巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分析

霍 達(dá)

(華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院(福建)有限公司，福建 福州 350000)

1 巖溶地區(qū)的巖土工程勘察特征與具體方法分析

1.1 巖溶地區(qū)巖土工程勘察的目的和特征

1.1.1 巖土工程鉆探勘測(cè)的目的

巖土工程勘察的地質(zhì)鉆探，是以直接實(shí)現(xiàn)巖土工程的第一手基礎(chǔ)資料獲取，從而為巖土工程勘察基礎(chǔ)的有關(guān)工程建設(shè)與項(xiàng)目實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)。其中，對(duì)巖土工程的鉆探勘測(cè)，是采用鉆機(jī)設(shè)備通過鉆具由地表向地下進(jìn)行鉆進(jìn)，從而根據(jù)鉆進(jìn)獲取的巖芯，對(duì)鉆探勘測(cè)地區(qū)中不同巖層的地質(zhì)環(huán)境條件和特征進(jìn)行掌握，包括巖土性質(zhì)、地層埋深與厚度及地下水賦存情況等。巖土工程鉆探勘測(cè)的技術(shù)成果，是進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì)與建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)施工開展和工程地質(zhì)評(píng)價(jià)等工作實(shí)施的重要基礎(chǔ)資料，并且?guī)r土工程勘察中的鉆探技術(shù)水平高低，直接影響著整個(gè)巖土工程勘察的質(zhì)量和效率。

1.1.2 巖溶地區(qū)巖土工程勘察特點(diǎn)

巖溶地區(qū)的地質(zhì)條件較為特殊，且具有一定的復(fù)雜性，導(dǎo)致其巖土工程勘察工作開展的難度也較高，需要通過合理的技術(shù)選擇和應(yīng)用，對(duì)其勘察質(zhì)量和效果進(jìn)行保障。其中，采用鉆探技術(shù)進(jìn)行巖溶地區(qū)的巖土工程勘察，能夠?qū)r溶地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行深層次的了解，從而對(duì)巖溶地區(qū)的巖土工程建設(shè)性進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，為有關(guān)工程的建設(shè)和實(shí)施提供良好的基礎(chǔ)支持。

1.2 巖溶地區(qū)巖土工程勘察的主要方法

根據(jù)上述對(duì)巖溶地區(qū)的巖土工程勘察目的與鉆探勘察特點(diǎn)分析，在進(jìn)行巖土工程勘察中，比較常見的鉆探勘測(cè)分析技術(shù)，主要包含回轉(zhuǎn)鉆探與沖擊鉆探、振動(dòng)鉆探、沖洗鉆探等不同的鉆探方法，而回轉(zhuǎn)鉆探中又包含又無巖芯鉆探與螺旋鉆探、巖心鉆探等，沖擊鉆探中則包含沖擊鉆探和錘擊鉆探等不同的鉆探方法。因此，在對(duì)巖土工程勘察的具體應(yīng)用鉆探方法選擇中，需要結(jié)合其鉆探勘測(cè)區(qū)域的地層特點(diǎn)和其鉆探分析方法的有效性，從而通過有效的鉆探勘測(cè)工作開展中，對(duì)該地區(qū)的地層分布及其地下水情況等進(jìn)行準(zhǔn)確掌握，并且有效避免鉆探分析中對(duì)取樣地層的巖土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)影響。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程情況與地質(zhì)背景分析

以某巖溶地區(qū)的巖土工程勘察情況為例，該地區(qū)為典型的石灰?guī)r巖溶區(qū)，整體地貌為盆地，屬覆蓋型巖溶區(qū)，整個(gè)地區(qū)的巖溶、土洞、軟弱土層和構(gòu)造帶等地形特征在部分地段呈現(xiàn)豐富的發(fā)育狀態(tài)，且地下水分布較多、活動(dòng)頻繁，其巖溶區(qū)的上覆地層卵石層分布與厚度、狀態(tài)、粒徑等變化較豐富，整個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜。根據(jù)該巖溶區(qū)的巖土地質(zhì)特征，在該區(qū)域開展相應(yīng)的工程項(xiàng)目建設(shè)中，對(duì)擬建建筑物的基礎(chǔ)施工，是以沖(鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)為主，具體施工中是以下部石灰?guī)r為樁端的持力層，且要求該持力層所分布石灰?guī)r的厚度與完整性良好，避免選擇巖溶分布區(qū)域，以影響樁基施工的質(zhì)量和效果。針對(duì)該情況下，在進(jìn)行上述巖溶地區(qū)的巖土工程勘察分析中，就需要對(duì)其各樁基范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況及其基本形態(tài)、規(guī)模、洞體頂?shù)装宓穆裆?、巖石完整性和充填情況等進(jìn)行全面了解和準(zhǔn)確掌握，從對(duì)樁基施工中的樁長(zhǎng)、樁徑和嵌巖深度等參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以確保其基礎(chǔ)施工的安全性和可靠性。

