巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)的應(yīng)用探討

崔志亮 山東東信巖土工程有限公司

1 前言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)不斷提升，這幾年涌現(xiàn)出大量的現(xiàn)代工程建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，并且建設(shè)地理范圍越來越廣，再加上基坑開挖的地質(zhì)條件逐漸復(fù)雜，需要巖土工程在項目建設(shè)之前對巖土進(jìn)行勘察。為了提升巖溶地區(qū)巖土工程的勘察質(zhì)量，相關(guān)單位應(yīng)在勘察巖土工程的過程中，根據(jù)巖溶地區(qū)實際情況挑選鉆探技術(shù)，切實提高巖溶地區(qū)巖土工程勘察水平。

2 巖溶地區(qū)背景地質(zhì)環(huán)境條件

我國巖溶地區(qū)多為覆蓋型巖溶區(qū)，也就是第四系地層直接覆蓋到石灰?guī)r上，巖溶、土洞、構(gòu)造帶、軟土弱層在部分地方分布非常廣泛，并且地下水活動較多，部分區(qū)域還存有地下暗河通道等，上部覆蓋層里面的卵石層分布、厚度、粒徑、狀態(tài)等變動速度較快，導(dǎo)致工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件都比較復(fù)雜。如果在巖溶地區(qū)實施工程建設(shè)，擬建建筑物特別是高層建筑或者橋梁工程的地基，基礎(chǔ)方案通常使用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，選擇下部的石灰?guī)r作為樁端持力層。樁端持力層的石灰?guī)r厚度應(yīng)結(jié)合建筑單位的實際要求進(jìn)行挑選，且需要石灰?guī)r完整度較高，沒有巖溶分布，才可以開展相關(guān)建設(shè)工程。要想全面了解各個樁基范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育規(guī)律、基本形態(tài)和巖石完整性，掌握樁基的樁長、樁徑、嵌巖深度等，需要在項目施工建設(shè)勘察設(shè)計期間，通過鉆探技術(shù)進(jìn)行勘察，采用逐樁布置的方式均勻鉆孔。在巖溶地區(qū)進(jìn)行巖土工程勘察中，如果應(yīng)用鉆探技術(shù)，需要對巖土工程的地質(zhì)條件進(jìn)行全面了解，否則，在鉆探施工之前沒有做好完善合理的鉆探技術(shù)方案和鉆孔結(jié)構(gòu)，容易在勘察中出現(xiàn)多次變更鉆探技術(shù)的情況，降低了勘察效率和質(zhì)量，增加相關(guān)項目的勘察經(jīng)濟(jì)付出成本，影響后期建設(shè)工程有序落實。

巖溶地區(qū)地貌屬于河流堆積階地，通常為I、II堆積階地，地形起伏較小。在巖溶地區(qū)，巖土體包含雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、卵石、含角礫碎石粉質(zhì)黏土、中風(fēng)化石灰?guī)r等，其中雜填土土質(zhì)松散，是由人工堆積物和黏性土組合而成。粉質(zhì)黏土土質(zhì)顏色呈灰黃色，可塑性較高。淤泥質(zhì)土通常是流塑-軟塑狀態(tài)，其中含有機質(zhì)和腐爛木塊。卵石呈稍密-中密狀態(tài)，粒徑大小在35mm～140mm，部分地段含有漂石，粒徑大于250mm。含角礫碎石粉質(zhì)黏土是可塑狀態(tài)，并且部分地段呈現(xiàn)軟塑狀態(tài)，部分地段含有石塊。含角礫粉質(zhì)軟土呈流塑狀態(tài)，土質(zhì)非常松軟。中風(fēng)化石灰?guī)r呈中風(fēng)化-微風(fēng)化狀態(tài)，巖石硬度高，完整性較強，部分地段存有裂隙發(fā)育情況，巖石破碎，上部地段巖溶較發(fā)育。巖面呈起伏狀態(tài)，高差較大。所見溶洞絕大多數(shù)屬于裂隙狀溶洞，發(fā)育、分布沒有規(guī)律，方向呈多向性，洞體大小不一致，最大頂?shù)装彘g距在數(shù)米、十幾米，最小只有數(shù)厘米，部分地段多層溶洞分布在不同的平面上，溶洞多呈可塑-軟塑狀態(tài)，其中以含角礫碎石粉質(zhì)黏土充填物所填充。

