新型鉆探工具在河道勘察中的應(yīng)用

陳麗麗，鄒海文

(沈陽市勘察測(cè)繪研究院有限公司，遼寧 沈陽 110004)

1 引 言

伴隨城市發(fā)展，修建的明渠、人工湖、運(yùn)河水系等日益增多，但是這類水系防護(hù)坡過低或者不堅(jiān)固甚至有些人工河沒有任何護(hù)坡措施，進(jìn)而導(dǎo)致河道兩岸塌陷，河道越來越窄，同時(shí)部分地區(qū)雨污分流沒有很好完成，污水未經(jīng)處理排入河道，致使河道受污染嚴(yán)重，河道底部淤泥沉積加劇。近些年各地區(qū)大規(guī)模開展河道整治工作，進(jìn)行河道清淤清障、拓寬河道、修建水閘、修建污水處理泵站、新建橋梁以及修建護(hù)岸邊坡等配套工程，綜合提升河道周圍區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

勘察過程中發(fā)現(xiàn)對(duì)于部分人工河以及明渠，由于河道本身寬度不大且河水較淺，造成了無法在河道內(nèi)搭設(shè)水上作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行河底淤泥勘察。若采用截?cái)嗌嫌魏铀姆绞?，由于河道底部存在淤泥，土質(zhì)較差，機(jī)器設(shè)備鉆探施工困難太大，針對(duì)這類問題，現(xiàn)采用一種新型的鉆探工具對(duì)河道內(nèi)淤泥進(jìn)行勘察工作。

2 勘察鉆探常用的設(shè)備

目前勘察行業(yè)常用的鉆進(jìn)方法主要有回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊鉆進(jìn)、錘擊鉆進(jìn)、震動(dòng)鉆進(jìn)、沖洗鉆進(jìn)。對(duì)于要求需要采取巖芯的鉆孔，應(yīng)采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；對(duì)于黏性土可根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)采用螺旋鉆進(jìn)或錘擊鉆進(jìn)的方法；對(duì)于碎石土可采用金剛石單動(dòng)雙管鉆具鉆進(jìn)。

對(duì)于河道治理工程主要采用回轉(zhuǎn)和沖擊鉆進(jìn)的方法。沈陽地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)主要采用XY150型號(hào)和GJ200型號(hào)，沖擊鉆進(jìn)主要采用SH30型號(hào)。

XY150型鉆機(jī)最大鉆深150 m，是一種具有油壓給進(jìn)的高速輕便鉆機(jī)，適用廣泛、液壓給進(jìn)鉆機(jī)，具有動(dòng)力大、提升力大(2T)、傳遞扭矩大等特點(diǎn)，適合鐵路、水利、橋梁、壩基等建筑物的工程地質(zhì)勘察。

GJ-200型鉆機(jī)最大鉆深200 m，具備各種淺孔鉆機(jī)的主要功能和特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、簡單，操作方便，鉆進(jìn)能力強(qiáng)，適合各種復(fù)雜地層鉆進(jìn)的新型、輕便回轉(zhuǎn)式多功能鉆機(jī)。

SH30型鉆進(jìn)最大鉆深30 m，在工業(yè)建筑和民用建筑勘察、公路、水利、鐵路勘察使用非常普遍，實(shí)用性強(qiáng)，可適用于耕土、黏性土、砂卵石等第四系覆蓋層。

3 河道清淤勘察新型鉆探工具

在河道綜合整理勘察中，河道清淤清障部分的勘察主要目的是查清河道底部淤泥以及污染土厚度和污染程度。對(duì)于一些河道寬度和水深適當(dāng)?shù)膮^(qū)域可以采用水上作業(yè)進(jìn)行勘察，然而對(duì)于不具備水上作業(yè)條件的河道勘察，可以采用一種新型工具進(jìn)行鉆探取樣，查清淤泥厚度。

3.1 新型鉆進(jìn)工具簡介

該小型鉆探工具主要是由鋼材制作而成，鋼管直徑 2 cm～5 cm，該鉆進(jìn)工具可鉆進(jìn) 3 cm～5 cm，鉆桿可采用 1.0 m一段鋼管通過螺紋連接，便于鉆進(jìn)施工。鋼管為半合管，取出鉆具后可以打開便于觀察、測(cè)量和取擾動(dòng)樣，第一節(jié)鉆桿鉆頭采用刃角設(shè)計(jì)便于鉆進(jìn)，同時(shí)巖芯管距離鉆頭 20 cm處將巖芯管制開出一個(gè)長 10 cm左右的孔，便于提鉆時(shí)觀察地層。