2.2 巖溶地區(qū)主要巖土工程的地質(zhì)條件特征

根據(jù)上述工程情況，通過對(duì)該巖溶地區(qū)的巖土工程情況進(jìn)行全面勘察與鉆探分析后顯示，該地區(qū)的地貌特征呈河流堆積階地，且主要為Ⅰ、Ⅱ級(jí)的堆積階地，其地形整體起伏變化較小。此外，該地區(qū)的主要巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布以雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、卵石、含角礫碎石粉質(zhì)粘土、含角礫粉質(zhì)粘土和中風(fēng)化石灰?guī)r等為主；地下水分布則以第四系孔隙潛水與石灰?guī)r巖溶地下水為主，其中，第四系孔隙潛水位于地下水分布的上部地區(qū)，以卵石層為主要含水層，具有較強(qiáng)的富水性，而石灰?guī)r巖溶地下水則主要分布在下部地區(qū)，存在一定的承壓性，且富水性也比較突出。

3 巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用研究

3.1 巖土工程鉆探施工前的準(zhǔn)備工作

根據(jù)上述工程情況，在進(jìn)行巖溶區(qū)巖土工程的鉆探勘測(cè)中，開始進(jìn)行鉆探勘察作業(yè)前，需要結(jié)合工程地區(qū)的場(chǎng)地環(huán)境及其勘察分析任務(wù)，做好充分的鉆探施工技術(shù)與應(yīng)用設(shè)備的準(zhǔn)備工作，以確保對(duì)巖土工程鉆探勘察的順利實(shí)施。

3.1.1 鉆探設(shè)備與材料的準(zhǔn)備

結(jié)合上述工程的巖土勘察情況，在鉆探施工中所采用的鉆機(jī)設(shè)備以XY-100與GXY-150型液壓鉆機(jī)為主，并且進(jìn)行鉆探施工作業(yè)開展前，需要進(jìn)行不同口徑和規(guī)格的鉆具以及套管、普通或雙層的巖芯管、金剛石鉆頭、合金鉆頭、膨潤(rùn)土粉、具有較高粘性的粘土、打撈工具、水泥等有關(guān)設(shè)備和材料準(zhǔn)備，以確保巖土工程鉆探勘測(cè)順利實(shí)施，為巖土勘察的質(zhì)量和效果提升提供良好的支持。

3.1.2 鉆探施工技術(shù)準(zhǔn)備

進(jìn)行上述巖溶區(qū)的巖土工程勘察分析中，需要進(jìn)行的鉆探施工技術(shù)準(zhǔn)備工作，不僅應(yīng)從巖土工程勘察的一般要求出發(fā)，對(duì)其巖土勘察的高效與快速實(shí)施有關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究和分析，從而在巖土勘察中能夠通過快速穿越巖溶區(qū)上覆第四系地層，對(duì)巖溶區(qū)工程建設(shè)的樁基周圍巖溶發(fā)育情況進(jìn)行掌握，從而對(duì)鉆探勘察施工中可能存在的問題及其解決方法進(jìn)行探索，促進(jìn)巖溶區(qū)巖土工程勘察的順利實(shí)施。此外，在對(duì)巖溶區(qū)的巖土工程鉆探勘察技術(shù)工作準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，還需要做好鉆探施工作業(yè)人員的技術(shù)培訓(xùn)和有關(guān)技術(shù)交底準(zhǔn)備，從而對(duì)巖土工程勘察分析應(yīng)用技術(shù)的合理性和高效性進(jìn)行保障。

3.2 對(duì)巖溶區(qū)不同地層的鉆探施工技術(shù)分析

在進(jìn)行上述巖溶區(qū)不同巖土工程勘察地層的鉆探技術(shù)選擇和應(yīng)用中，主要針對(duì)該巖溶區(qū)的粘性土鉆探勘察與卵石層鉆探分析、軟土地層的鉆探分析、巖溶石灰?guī)r地層的鉆探等技術(shù)手段進(jìn)行研究。

