巖土工程地質勘查中鉆探工藝選取方法分析

梁寧克 桂林理工大學勘察設計研究院

1 前言

我國經濟發(fā)展中，建筑工程項目隨之增多。地質勘察工作在工程建設中發(fā)揮著十分重要的作用，一方面可為工程項目提供豐富的地質信息，另一方面也可根據現(xiàn)有的地質問題提出切實可行的對策，推動工程建設的有序開展。為此，有必要結合工程實際，科學選擇鉆探工藝，以發(fā)揮出巖土工程地質勘察工作的作用與價值。

2 巖土工程勘察中研究鉆探工藝選取的作用

我國疆域遼闊，不同區(qū)域的地質條件存在明顯差異，巖土工程勘察工作中也面臨著諸多的問題?？茖W技術發(fā)展中，巖土工程地質勘察技術也在不斷完善。不同的地質條件可采取不同的鉆探工藝技術。巖土工程勘察人員需采取針對性鉆探工藝，完成不同水文地質環(huán)境的勘察工作，以加強工程數據的準確性和可靠性。但是現(xiàn)有的巖土工程勘察鉆探技術應用環(huán)境無法高度滿足不同地質條件勘察的個性化要求。對此，巖土工程勘察工作者就需要依據工程建設概況科學選擇鉆探技術。同時，研究人員還應全方位了解巖土工程勘察中影響鉆探工藝選取的主要因素，從而提升鉆探技術應用及工程資料使用的科學性和靈活度，在維持工程勘察施工質量的同時，加快勘察速度，促進工程建設的平穩(wěn)進行。

3 巖土工程勘察中常用的鉆探設備及鉆探方法

巖土工程勘察工作中，需要使用多種鉆探設備，推動鉆探工作的有序開展，且在工程巖土地質鉆探工作中，工程地質存在著十分明顯的差異，不同的巖土地質條件需要采用不同的鉆探技術和方法。所以在巖土工程勘察中，要科學選取鉆探設備，結合當地的地質條件和施工要求，科學選擇鉆探方法，進而有效改進巖土工程地質勘察鉆探工作質量，為工程建設奠定堅實的基礎。

3.1 鉆探設備

巖土工程勘察工作中，鉆孔時應用的設備即為鉆探設備。常見的鉆探設備有傳動裝置、鉆探用泵、鉆機、鉆塔、擰管裝置、動力機、空氣壓縮機等，不同的鉆探設備僅僅影響巖土工程勘察的周期，并不影響勘察的質量和準確性，在巖土工程勘察工作中需要根據地質勘察的要求，合理應用鉆探設備。

鉆探工具和鉆探方法的影響較為明顯，現(xiàn)階段常用的鉆探工具有鉆頭、鉆桿和鉆芯管，人員需根據鉆探的方法選擇不同的鉆頭。在諸多的鉆頭中，硬質合金取芯鉆和螺旋鉆具應用較為廣泛，前者廣泛應用于硬質合金鉆，后者應用于短螺旋鉆（如圖1）、長螺旋鉆（如圖2）、麻花鉆等。再者，鉆桿的狀態(tài)對鉆探進度也起到顯著的影響。在巖土工程勘察鉆探中，要定期檢查鉆桿，嚴格控制軸線直線度誤差，規(guī)定誤差率不得超過0.1%。為做好鉆探工作，人員還需配備兩套鉆桿，依據土層的概況交替使用鉆桿，以此優(yōu)化鉆桿的使用性能，延長鉆桿的使用壽命，為鉆探工作的有序開展奠定堅實基礎。

圖1 短螺旋鉆

圖2 長螺旋鉆

3.2 鉆探方法

巖土工程勘察中，鉆進、破碎孔及井底巖石的過程中所采用的方法均可稱為鉆探方法，其能夠獲取巖層孔和巖石的破碎樣品。相關人員要根據鉆進過程中所使用的工藝、巖芯和回鉆過程中采用的磨料，選擇不同的鉆探方法。按照工藝劃分，主要可分為正/反循環(huán)回轉鉆進、螺旋鉆進、振動鉆進、沖擊鉆進和潛水鉆進等多種鉆進方式。按照磨料，主要有硬質合金鉆進、金剛石鉆進和鉆粒鉆進等方法。結合巖土工程勘察工作中的鉆進要求科學選擇鉆進方式。

此外，應以沖壓鉆進、回轉鉆進或回轉沖壓鉆進方式做好機械碎巖工作。為順利獲取巖芯，可以采用提鉆取芯、反循環(huán)連續(xù)取芯或繩索取芯等方式。若采用碎石工具或磨料，則可使用硬質合金鉆進、金剛石鉆進或復合片鉆進等多種鉆進方式。若想獲取沖洗液，則需采用空氣鉆進、清水鉆進、泥漿鉆進等多種鉆進方式。

4 巖土工程勘察中鉆探工藝選取分析

巖土工程勘察中使用的鉆探工藝較多，而且對于不同的巖土地質，需要結合其特點選擇不同的鉆探工藝，只有在了解巖土工程地質特點和鉆探需求的基礎上，選擇針對性的鉆探工藝，方可為此鉆探數據的準確性和可靠性。