該工具可采用沖擊鉆進(jìn)也可以采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，在鉆具螺紋連接處連接沖擊墊塊時(shí)可采用錘子沖擊鉆進(jìn)，沖擊鉆進(jìn)主要適合填土、淤泥、砂類土地層；當(dāng)螺紋連接處連接動(dòng)力設(shè)備可進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)適合填土、淤泥、砂類土、碎石土地層。

該鉆探設(shè)備可以鉆進(jìn)成孔和取擾動(dòng)樣，目前主要采用沖擊鉆進(jìn)，在河道內(nèi)無水的區(qū)域勘探時(shí)，可以回次進(jìn)尺，鉆進(jìn) 1 m后可以提鉆取樣測(cè)量地層，然后通過螺紋連接鉆具繼續(xù)進(jìn)行鉆探。在有水取樣勘探時(shí)，若不能一次鉆探到位，提鉆后水下無法準(zhǔn)確找到之前的鉆孔，同時(shí)水下淤泥性質(zhì)較差，提鉆后鉆孔很可能塌陷，故需要一次鉆進(jìn)到原狀無污染地層，再提取鉆具一次性取樣和測(cè)量地層。

圖1 河道淤泥勘察新型鉆探工具

3.2 新型鉆進(jìn)工具優(yōu)缺點(diǎn)

該鉆進(jìn)工具可進(jìn)行河道、人工湖等淤泥勘察，小巧便攜便于鉆探施工。不僅河道底部無水時(shí)可進(jìn)行作業(yè)，對(duì)于中小型人工湖河，河水水深較淺時(shí)也可進(jìn)行鉆探作業(yè)。鉆進(jìn)成孔可取擾動(dòng)樣，進(jìn)行污染指標(biāo)分析。缺點(diǎn)是該鉆進(jìn)工具無法取原狀樣，無法進(jìn)行原位測(cè)試。

4 新型鉆探工具在工程應(yīng)用

4.1 工程概況

滿堂河屬于渾河一級(jí)支流，發(fā)源于上木匠村，經(jīng)渾南區(qū)、沈河區(qū)后于王家灣橡膠壩匯入渾河，河流長 23.5 km，控制面積 62.73 km2。滿堂河生態(tài)環(huán)境提升改造工程主要治理沈河區(qū)段滿堂河(三環(huán)繞城高速公路橋-新開河-渾河口)區(qū)間，治理段全場(chǎng) 8.76 km，主要包括河道清淤清障工程、水閘、蓄水池、護(hù)岸、景觀橋、雨污管線、橋梁工程等。該項(xiàng)目主要解決河道淤泥、護(hù)岸及生態(tài)環(huán)境提升，河道寬 5 m～15 m，河道不足 6 m的拓寬河道，超過 6 m的參考現(xiàn)狀河道進(jìn)行清淤清障。

4.2 清淤清障工程勘察重點(diǎn)難點(diǎn)

清淤清障勘察工程部分主要目的是查清河道底部雜填土、沖填土、淤泥以及受污染地層的厚度。對(duì)于該工程滿堂河(三環(huán)繞城高速公路橋-新開河入河口)區(qū)間河底存在淤泥地層、而其他區(qū)間主要以雜填土、沖填土為主。

對(duì)于回填土區(qū)間勘察可以把上游水閘關(guān)閉，鉆機(jī)進(jìn)入河道底部進(jìn)行鉆探勘察。

對(duì)于淤泥地層區(qū)間鉆探存在以下問題：河道寬度不夠沒有足夠作業(yè)面進(jìn)行施工；河道河水較淺無法搭設(shè)水上鉆探平臺(tái)進(jìn)行鉆探施工；河道底部存在淤泥呈軟塑流塑狀態(tài)，承載力過低機(jī)器無法在上面進(jìn)行鉆探施工。針對(duì)這些問題現(xiàn)場(chǎng)采用上述新型鉆探工具對(duì)河道底部地層進(jìn)行勘探，該工具可以鉆探取擾動(dòng)樣，取擾動(dòng)樣后可進(jìn)行砂樣顆粒分析以及污染性分析。圖2為現(xiàn)場(chǎng)鉆探施工圖片：

圖2 現(xiàn)場(chǎng)鉆探圖片

4.3 地層結(jié)構(gòu)及其分布特征

護(hù)岸、水閘、蓄水池、河道內(nèi)填土區(qū)間采用SH30進(jìn)行鉆探，河道底部采用上述工具進(jìn)行鉆探?？紤]成因、時(shí)代、地貌單元以及巖性，劃分依據(jù)為野外原始編錄、土工試驗(yàn)成果，同時(shí)參照原位測(cè)試指標(biāo)變化。根據(jù)鉆探揭示，揭露地層主要為河泥①、雜填土①1、雜填土②、粗砂③、粉質(zhì)黏土④、粗砂⑤、礫砂⑥和圓礫⑦，各地層具體分布詳見工程地質(zhì)剖面圖。地層描述如下：