3.2.1 對(duì)粘性土層的鉆探技術(shù)選擇和應(yīng)用

在進(jìn)行粘性土層的鉆探分析中，對(duì)鉆孔鉆進(jìn)后的前幾次勘察分析，多會(huì)采用錘擊鉆進(jìn)方式進(jìn)行鉆探和分析，通過鉆探分析提取有關(guān)土層試樣或者是通過原位測(cè)試鉆孔等方法，在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或者是泥漿護(hù)壁的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)基礎(chǔ)上，鉆進(jìn)過程中可根據(jù)實(shí)際情況，必要時(shí)應(yīng)利用套管護(hù)壁對(duì)其鉆進(jìn)與勘探分析進(jìn)行支持。此外，對(duì)粘性土層的鉆進(jìn)勘察與分析中，為滿足其鉆探施工中的分層精度要求，對(duì)鉆探施工中回次鉆進(jìn)的進(jìn)尺應(yīng)控制在2.0m以下，以確保其鉆探施工的質(zhì)量和效果。

3.2.2 卵石層鉆探技術(shù)分析

對(duì)卵石層的鉆探施工和技術(shù)應(yīng)用，需要根據(jù)不同的情況，對(duì)其鉆探技術(shù)進(jìn)行合理控制。比如，在進(jìn)行厚度相對(duì)較小的卵石層鉆進(jìn)施工中，可以采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或者是泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式進(jìn)行相應(yīng)巖層的地質(zhì)情況勘察和分析；此外，在鉆進(jìn)施工中，進(jìn)行卵石層鉆穿后，應(yīng)進(jìn)行套管打入，以有效保護(hù)鉆孔的孔壁，避免對(duì)鉆進(jìn)施工產(chǎn)生不利影響。

而在進(jìn)行厚度較大的卵石層鉆進(jìn)施工中，如果該卵石層的密實(shí)度表現(xiàn)較高，則需要采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法進(jìn)行鉆進(jìn)操作；此外，由于上述巖土工程的地質(zhì)特征分布顯示其卵石層含有地下水，再加上卵石層的孔隙較大，因此，會(huì)導(dǎo)致鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)孔內(nèi)漏水情況，引起孔壁坍塌等，可通過在鉆孔內(nèi)加入粘土等，以對(duì)鉆進(jìn)施工中鉆孔壁起到相應(yīng)的保護(hù)作用。在上述作業(yè)開展中，如果回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中孔壁未出現(xiàn)坍塌等，則可以繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)施工，一旦發(fā)生塌孔等，則需要通過增加泥漿的濃度或者是使用套管進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，從而對(duì)其塌孔問題進(jìn)行有效解決，避免對(duì)鉆進(jìn)施工產(chǎn)生不利影響，確保對(duì)卵石層的鉆探分析質(zhì)量和效果。值得注意的是，采用套管跟管鉆進(jìn)作業(yè)中，由于卵石層的密實(shí)度表現(xiàn)較高，且粒徑相對(duì)較大，局部存在漂石等，會(huì)導(dǎo)致套管進(jìn)入過程中的阻力較大，因此，需要選擇厚壁套管進(jìn)行應(yīng)用，并通過重錘擊入方式對(duì)套管跟管鉆進(jìn)施工進(jìn)行保障，促進(jìn)其施工質(zhì)量和效果提升。

對(duì)粒徑較大并且存在漂石的卵石層鉆進(jìn)施工中，由于其卵石之間存在一定的孔隙，再加上各卵石相互膠結(jié)的性能較差，通過回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法進(jìn)行施工開展中，對(duì)卵石粒徑超過鉆具直徑的情況，容易發(fā)生卵石與鉆具一同旋轉(zhuǎn)等情況，需要通過增加泥漿的濃度、加大鉆機(jī)下壓力和降低鉆進(jìn)速度等方式，對(duì)其鉆進(jìn)施工進(jìn)行合理控制，必要情況下還可以選擇金剛石鉆頭，以確保其鉆進(jìn)施工的順利開展。

