巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)的應(yīng)用

蘇敬達(dá)

（核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410011）

在巖溶地區(qū)進(jìn)行巖土工程勘察工作當(dāng)中，如果沒(méi)有充分了解和掌握巖土工程地質(zhì)條件具有的復(fù)雜性，沒(méi)有針對(duì)巖溶地區(qū)巖土工程勘察特點(diǎn)，科學(xué)合理的制定鉆探技術(shù)方案與鉆孔結(jié)構(gòu)，極有可能導(dǎo)致施工實(shí)際常常出現(xiàn)鉆探技術(shù)手段多次變更的情況，不僅會(huì)對(duì)鉆探效率造成很大影響，而且還嚴(yán)重影響巖溶地區(qū)巖土工程整體勘察質(zhì)量，引發(fā)安全隱患，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此有必要針對(duì)巖溶地區(qū)巖土工程勘察專探技術(shù)進(jìn)行深入研究。

1 背景地質(zhì)環(huán)境條件

巖土工程勘察區(qū)為石灰?guī)r巖溶區(qū)，而且屬于覆蓋型巖溶區(qū)，石灰?guī)r上直接覆蓋第四系地層，發(fā)育巖溶、土洞、構(gòu)造帶以及軟土層等，同時(shí)有著頻繁的地下水活動(dòng)，部分區(qū)域發(fā)育地下暗河通道，卵石層是主要的覆蓋層，粒徑、厚度、分布狀態(tài)等有著很大變化，工程條件和水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。該區(qū)擬建建筑物地基基礎(chǔ)，主要運(yùn)用沖(鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端持力層為下部的石灰?guī)r，石灰?guī)r應(yīng)當(dāng)達(dá)到相應(yīng)厚度，并保證較好的完整性，部分部巖溶，為了對(duì)各樁基范圍巖溶發(fā)育情況充分了解和掌握，并對(duì)樁基長(zhǎng)度、樁徑、嵌巖深度準(zhǔn)確確定，在設(shè)計(jì)勘察施工過(guò)程當(dāng)中，主要運(yùn)用鉆探方式進(jìn)行勘察，逐樁布置鉆孔。

2 工程地質(zhì)鉆探方法

回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊狀態(tài)是工程地質(zhì)鉆探的重要方法，在對(duì)鉆探方法進(jìn)行選擇過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)地層特點(diǎn)充分考慮，并充分考慮鉆探方法具有的有效性，可以確保地層鑒別精度，并對(duì)地下水實(shí)際現(xiàn)狀充分了解，控制和減少取樣段的擾動(dòng)情況，同時(shí)鉆探時(shí)施工過(guò)程當(dāng)中必須要保證鉆探深度，鼎科學(xué)控制回次進(jìn)尺以及巖心采取立等質(zhì)量要求。

3 鉆探施工前設(shè)備、技術(shù)準(zhǔn)備

3.1 設(shè)備和材料準(zhǔn)備

工程勘察鉆探過(guò)程當(dāng)中，通常深度不是非常深，常用液壓鉆機(jī)為GXY-150型以及XY-100型，鉆探事實(shí)之前還應(yīng)當(dāng)對(duì)鉆具科學(xué)選擇，并選擇套管與巖心管，合理選擇鉆頭、膨潤(rùn)土于相應(yīng)的打撈工具，粘土水泥以及相關(guān)設(shè)備[1]。

3.2 鉆探技術(shù)準(zhǔn)備

鉆探施工技術(shù)準(zhǔn)備，鉆探施工過(guò)程當(dāng)中不僅要符合巖土工程勘察相關(guān)要求，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)第四系覆蓋層快速有效穿越，快速鉆進(jìn)石灰?guī)r地層，了解和掌握石灰?guī)r溶發(fā)育情況，對(duì)鉆探施工實(shí)際可能遇到的問(wèn)題認(rèn)真分析和研究，選擇相應(yīng)的鉆進(jìn)方法，并對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)科學(xué)選擇，應(yīng)用有效的套管程序，并制定補(bǔ)漏預(yù)案，加強(qiáng)工作人員培訓(xùn)，落實(shí)技術(shù)交底工作。