3 巖溶地區(qū)巖土工程鉆探的目的及方法

3.1 巖溶地區(qū)巖土工程鉆探的目的

巖溶地區(qū)巖土工程在勘察中使用鉆探技術(shù)時，基本上是通過直接獲取巖土工程第一手基礎(chǔ)資料，用鉆機通過鉆具由地表向低下鉆進(jìn)，在地層中鉆成圓柱形鉆孔，從不同深度的鉆孔中獲取巖芯，取得巖土樣、水樣，力求從所勘察的地層中分析巖土性質(zhì)，掌握地層的埋藏深度和厚度，獲取符合質(zhì)量要求的試樣或者進(jìn)行原位測試，了解鉆進(jìn)深度范圍內(nèi)的地下水賦存情況?？辈旖Y(jié)果能夠為工程地質(zhì)評價和巖土工程設(shè)計、建筑物基礎(chǔ)設(shè)計和基礎(chǔ)施工提供數(shù)據(jù)資料。因此，鉆探技術(shù)的應(yīng)用水平?jīng)Q定了整個巖溶地區(qū)巖土工程的質(zhì)量，對后期相關(guān)項目施工起到直接影響。

3.2 巖溶地區(qū)巖土工程鉆探的方法

我國在巖土工程采用的勘察技術(shù)較多，包含回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁等技術(shù)，這些技術(shù)在對巖土進(jìn)行勘察時，可以全面記錄巖土水平方向、垂直方向中的土層變化現(xiàn)象，能夠全面獲取地質(zhì)信息，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高。對于巖溶地區(qū)，我國現(xiàn)今使用兩種技術(shù)進(jìn)行勘察，分別是泥球護(hù)壁結(jié)合套管法和多層套管護(hù)壁法，具體使用方式如下。

（1）泥球護(hù)壁結(jié)合套管法。絕大多數(shù)巖溶地區(qū)存有縫隙、漏漿等情況，泥球護(hù)壁結(jié)合套管法可以準(zhǔn)確將這些情況勘察出來，這是由于泥球護(hù)壁結(jié)合套管法的勘察原理是向孔中回填潮濕的黏土球，在孔洞中利用鉆具通過上下鉆動的方式，把潮濕的黏土球擠壓到巖溶的縫隙中，因為黏土球有較強的變形能力，受壓之后會產(chǎn)生泥漿將縫隙填實，從而起到保護(hù)孔壁、回填縫隙的作用。泥球護(hù)壁結(jié)合套管法在實施的過程中，需要大量的黏土球，并且挑選的黏土應(yīng)具有很強的塑性和黏性，這樣才不會被水分沖刷，有效發(fā)揮出保護(hù)孔壁的作用，并且保護(hù)時間較長，不會出現(xiàn)漏漿情況。泥球護(hù)壁結(jié)合套管法在使用中存在的問題是，如果巖溶地區(qū)地下水非常豐富，在鉆進(jìn)中泥球容易被水源稀釋，降低了泥漿濃度，弱化了縫隙回填質(zhì)量，從而在短時間內(nèi)出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象。