4.1 軟弱粘性土層鉆探工藝選取

軟弱粘性土鉆進時，螺旋鉆具得以廣泛應用，為確保鉆進施工的效果，施工人員必須嚴格控制螺旋鉆具葉片的長度。通常情況下，葉片長度為1m，且鉆具的直徑不得超過鉆孔的直徑。鉆進施工中，規(guī)定進尺深度為1.5m～1m，但受螺旋鉆自身厚度的影響，若進尺深度設為1m，則采樣的長度多半在1m 以上。因此，需適度增加鉆桿的長度。工作人員可以根據采樣的深度確定鉆桿的增長，從而有效維護工程建設和施工的質量。

另外，嚴格控制鉆進的速度，鉆進速度多為90r/min～100r/min，保持該速度主要是因為軟弱粘性土層鉆進施工中，土層本身儲有一定數量的水，加大鉆進速度的控制力度，可有效推動鉆進施工的有序開展。同時，技術人員也要參照巖土工程勘察的等級，科學選擇鉆探施工技術和工藝。

4.2 硬粘性土鉆探工藝選取

硬粘性土的強度較大，滲透系數較低，且壓縮性、流動性和觸變性較弱。對此，在鉆探施工中，如依然采用螺旋鉆進，在鉆探施工中可能發(fā)生鉆桿折斷或埋鉆等問題。鉆進施工中，下層土壤發(fā)生振動后也會對上層土產生較為顯著的影響，進而降低土壤結構的穩(wěn)定性。

沖擊回轉鉆進的動力形式主要有三種，分別為液動、氣動和氣液混合。鉆具的轉速較慢，鉆頭使用壽命較長，且鉆進效率優(yōu)勢明顯，不易發(fā)生意外事故，安全性較強。選取氣壓動力鉆進的過程中，灌輸材質應以高壓空氣為首選，孔徑控制在70m～200m區(qū)間范圍內。液壓動力鉆進中，要循序漸進地控制速度，且以清水作為高壓的支撐媒介，將孔徑控制在60m～120m，保證探測的深度在900m左右。

鉆進的過程中，嚴格控制鉆進速度，初始速度不宜過快，隨后逐漸加快鉆進速度。在鉆頭切入到土層當中后，便可適度加快轉速，防止由于鉆進速度過快引起結構阻力增大，進而對工具的性能產生不利影響。若在鉆進的過程中發(fā)生卡鉆等問題，工作人員不得莽撞地將鉆探設備直接提出，而是要先按照規(guī)范要求擰斷巖芯，嚴控鉆進阻力。采用沖擊回轉鉆進的過程中，工作人員需要結合硬粘性土的硬度調節(jié)和控制水泵流量。以干孔鉆取的方式取巖芯，提鉆過程中必須做到謹慎小心，不得出現(xiàn)巖芯脫落等問題。

4.3 砂土鉆探工藝選取

砂土具有十分顯著的透水性，易受到地下水因素的影響。為此，采用螺旋鉆探工藝能夠取得更為理想的鉆探效果。該項技術一方面能夠協(xié)調砂土內部的粘粒效應，另一方面也可在深孔中根據實際更換小直徑鉆頭。若為小粒徑的粉細砂夾粘性土，則可在深鉆孔施工的后期更換小直徑螺旋鉆。與此同時，嚴格控制鉆進壓力和鉆進時的上下浮動，把控螺旋鉆的鉆進速度和壓力。將泵量調整到似流狀態(tài)后，方可組織開展鉆進施工。

在完成階段性工作內容后，需使用泥漿將孔內的粉細砂沉入泥漿池的底部，及時清理鉆孔。泵機暫停運行后處于干鉆狀態(tài)時，將干鉆的深度控制在0.4m以內，有效規(guī)避巖芯脫落問題。若為中粗砂、砂礫或地下水以下的砂土，可在施工中利用品字形硬質合金鉆頭完成灌漿無泵低速反循環(huán)鉆探施工，選擇低速狀態(tài)保證鉆進施工中鉆具的浮動力度滿足施工要求。再者，堅持結構慢提快放，優(yōu)化孔底反循環(huán)機的使用效果。交接過程中的鉆探施工中，需及時以泥漿清理鉆孔，防止發(fā)生卡鉆問題，并處理浮動鉆具干燒問題，防止結構坍塌引發(fā)的廢孔問題，充分提取芯樣。

4.4 卵石層鉆探方法選取

結合松散卵石層的特點選用跟管鉆進法。鉆進施工中，規(guī)定跟管長度為3m～6m，鉆具鉆進速度為30r/min～60r/min。稍密或中密卵石層中的巖土層含水量較少且存在部分粘土時，可使用回轉跟管鉆進方式。鉆進速度為20r/min～40r/min。密實卵石層施工中，需根據土層特點，選擇合金干鉆法，鉆進之初選擇較低的參數，隨后逐步加大參數值，且嚴格控制上下竄動，避免鉆頭燒死的問題。

5 結束語

巖土工程鉆探施工中，要求工作人員科學考察工程的地質環(huán)境，熟悉鉆探設備，掌握具體鉆探方法及工藝主要特征參數，在全面了解工程建設地質條件的基礎上，選取合適的鉆探工藝，進而為整體作業(yè)提供助力，推動后續(xù)工程的順利開展。