小，能夠為試驗情況提供準確的數(shù)據(jù)指標，實現(xiàn)對比的真實性與準確性。

1.2 試驗概況

在工程勘察的現(xiàn)場，本項目分別采用了沖擊鉆進、回復回轉(zhuǎn)鉆勁和利用人工進行挖井開挖等多個方式進行了圓狀提樣的提取。光試驗共進行了原狀土樣采取勘察點共為25 個，原狀土樣的提取共為150 件，其中人工開挖的探井取土孔共五個，原狀土樣采取共為20 件。針對采樣點進行了不同位置的間隔布置，主要目的在于避免地層局部的差異性為實驗結(jié)果帶來影響?；剞D(zhuǎn)鉆進取樣孔采用的方式為貫入式厚壁取土，采用連續(xù)靜壓的方式進行原狀土樣的提取。而沖擊鉆勁取樣孔采用貫入式后壁取土器、重錘少擊法進行原狀土樣的獲取，在原狀土樣提取后直接送往土木實驗室進行實驗。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 按實驗深度分析

工程勘察當中對于原狀，對于原狀土樣的試驗，首先考慮的是綜合試驗指標，綜合試驗主標分別統(tǒng)計不同土層的質(zhì)量密度、天然孔隙比、壓縮模量的平均值，并且還需要按照深度來進行曲線圖的繪制，通過這些方式來進行土層中不同鉆進方式對原狀土樣物理力學指標影響的比較和分析。本次試驗當中所選用的原狀土樣進行了粉質(zhì)粘土層、粉土層的質(zhì)量密度、天然孔隙比、天然孔隙比、壓縮模量對比，通過試驗發(fā)現(xiàn)，在同一土層下，不同鉆井方式對于原狀土樣的井方式對于原狀土樣影響也存在很大的差異。例如，只考慮粉黏土層、粉土層，其整體的質(zhì)量密度有所增大。如果僅如果從沖擊鉆進方式與回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進方式的對比效果來看，沖擊鉆進方式要比回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進方式所采取的原狀土樣質(zhì)量密度變化較大。也就是說，沖擊鉆進方式對原狀土樣的質(zhì)量壓力作用影響更大，而且根據(jù)實際的變化判斷，沖擊鉆進和回轉(zhuǎn)鉆進這兩種鉆進方式質(zhì)量密度的差異會隨著地層深度的增加而不斷的增大。

另外，如果只考慮粉質(zhì)黏土層、粉土層原狀土樣的基準，在天然孔隙比當中明確表現(xiàn)出了沖擊鉆進和回轉(zhuǎn)鉆進方式所提取的原狀土樣天然孔隙比都會有所降低。而對沖擊鉆勁和回轉(zhuǎn)鉆勁方式的單獨對比下，發(fā)現(xiàn)沖擊鉆件方式所采取的原狀各土層土樣天然孔隙比要遠遠小于回轉(zhuǎn)鉆勁方式所采取的原狀土樣質(zhì)量密度，這也證明了沖擊鉆勁方式對于原狀土樣的壓密作用更大，而且沖擊鉆機方式和回轉(zhuǎn)鉆進方式的天然孔隙比差異會隨著地層深度的變化而發(fā)生較大的變動。

在壓縮模量的對比過程當中，保持粉質(zhì)黏土層和粉土層基準為基本前提下，沖擊鉆勁和回轉(zhuǎn)鉆勁方式所采取的原狀土樣壓縮模量，相比人工鉆進方式所采取的原狀土樣在整體壓縮模量方面發(fā)生了很大的變化。在粉質(zhì)粘土層的原狀土樣試驗當中，發(fā)生影響擾動的土樣壓縮模量提高，提高的程度相比之下，沖擊鉆勁方式要大于回轉(zhuǎn)鉆進方式，也就是說沖擊鉆勁方式對原狀土樣壓縮模量的擾動要更大。而對于粉土層原狀土樣的試驗當中，受到擾狀土樣壓縮模量有所降低，原狀同樣同比下，沖擊鉆進方式相比回轉(zhuǎn)鉆進方式擾動量較小，也就是說，回轉(zhuǎn)鉆勁方式對于原狀土樣擾動的強度會比沖擊鉆進方式的擾動強度大。

