海岸厚填石場地勘察技術(shù)實踐

肖吉松 李春輝 耿榮華

(青島緯測地理信息有限公司，山東 青島 266431)

1 概述

隨著沿海城市的快速發(fā)展，多地通過移山填海增加土地資源，由此產(chǎn)生大量海岸填石場地，普遍存在較厚的填石層，這類場地的開發(fā)建設(shè)存在許多問題和困難，對勘察工作來說，合理的勘探技術(shù)可以有效地節(jié)約成本和工期，提高勘察質(zhì)量，勘察工作應(yīng)依據(jù)厚填石場地工程特點采用合理的處理措施進行施工。

常用的勘探手段有槽探、井探、鉆探和地球物理勘探，在巖土工程勘察中，鉆探是最廣泛采用的一種勘探手段，可以鑒別、描述土層，巖土取樣，進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗或波速測試等[1]。目前多數(shù)項目的勘察工作都基于鉆探手段。

2 海岸厚填石場地勘察案例分析

2.1 工程概況

青島慧據(jù)智慧家園R3地塊項目位于青島市黃島區(qū)濱海大道以南，南臨黃海海岸線，擬建項目包含六棟高層住宅，為剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，設(shè)計基底壓力為350 kPa。場區(qū)原為海岸灘涂地貌，現(xiàn)由山坡開挖的塊石、碎石回填，地層透水性強，地下水豐富且受潮汐影響嚴(yán)重。本次勘察共布置勘探點48孔，總進尺1 060 m。

2.2 場地工程地質(zhì)條件及地層結(jié)構(gòu)

勘察工作前通過搜集原始地形圖判斷場地原始地面高程，選擇局部代表性區(qū)域進行挖探和鉆探，通過以上工作判斷填石層的厚度、填石含量和塊徑，鑒別下部巖土層類型和分布。鉆孔揭露該場地地層結(jié)構(gòu)自上而下分別為填石層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、下伏風(fēng)化巖層，地層結(jié)構(gòu)較簡單。其中填石巖性多為花崗巖，中～微風(fēng)化，花崗巖飽和單軸抗壓強度在55 MPa～70 MPa，填石厚度一般在6 m～10 m，局部揭露可達15.7 m，塊石粒徑多為30 cm～70 cm，最大粒徑可達150 cm。

2.3 常用勘察方案分析

該場地臨近海岸線，場地上部為較厚的填石層，填石粒徑較大，且場地內(nèi)存在地下水位高、地下水賦存豐富、受潮汐影響等難題。根據(jù)擬建高層的結(jié)構(gòu)特點和場地工程地質(zhì)條件，項目設(shè)計基底壓力為350 kPa，要滿足建筑物設(shè)計基底壓力的要求宜考慮采用樁基礎(chǔ)，要獲得較大的單樁承載力，樁基礎(chǔ)需穿透上部厚填石層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，以下伏基巖作為樁端持力層。常用的幾種鉆探方案分析如下。

2.3.1普通鉆探+套管護壁

采用普通鉆機回轉(zhuǎn)鉆進，鉆進同時及時打入套管進行護壁，防止上部填石層塌孔。該方案能夠準(zhǔn)確、實時的了解巖土層所發(fā)生的變化，并可依據(jù)地層變化隨時進行原位測試或巖芯取樣，是巖土勘察技術(shù)中最為可靠的一項勘察技術(shù)。但該方案在鉆進填石層時存在一些問題：

1)填石粒徑大、強度高，鉆進困難；

2)鉆頭消耗量大，平均每個鉆孔約消耗5個鉆頭；

3)泥漿護壁回轉(zhuǎn)鉆進過程中極易產(chǎn)生漏漿，黏土粉的消耗量大；

4)該層鉆進工程中極易塌孔，經(jīng)常在打入套管前已塌孔，無法下套管，提鉆后又無法加桿進尺。為解決上述問題需反復(fù)鉆進，甚至廢孔重鉆，因此造成施工進度很慢，平均每3 d～4 d完成一個鉆孔。普通鉆探施工如圖1，圖2所示。

2.3.2機械明挖+普通鉆探

結(jié)合相似場地的勘察經(jīng)驗，提出采用挖掘機挖除上部填石后再應(yīng)用鉆探技術(shù)進行勘察。選用挖掘機的臂長約6.0 m～6.5 m，因上部填石層較厚，現(xiàn)場需兩級開挖?？紤]場地地下水豐富且水位較高，地層透水性強，地下水受潮汐影響嚴(yán)重，必須配合止水排水措施才能完成開挖，由此而產(chǎn)生的勘察成本巨大，不切實際。