4 不同地層的鉆探施工技術(shù)

4.1 粘性土鉆進(jìn)技術(shù)

鉆孔開(kāi)孔后，通常運(yùn)用錘擊鉆進(jìn)，這樣反復(fù)多次，將土試樣進(jìn)行選取，開(kāi)展原位測(cè)試的鉆孔應(yīng)當(dāng)運(yùn)用泥漿護(hù)壁進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或者利用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，依照實(shí)際科學(xué)運(yùn)用套管護(hù)壁，為了確保分層精度，通常根據(jù)2.0m控制回次進(jìn)尺。

4.2 卵石層鉆進(jìn)技術(shù)

（1）厚度較小時(shí)可以通過(guò)泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆鉆進(jìn)，也可利用回轉(zhuǎn)鉆開(kāi)展鉆探工作，將這種地層鉆透之后，將套管下路，起到護(hù)壁效果。

（2）如果存在較大厚度的，同時(shí)又有較高密度的，可以選擇回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)進(jìn)，卵石層內(nèi)通常都存在一定的地下水，而且又有空隙存在，鉆進(jìn)施工時(shí)，時(shí)常有孔內(nèi)漏水情況出現(xiàn)，易導(dǎo)致孔壁坍塌，可以將粘土加入其中，起到護(hù)壁的效果。運(yùn)用回轉(zhuǎn)鉆鉆探施工過(guò)程當(dāng)中，如果無(wú)塌孔情況出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)持續(xù)鉆進(jìn)，如果有塌孔問(wèn)題發(fā)生，應(yīng)當(dāng)是泥漿濃度進(jìn)一步增加，運(yùn)用套管跟管開(kāi)展鉆進(jìn)，卵石層比較密實(shí)，同時(shí)又存在較大的粒徑較大，漂石出現(xiàn)在局部，在下入套管時(shí)，會(huì)極大的增加鉆進(jìn)主力，此時(shí)應(yīng)當(dāng)利用厚壁套管，擊入過(guò)程當(dāng)中利用重錘來(lái)完成，具有相對(duì)較好的效果，如果選擇普通套管，會(huì)在下入過(guò)程當(dāng)中導(dǎo)致卷口，這就需要合理增加套管鞋，不然很難滿足深度要求。

（3）存在漂石或者較大粒徑卵石層時(shí)，由于空隙存在于卵石顆粒間，具有相對(duì)較差的膠結(jié)情況，可以選擇回轉(zhuǎn)鉆開(kāi)展鉆進(jìn)工作，如果碰到大于鉆具口徑的卵石粒，此時(shí)鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中卵石粒也會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這就需要通過(guò)使泥漿濃度擴(kuò)大，或者是鉆具下壓力增大來(lái)進(jìn)行應(yīng)對(duì)，還可控制鉆速，另外也可選擇金剛石鉆頭，提高鉆進(jìn)效果。

（4）套管擊入過(guò)程當(dāng)中，會(huì)有卵石存在套管當(dāng)中，運(yùn)用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)行轉(zhuǎn)進(jìn)過(guò)程中，在套管與巖心管中間會(huì)卡一些卵石，巖心管與套管共同轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)用正絲時(shí)，會(huì)引發(fā)絲扣滑脫問(wèn)題，造成套管脫落，應(yīng)當(dāng)通過(guò)電焊焊接管接頭。

（5）擊入厚壁巖芯管鉆探。不論卵石有多大的厚度，在對(duì)卵石層進(jìn)行進(jìn)尺過(guò)程中，選擇厚壁巖芯管，通過(guò)重錘擊入，具有非常好的效果，通過(guò)重錘能夠擊碎卵石，發(fā)揮良好的擠壓效果，同時(shí)巖心管具有很厚的壁，不會(huì)出現(xiàn)卷口，在擊入時(shí)，可以將黏土加入其中，起到良好的護(hù)壁效果，達(dá)到相應(yīng)深度之后，將巖心管拔出，將巖芯取出，反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，由于運(yùn)用泥漿護(hù)壁，通常不會(huì)造成塌孔，如果有塌孔發(fā)生，可以將一級(jí)套管下入，利用小徑巖芯管進(jìn)行下次進(jìn)尺。