3.2.3 軟土地層的鉆探技術(shù)分析

在進(jìn)行軟土地層的鉆進(jìn)施工中，由于其地層的特殊性，導(dǎo)致不管采用哪種鉆探施工方法，均具有較好的進(jìn)尺效果，但是在遇到土洞或者是土洞填充物等情況下，則容易發(fā)生掉鉆問題，對(duì)其鉆探施工效果產(chǎn)生影響。此外，對(duì)軟土地層的鉆進(jìn)施工中，由于淤泥質(zhì)土層本身較低的塑性與松軟土質(zhì)特征影響，導(dǎo)致其鉆進(jìn)施工中容易在提鉆時(shí)發(fā)生孔內(nèi)縮徑等情況，造成第二次下鉆時(shí)的孔深不符合原來的孔深要求，同時(shí)對(duì)土洞內(nèi)無填充物或者是填充物較少的情況，會(huì)因?yàn)橥炼磧?nèi)的空間造成第二次下鉆時(shí)發(fā)生孔位偏移等，反之則會(huì)發(fā)生孔內(nèi)漏水，引起孔壁坍塌。因此，對(duì)軟土地層的鉆進(jìn)施工中，就需要選擇肋骨鉆頭并增加鉆頭的直徑，在鉆進(jìn)到達(dá)軟土層厚，及時(shí)進(jìn)行套管下入對(duì)孔壁形成保護(hù)，以避免影響鉆進(jìn)施工的實(shí)施。

3.2.4 巖溶石灰?guī)r地層的鉆探技術(shù)分析

通常情況下，對(duì)巖溶地區(qū)的巖土工程勘察中，為確保巖溶區(qū)有關(guān)工程建設(shè)的順利實(shí)施，對(duì)采用鉆孔灌注樁施工的基礎(chǔ)工程，為滿足其樁端持力層的良好完整性、厚度和無巖溶發(fā)育等石灰?guī)r巖層特征，就需要在巖土工程勘察與設(shè)計(jì)中，針對(duì)施工范圍內(nèi)的石灰?guī)r巖溶發(fā)育情況及逆行全面勘察和分析，從而確保其石灰?guī)r分布及其在樁基礎(chǔ)施工中的良好作用和效果。此外，在進(jìn)行巖溶區(qū)石灰?guī)r層的鉆探施工中，所存在的主要問題表現(xiàn)為孔內(nèi)漏水與漏漿和套管跟進(jìn)即鉆遇一層或多層溶洞成孔、塌孔等，并且在進(jìn)行巖溶區(qū)巖土工程勘察中，所采用的鉆探施工技術(shù)主要包含合金回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或者是金剛石單動(dòng)雙管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、泥漿或套管護(hù)壁成孔鉆進(jìn)施工等多種技術(shù)方法，而巖溶區(qū)巖土工程勘察的鉆進(jìn)施工中，鉆探漏漿主要以巖溶裂隙漏漿和溶洞漏漿類型為主要表現(xiàn)。因此，在具體施工中可選擇泥球護(hù)壁聯(lián)合套管鉆進(jìn)法或者是多層套管護(hù)壁方法進(jìn)行施工開展。以多層套管護(hù)壁施工法為例，在進(jìn)行規(guī)模較大的溶洞鉆進(jìn)施工中，可通過向鉆孔內(nèi)增加泥球以起到相應(yīng)的保護(hù)孔壁作用，還可以通過跟管鉆進(jìn)施工，通過綜合施工方法與技術(shù)措施結(jié)合運(yùn)用，來確保其鉆進(jìn)施工的順利開展，對(duì)其鉆探質(zhì)量和效果進(jìn)行保障。

4 結(jié) 語

總之，巖溶地區(qū)的地質(zhì)地貌特征較為復(fù)雜，導(dǎo)致其巖土工程勘察實(shí)施的難度較高，需要在具體實(shí)踐中根據(jù)巖土工程勘察分析場(chǎng)地的地質(zhì)環(huán)境條件狀況及其勘察設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行適宜的鉆探技術(shù)選擇和應(yīng)用，并通過對(duì)多種技術(shù)方案的有效對(duì)比，促進(jìn)巖溶地區(qū)的巖土工程勘察質(zhì)量和效率提升，從而為有關(guān)工程建設(shè)及其項(xiàng)目實(shí)施提供良好的基礎(chǔ)支持，促進(jìn)巖溶地區(qū)巖土工程勘察的鉆探技術(shù)發(fā)展和提升。