河泥①：黑色，流塑狀態(tài)，飽和。性質(zhì)不均，具臭味，含少量保存較好的植物殘?bào)w，含腐殖質(zhì)，比重輕。該層在場(chǎng)區(qū)不連續(xù)分布，可見厚度范圍 0.1 m～2.0 m，可見層底埋深0.1 m～2.0 m。

雜填土①1：雜色，松散，稍濕。主要由黏性土、砂類土、碎磚、建筑垃圾等組成。均勻性差，主要為人工亂排，形成河道障礙。該層在場(chǎng)區(qū)不連續(xù)分布，可見厚度范圍 0.6 m～0.9 m，可見層底埋深 0.6 m～0.9 m。

雜填土②：黑色～灰黑色，松散，濕～飽和。主要由黏性土、砂類土、碎磚、建筑垃圾等組成。均勻性差，主要為河流沖填形成，厚度變化較大。該層在場(chǎng)區(qū)不連續(xù)分布，可見厚度范圍 0.3 m～2.5 m，可見層底埋深 0.5 m～2.9 m。

粗砂③：以灰黑色為主，局部黃褐色，飽和，松散狀態(tài)，礦物成分以石英、長石為主，均粒結(jié)構(gòu)，局部含少量黏性土。該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)不連續(xù)分布，可見厚度范圍 0.2 m～3.1 m，可見層底埋深 1.0 m～4.0 m。

粉質(zhì)黏土④：灰褐色，軟塑狀態(tài)，高壓縮性，局部為有機(jī)質(zhì)土和黏土。切面稍有光澤，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，含鐵錳質(zhì)結(jié)核。該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)不連續(xù)分布，可見厚度范圍 0.3 m～3.5 m，可見層底埋深 1.9 m～5.0 m。

粗砂⑤：以黃褐色為主，局部灰色，稍濕，稍密狀態(tài)，礦物成分以石英、長石為主，均粒結(jié)構(gòu)，局部含少量黏性土。該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)不連續(xù)分布，可見厚度范圍 0.5 m～3.1 m，可見層底埋深 2.6 m～5.0 m。

礫砂⑥：以黃褐色為主，局部灰色，稍濕，中密狀態(tài)，礦物成分以石英、長石為主，級(jí)配差，混粒結(jié)構(gòu)。該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)連續(xù)分布，本次勘察未穿透該層，最大揭露厚度 4.0 m，最大揭露深度 5.0 m。

圓礫⑦：以黃褐色為主，局部灰色，中密狀態(tài)。母巖為結(jié)晶巖，級(jí)配好，亞圓形，排列緊密，中粗砂充填，局部夾礫砂薄層，一般粒徑 2 mm～20 mm，可見最大粒徑約 60 mm。該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)連續(xù)分布，本次勘察未穿透該層，最大揭露厚度 3.9 m，最大揭露深度 5.0 m。

4.4 各巖土層原位測(cè)試數(shù)理統(tǒng)計(jì)表

砂類土和碎石土顆粒分析統(tǒng)計(jì)如表1所示，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表1 砂類土和碎石土顆粒分析統(tǒng)計(jì)表

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

原位測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：粗砂③呈松散狀態(tài)、粗砂⑤呈稍密狀態(tài)、礫砂⑥呈中密狀態(tài)、圓礫⑦呈中密狀態(tài)。

4.5 地層處理建議方案

(1)河泥①、雜填土①1和雜填土②成分復(fù)雜，性質(zhì)不均，均勻性差，受一定的污染，建議挖除處理。

(2)粗砂③、粉質(zhì)黏土④、粗砂⑤、礫砂⑥和圓礫⑦局部為灰黑色，受一定的污染，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求采取相應(yīng)的處理措施。

(3)對(duì)河道的清淤后期施工，可采用分段圍堰的措施。

5 結(jié) 論

本文結(jié)合滿堂河生態(tài)環(huán)境提升改造工程，有條件區(qū)域采用SH30及XY150鉆探設(shè)備進(jìn)行鉆探，不具備施工條件區(qū)域采用上述新型鉆探工具進(jìn)行鉆探，兩者結(jié)合很好地解決了河道治理工程的勘察工作。

今后河道清淤清障工程，人工湖清淤工程等類似工程都可采用上述工具進(jìn)行鉆探，根據(jù)項(xiàng)目具體情況結(jié)合傳統(tǒng)鉆進(jìn)設(shè)備鉆探能在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上很好的解決野外鉆探的問題。