4.3 軟土鉆進(jìn)技術(shù)

選擇哪種技術(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)都有著非?？斓乃俣龋绻型炼匆约疤畛湮锎嬖跁r(shí)，會(huì)引發(fā)掉鉆情況。淤泥質(zhì)土具有較低的可塑性，非常軟，提鉆過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致縮徑問(wèn)題，再次下鉆時(shí)，無(wú)法達(dá)到原先的深度。土洞當(dāng)中如果填充物較少或者沒(méi)有填充物，有一些空間存在，再次下鉆時(shí)會(huì)引發(fā)原位孔偏移，土洞有充填情況存在時(shí)，因土洞和下部灰?guī)r有著非常緊密的關(guān)聯(lián)性，該層地層鉆進(jìn)過(guò)程中，會(huì)有很多漏水，地下水變化非?？?，極易引發(fā)孔壁塌陷。所以軟土層鉆進(jìn)時(shí)，可以選擇大孔徑鉆進(jìn)，也可利用肋骨鉆頭，并將套管下入，加強(qiáng)孔壁保護(hù)。

4.4 巖溶石灰?guī)r鉆進(jìn)技術(shù)

（1）在巖土工程勘察實(shí)際，特別是建筑物運(yùn)用沖孔灌注樁基礎(chǔ)時(shí)，因樁端持力層必須要在厚度和完整性較好的石灰?guī)r中設(shè)置，同時(shí)又必須要保證無(wú)發(fā)育巖溶，所以對(duì)設(shè)計(jì)深度范圍當(dāng)中石灰?guī)r巖溶發(fā)育情況認(rèn)真查明，了解掌握其規(guī)模大小以及形態(tài)特征，并對(duì)巖石是否完整，洞體頂板埋深情況和充填物等充分了解，這是勘察工作的重要工作內(nèi)容。

勘查區(qū)為覆蓋型巖溶區(qū)，石灰?guī)r巖溶在淺部地的非常發(fā)育，鉆探施工時(shí)，在石灰?guī)r面鉆進(jìn)以及和石灰?guī)r面相接近時(shí)，孔中有大的漏失情況出現(xiàn)，或者發(fā)生漏水、漏漿情況，尤其是碰到充填溶洞，極易導(dǎo)致埋鉆、坍塌情況對(duì)施工安全性構(gòu)成巨大影響。通常發(fā)育巖溶裂隙地帶，可以選擇粘性黃土、水泥漿以及膨潤(rùn)土開(kāi)展護(hù)壁工作。如果有溶槽、溶溝以及溶洞情況存在時(shí)，效果會(huì)受到很大影響。

在石灰?guī)r層巖溶區(qū)進(jìn)行鉆探施工時(shí)，對(duì)鉆孔中出現(xiàn)的漏水，漏漿問(wèn)題有效解決是最重要的，并及時(shí)跟進(jìn)套管，避免發(fā)生塌孔現(xiàn)象。針對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行狀態(tài)時(shí)可以利用金剛石單動(dòng)雙管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

（2）泥球護(hù)壁聯(lián)合套玩法，巖溶裂隙存在漏漿情況，通過(guò)水泥漿以及黃土、膨潤(rùn)進(jìn)行護(hù)壁效果不良時(shí)，可將濕粘土球下路到孔內(nèi)，鉆具下入過(guò)程中，上下進(jìn)行擠壓，在巖溶裂隙當(dāng)中擠進(jìn)去泥球，形成泥漿，將鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行掃孔，在孔壁當(dāng)中擠入泥球，對(duì)裂隙進(jìn)行填充，提高護(hù)壁效果，為鉆探施工奠定良好的基礎(chǔ)，巖溶地下水具有很強(qiáng)的富水性，而且承壓性較好，有著頻繁的地下水活動(dòng)，如果持續(xù)性的開(kāi)展鉆進(jìn)，受到地下水稀釋因素影響，會(huì)降低泥漿濃度，如果再次進(jìn)行鉆進(jìn)極易發(fā)生滲漏，在沒(méi)有達(dá)到鉆孔深度過(guò)程中，可以對(duì)上述方法進(jìn)行重復(fù)。