通過適應過程的對比和分析可以看出，不同的專業(yè)方式對所提取的原狀土樣物理力學指標的影響相關的因素主要包括：土層深度的增加，在一定范圍內(nèi)所造成的壓密程度也存在差異，而且會隨著土層深度的增長不斷增加，但在沖擊鉆勁方式對原狀土樣壓密程度不斷加強的情況下，在達到土層的一定深度之后，并不會在發(fā)生變化。對于這一情況的分析主要的重點在于沖擊鉆進的能量來源主要為重錘的沖擊作用，沖擊鉆勁方式在實際的施工過程當中，壓力作用主要發(fā)生于鉆進過程，在取土器進行原狀土樣提取時，所產(chǎn)生的壓力作用較小，鋼沖擊鉆機的方式當中轉(zhuǎn)進的深度較淺，沖擊重錘的自由落距會較小，對土層的壓力作用相應的也會降低，但隨著土層勘察轉(zhuǎn)進深度的不斷增大，重錘下落的落距也會持續(xù)升高，在重力勢能和落距不斷增大情況下，充入孔底時其速度也會遞增，重力勢能加大，動能加大，由此也就會使得土層的壓密作用提升。但當土層勘察轉(zhuǎn)進行到一定深度時，充入孔底的速度已經(jīng)保持了恒量，這時會考慮鉆機的運行穩(wěn)定性和達到最大荷載，常會采取人工制動的方式來降低動能，減緩鉆頭的鉆進速度從15 米自由的落體所產(chǎn)生的動能角度考慮，此時重錘的動能會相應的降低，15 米自由的裸體所產(chǎn)生的動能角度考慮，此時重錘的動能會相應的降低這也就能夠解釋沖擊鉆進方式在達到一定的深度之，對于原狀土樣壓密的作用反而會降低的主要原因。

2.2 按土的類型分析

按照土的類型分析，需要針對原狀土樣的質(zhì)量密度，天然孔隙比和壓縮模量，按照回轉(zhuǎn)鉆進以及沖擊鉆進方式進行對比。并以此來進行不同類型土層類型敏感程度的分析[2]。首先是粉土層所采取的原狀土樣對鉆進方式的敏感程度分析。在同等粉土層類型下采取人工轉(zhuǎn)進方式、回轉(zhuǎn)鉆進方式和沖擊鉆進方式的分別試驗，通過對比發(fā)現(xiàn)，分土層的原狀土樣對于轉(zhuǎn)進方式更為敏感，尤其在壓縮模量方面對土類型及鉆進方式的影響最為敏感。根據(jù)相應的指標和鉆勁方式過程中的觀察以及實際的效果來看，粉土層當中由于缺少粘粒含量壓縮，在卸載之后其原始結(jié)構(gòu)也就受到了破壞，再壓縮模量較低。而在有黏土性質(zhì)的粉粘土層當中，壓縮卸載后因其具有一定的粘性，能夠保持原有的原始結(jié)構(gòu)，受到鉆進方式的影響及擾動程度較小，所以對于方轉(zhuǎn)進方式敏感度較低。在壓縮卸載之后，由于土層的結(jié)構(gòu)遭到了破壞，其三相組成變化不大，所以壓縮模量所受到的影響較大，但在質(zhì)量密度和天然空氣比方面變化并不明顯。

從本項目實驗當中可以看出，沖擊鉆勁在實際的工進在實際的工程勘察過程當中對地層所產(chǎn)生的壓力作用，采取的原狀土樣在實際的物理力學試驗指標的結(jié)果中可以觀察到，其質(zhì)量密度會明顯存在偏大的情況，在天然孔隙比分析當中表現(xiàn)受影響程度較小，而壓縮模量則會表現(xiàn)出明顯的偏大現(xiàn)象。沖擊鉆勁對于土層的壓力作用和狀態(tài)深度有著直接的關系。通過分析發(fā)現(xiàn)，由于沖擊轉(zhuǎn)介方式采用的是重錘沖擊，在土層深度較淺的情況下，由于落距較小，所產(chǎn)生的動能較大，對土層的壓力作用影響也會相應的增大。但達到一定深度之后，落錘落距加大，重力勢能增加，為考慮鉆頭鉆進速度的控制，會采取人工制動的形式予以抑制，所以動力勢能反而會降低，由此使得原狀土樣壓力作用影響相映的縮小，但其中也會受到鉆機操作人員專業(yè)水平影響，總體差異性不大。在土的類型分析當中，通過實驗可以看出，沖擊鉆勁方式對于土層的壓力作用會與土的類型有著很大的聯(lián)系，粉質(zhì)黏土層與粘土層的壓力作用在實際的測驗過程當中的對比和理論分析顯示出，粉質(zhì)粘土層的壓密作用影響較小，而粉土層由于其整體的質(zhì)地黏度較小，在鉆進過程中容易受到鎮(zhèn)靜作用的影響導致土層結(jié)構(gòu)的變化，使得yummy 作用影響變大[3]。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代科學技術不斷進步，在工程勘察所應用的技術和施工方式等方面也在不斷地進行強化研究，沖擊鉆進方式對于土層的物理力學指標影響仍存在一些較大的情況。這對于原狀土樣的采集和分析來說，會帶來一定的影響。不利于地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)準確度的提升，也會對工程勘查效果帶來一定的影響。因此相關技術人員要積極地進行轉(zhuǎn)進方式的研究與創(chuàng)新，無論是設備技術還是操作技術，都要做到科學化的分析研究，必須要能夠確保工程勘察結(jié)果的科學性與真實性以及準確性，為工程后續(xù)的開展工作提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)。