2.3.3空氣潛孔鉆進+套管護壁

空氣潛孔鉆進設(shè)備包含空氣壓縮機和氣動潛孔錘(如圖3，圖4所示)，是以壓縮空氣為動力的一種風(fēng)動沖擊工具。它所產(chǎn)生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，然后再通過鉆機和鉆桿的回轉(zhuǎn)驅(qū)動，形成對巖石的脈動破碎能力，同時利用沖擊器排出的壓縮空氣，對鉆頭進行冷卻和將破碎的巖石顆粒排出。利用空氣潛孔鉆進可以高效的穿透填土層，鉆進過程中還可同時跟進套管，利用套管護壁防止塌孔。其具有鉆進效率高、功能消耗少，材料消耗少的優(yōu)點，且空氣潛孔鉆進的鉆具轉(zhuǎn)速低，可有效提高鉆孔的垂直度。但空氣潛孔鉆進也存在一些問題：1)技術(shù)要求高，需要根據(jù)地層情況及時調(diào)整鉆進參數(shù)(風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速等)，否則容易出現(xiàn)埋鉆、卡鉆事故[2]；2)其鉆探技術(shù)單一，鉆進過程中巖土層破碎成粉末，無法采取巖土芯，無法配合原位測試、取樣等工作。

2.4 勘察方案的改進與優(yōu)化

根據(jù)場地地質(zhì)條件和樁基礎(chǔ)設(shè)計要求，該場地勘察的主要困難有兩點：

1)選擇合理的鉆探方案，穿透上部厚填石層，同時避免塌孔，為后面的取樣和原位測試工作提供孔內(nèi)空間。

2)通過鉆探、原位測試和巖石試驗等手段查明下伏基巖的巖性、構(gòu)造、巖面變化、風(fēng)化程度，確定巖石的堅硬程度、完整程度和基本質(zhì)量等級。

普通鉆探技術(shù)在填石層鉆進施工中存在鉆進困難、塌孔、漏漿等問題，但其可以為室內(nèi)試驗工作采取較好的巖土試樣；空氣潛孔鉆進技術(shù)可以利用產(chǎn)生的氣動沖擊能快速的破碎巖石，高效地完成填石層的鉆進，但其在鉆進過程中無法采取巖土試樣，給下部地層劃分和巖土評價帶來困難?；谏鲜鰡栴}，考慮采用多種鉆進技術(shù)相結(jié)合的勘察方案。綜合考慮各種勘探方式的可行性，結(jié)合擬建場地的特點，充分發(fā)揮各項勘探方式的優(yōu)勢，提出采用空氣潛孔鉆進方式穿透填石層，填石層鉆進同時跟進套管，鉆探深度至淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層后更換普通鉆機進行回轉(zhuǎn)鉆進的方案，稱這種勘察方案為“空氣潛孔鉆進+套管護壁+普通鉆探”。

3 “空氣潛孔鉆進+套管護壁+普通鉆探”勘察方案實踐

應(yīng)用“空氣潛孔鉆進+套管護壁+普通鉆探”的方式，上部填石層可以快速高效的穿透，填石層穿透后及時更換普通鉆機回轉(zhuǎn)鉆進，回轉(zhuǎn)鉆進同時按照勘察要求進行原位測試和取樣。該方案充分發(fā)揮了上述鉆進技術(shù)的優(yōu)勢，避免了存在的缺陷，有效解決了厚填石場地勘察中存在的難題。

調(diào)整優(yōu)化勘察方案后，項目整體配備2臺YM-160型錨固工程鉆機對上部填石層進行鉆進，6臺XY-180型普通鉆機對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層和下伏基巖進行回轉(zhuǎn)鉆進，一臺YM-160型鉆機配備3臺XY-180型鉆機，一拖三模式組合，每臺錨固工程鉆機配置不少于160 m套管?？辈焓┕すば驗椋?/p>

1)采用錨固工程鉆機穿透填石層并同步跟進套管，穿透填石層后取出鉆頭并保留套管；

2)更換普通鉆機鉆進，并同時進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和取樣；

3)達到鉆探深度后取出套管，進行下一個探孔施工。該方案在施工過程中應(yīng)注意：

首先，第1)步跟進套管直徑應(yīng)比第2)步回轉(zhuǎn)鉆進的鉆頭直徑略大，否則在更換鉆進方式時很難控制機械進行鉆孔對中，增加控制難度。

其次，跟進套管前應(yīng)在套管外壁上涂刷潤滑劑，減小套管壁與巖土層之間的摩擦力，同時應(yīng)盡量縮短第1)步與第2)步鉆進的時間間隔，第2)步鉆進終孔后及時拔出套管，否則會造成拔管困難。

最后，空氣潛孔鉆進至淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層后應(yīng)及時停止鉆進并將潛孔錘取出，否則易造成陷錘。

4 結(jié)語

海岸厚填石場地存在填石粒徑大、強度高、地層透水性強、含水量大等問題，應(yīng)用空氣潛孔鉆進并跟進套管的鉆探方式處理厚填石鉆探問題有效、可行，具有工期短、質(zhì)量好的優(yōu)點，厚填石層穿透后更換普通鉆機進行鉆探，并通過取樣和原位測試獲得下部地層參數(shù)。本案例通過“空氣潛孔鉆進+套管護壁+普通鉆探”組合鉆探方案有效解決了海岸厚填石場地的勘察難題，為后續(xù)該類場地的勘察提供參考。