如果溶洞當(dāng)中存在較少的充填物，或者狀態(tài)為流塑型，通?？梢詫?duì)第一層溶洞地進(jìn)行鉆進(jìn)，也可持續(xù)向下進(jìn)行鉆進(jìn)，如果溶洞屬于充填溶洞，但結(jié)構(gòu)松散，由于鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)形成很大擾動(dòng)，極易引發(fā)卡鉆以及孔壁坍塌等問(wèn)題，造成掉塊，再次下段過(guò)程當(dāng)中無(wú)法深入到原來(lái)位置，這時(shí)就應(yīng)當(dāng)將撈渣工作充分做好，并將第一級(jí)套管下入其中，提高撈渣水平，隨著錘擊套管進(jìn)行跟進(jìn)，直至到達(dá)溶洞底部。通常情況下，相同溶洞鉆具，套管不會(huì)出現(xiàn)變徑。套管第一層到達(dá)相應(yīng)位置之后，在第二層溶洞變徑鉆進(jìn)，將第二集套管下入其中，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，受口徑因素影響，溶洞有二三層的，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆探深度。

（3）多層套管進(jìn)行護(hù)壁，溶洞存在較大的規(guī)模，特別是溶洞空串，充填物半充填，或者充填物呈現(xiàn)流塑型，將泥球投入孔內(nèi)，無(wú)法起到護(hù)壁效果，可以運(yùn)用根管開(kāi)展鉆進(jìn)，在鉆探工作施工工作開(kāi)展實(shí)際，面對(duì)復(fù)雜的地層，應(yīng)當(dāng)通過(guò)綜合手段運(yùn)用，提高轉(zhuǎn)進(jìn)水平。采用多層套管，或者改變鉆進(jìn)孔徑，鉆探施工開(kāi)展之前，認(rèn)真分析周圍場(chǎng)地巖土工程信息，對(duì)溶洞發(fā)育情況有一個(gè)全面的了解，在對(duì)鉆探深度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可能遇到的溶洞數(shù)量，對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)以及套管程序科學(xué)設(shè)計(jì)，開(kāi)孔孔徑應(yīng)當(dāng)保留相應(yīng)的余地，在灰?guī)r面隔離以上的覆蓋層擊入大直徑厚壁套管，通過(guò)金剛石（Ф75mm）單動(dòng)雙管開(kāi)展鉆進(jìn)，有溶洞情況存在時(shí)，將鉆具提出，并將其中的巖心取出，再選擇Ф146mm合金鉆具開(kāi)展擴(kuò)孔鉆進(jìn)直至溶洞底，二級(jí)套管選擇Ф146mm巖芯管，并在轉(zhuǎn)孔中留入，鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，利用小徑金剛石單動(dòng)雙管來(lái)完成。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）因巖溶地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)結(jié)合場(chǎng)地具體實(shí)際，勘察設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理地對(duì)鉆探技術(shù)方法進(jìn)行選擇，并對(duì)比分析各種鉆探技術(shù)，科學(xué)合理的組合各種技術(shù)措施，選擇適宜的鉆探技術(shù)方法，提高鉆探技術(shù)水平。

（2）針對(duì)巖溶地區(qū)進(jìn)行工程勘察鉆探發(fā)現(xiàn)，對(duì)鄰近場(chǎng)地地質(zhì)情況信息充分的收集和整理，有利于更加科學(xué)的設(shè)計(jì)鉆孔，對(duì)孔徑開(kāi)口進(jìn)行確定，并能夠有效確定套管下入的層數(shù)，將換徑余地合理保留，更好的保證多層溶洞鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)鉆孔深度。

（3）依照巖溶地區(qū)具體地址情況，充分考慮其復(fù)雜程度，應(yīng)用鉆探技術(shù)難度非常大，可以對(duì)泥漿泥球科學(xué)選擇，并將擊入套管隔離提高護(hù)壁效果，鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中選擇錘擊鉆進(jìn)，運(yùn)用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，還可更換不同大小徑進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)，提高鉆進(jìn)效率和質(zhì)量，保證勘察效果。