（2）多層套管護(hù)壁法。這種方法通過使用跟管鉆進(jìn)的方式，先超前鉆進(jìn)，然后逐步擴大鉆孔，經(jīng)過多次變徑、下入多層套管的方式，達(dá)到鉆進(jìn)。在巖溶地區(qū)使用多層套管護(hù)壁法對地理條件要求較高。在施工之前需要詳細(xì)研究施工現(xiàn)場的巖土實際情況，分析多層套管護(hù)壁法技術(shù)的可行性，并預(yù)設(shè)鉆孔深度、鉆孔結(jié)構(gòu)和管套程序等。多層套管護(hù)壁法在鉆孔中基本上是利用金剛石單雙動管鉆進(jìn)，遇到溶洞時應(yīng)注意靈活改變鉆具進(jìn)行擴孔鉆進(jìn)，在經(jīng)過溶洞后，采用原來使用的單動雙管。通過重復(fù)更換鉆具的方式，可以為鉆機操作提供便利，避免在套管內(nèi)出現(xiàn)鉆具卡頓阻塞的問題。

4 巖溶地區(qū)鉆探施工前設(shè)備和技術(shù)準(zhǔn)備

在巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆探勘察時，需要結(jié)合勘察場地的地質(zhì)環(huán)境條件和單位提供的地質(zhì)勘察任務(wù)，進(jìn)行鉆探施工設(shè)備和技術(shù)準(zhǔn)備。

4.1 設(shè)備和材料準(zhǔn)備

巖溶地區(qū)巖土工程鉆孔深度較淺，所以工作人員需要準(zhǔn)備XY-100，GXY-150型液壓鉆機，并且準(zhǔn)備不同口徑、規(guī)格的鉆具、套管、普通巖芯管、雙層巖芯管、合金鉆頭、金剛石鉆頭、膨潤粉、打撈工具、黏性較高的黏土等設(shè)備和材料。

4.2 鉆探技術(shù)準(zhǔn)備

通過上述描述可以看出，巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，工作人員在準(zhǔn)備鉆探技術(shù)時，除了需要滿足巖土工程勘察的基本要求之外，還應(yīng)全面設(shè)計鉆進(jìn)第四系覆蓋層，進(jìn)入到石灰層巖的技術(shù)，并系統(tǒng)分析第四系覆蓋層和石灰層巖的巖溶發(fā)育情況，提前預(yù)測在鉆探中可能會出現(xiàn)的問題，制定完善的鉆進(jìn)方式、鉆孔結(jié)構(gòu)、套管程序和堵漏等預(yù)防措施。同時，單位在挑選工作人員時，應(yīng)系統(tǒng)總結(jié)他們的工作能力和職業(yè)素養(yǎng)，并對挑選好的工作人員通過線上培訓(xùn)、實地培訓(xùn)的方式，提升工作人員施工技術(shù)，切實保障巖溶地區(qū)巖土工程鉆探勘查技術(shù)可以高質(zhì)保效實施。

5 不同巖溶地層巖土工程鉆探施工技術(shù)

由于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，不同地層的表現(xiàn)特點也不盡相同，因此在挑選鉆探技術(shù)時，應(yīng)根據(jù)地層的實際情況靈活應(yīng)用。

5.1 巖溶石灰?guī)r鉆進(jìn)技術(shù)

在巖溶石灰?guī)r鉆進(jìn)技術(shù)中，利用沖灌注樁基礎(chǔ)的建筑物對樁端持力層進(jìn)行鉆探時，對無巖溶的發(fā)育情況、石灰?guī)r厚度和完整性具有較高要求。在巖溶地區(qū)使用巖溶石灰?guī)r鉆進(jìn)技術(shù)時，應(yīng)全面了解在單位要求的勘探深度中石灰?guī)r的發(fā)育規(guī)模、基本形態(tài)和分布規(guī)律，掌握洞體巖石的完整性情況、填充物性質(zhì)和頂?shù)装宓穆裆钋闆r。巖溶石灰?guī)r鉆進(jìn)技術(shù)中應(yīng)用泥球護(hù)壁結(jié)合套管法時，如果巖溶裂縫出現(xiàn)漏漿問題，或者水泥漿、膨潤土粉出現(xiàn)護(hù)壁效果較差的現(xiàn)象時，可以使用向孔內(nèi)回填濕黏土球，利用鉆具進(jìn)行上下活動擠壓，使泥球擠壓到巖溶裂隙里，這樣可以完整填充裂隙，發(fā)揮出黏土保護(hù)壁的作用，確保后面的鉆探工作可以順利開展。

5.2 軟土層鉆進(jìn)技術(shù)

巖溶地區(qū)巖土工程在勘察中，使用的鉆探技術(shù)對進(jìn)尺速度具有較高要求，在高速鉆進(jìn)中，經(jīng)常會出現(xiàn)掉鉆的問題。因此，工作人員在對軟土層進(jìn)行鉆進(jìn)勘察時，不用對鉆具進(jìn)行加壓、轉(zhuǎn)動，鉆頭可以依靠自身重量向下鉆進(jìn)。再者，軟土層淤泥非常軟，塑性形較低，在提鉆的過程中會出現(xiàn)孔內(nèi)縮孔的問題，導(dǎo)致第二次下鉆的深度無法達(dá)到第一次下鉆的深度，如果土洞中的填充物數(shù)量較少，就會增加洞內(nèi)的空間，使得第二次下鉆出現(xiàn)位置偏離的現(xiàn)象。通常情況下，軟土層的土洞是和下方的灰?guī)r連接到一起，鉆孔到達(dá)這個地層后容易出現(xiàn)孔壁坍塌的情況，甚至引起地下水水位改變。工作人員在勘察到達(dá)軟土層時，應(yīng)選擇肋骨鉆頭，并加大孔徑，采用管套對孔壁進(jìn)行保護(hù)，避免孔壁出現(xiàn)坍塌的問題。

5.3 卵石層鉆進(jìn)技術(shù)

卵石層的土質(zhì)厚度較小，通常采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和泥漿旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式進(jìn)行勘察。當(dāng)鉆頭穿過卵石層時，需要工作人員打入套管，用套管保護(hù)孔壁。如果卵石層土層厚度較高、密集度較大時，可以通過回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，這時由于卵石層都會存在水，并且各個卵石之間的縫隙較大，如果直接鉆進(jìn)，則會出現(xiàn)鉆孔滲漏水的問題，甚至出現(xiàn)孔壁坍塌的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)這些問題則需要工作人員將黏土放到鉆孔中。但當(dāng)工作人員選擇旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)持續(xù)性鉆進(jìn)時，就可以規(guī)避孔壁坍塌和鉆孔漏水等問題。如果工作人員在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中出現(xiàn)塌孔問題，可以使用漿液濃度較大的繼續(xù)鉆進(jìn)一定深度，然后將鉆頭拉出套管后繼續(xù)鉆進(jìn)，并反復(fù)操作相同步驟，則可以有效保證鉆進(jìn)效果。巖溶地區(qū)卵石層分布狀態(tài)較為密實，加上卵石顆粒比較大，部分地段存有漂石，如果使用套管鉆進(jìn)方式時，則會遇到較大阻力，不利于工作人員持續(xù)鉆進(jìn)，當(dāng)工作人員遇到這種問題時，可以采用重錘或者比較厚的套管鉆進(jìn)，如果工作人員不顧阻力繼續(xù)鉆進(jìn)，容易導(dǎo)致鉆頭出現(xiàn)卷口現(xiàn)象，并且難以達(dá)到巖土工程要求的深度。在卵石層鉆進(jìn)中應(yīng)對地下水進(jìn)行查看，系統(tǒng)總結(jié)影響地下水水位的因素，結(jié)合地質(zhì)條件分析水文條件，確保卵石層水文調(diào)查質(zhì)量符合巖土工程勘察要求。

6 結(jié)束語

綜上所述，巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，不同地層地質(zhì)條件存在較大差別，因此工作人員在巖溶地區(qū)進(jìn)行巖土工程勘察時，應(yīng)根據(jù)勘察地區(qū)的實際情況，合理選擇鉆探勘察技術(shù)，提高巖土工程勘察鉆探技術(shù)，為后期建設(shè)工程提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。