巖土勘察中鉆探設(shè)備及工藝如何選擇

　　我國廣袤的環(huán)境和變化多端的地質(zhì)條件為巖土工程勘察提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。伴隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，應(yīng)對各類地質(zhì)環(huán)境的鉆探工藝相繼被研發(fā)。巖土工程勘察中鉆探設(shè)備及工藝應(yīng)該如何選擇呢，一起來看看!

　　1 鉆探設(shè)備及工藝

　　巖土勘探利用鉆機控制鉆具從地表向地下鉆進，在地下形成圓柱形鉆孔，并通過鉆孔獲取處于不同深度下的巖芯、土、水樣品，送往實驗室分析取得第一手基礎(chǔ)資料的手段。巖土勘測綜合性強、工藝復雜，不僅對地層、測定界限要準確劃分，還要進行原位測試，原狀土采集。因此，鉆探技術(shù)的高低和鉆探方法的選擇對整個勘察的質(zhì)量起決定性作用。

　　1.1 鉆探設(shè)備

　　鉆探設(shè)備是能夠完成鉆孔所必需的一切技術(shù)裝備的總和，一般包括鉆機、鉆探用泵、空氣壓縮機、動力機和傳動裝置以及與之配套的鉆塔、擰管裝置等。按其裝載方式，可分為整體式和組裝式，前者依據(jù)可移動性而分為固定式、拖引式和自行式三種。依據(jù)巖土鉆探設(shè)備用途可分為工程地質(zhì)、水文水井、工程施工、巖芯和取樣鉆探設(shè)備等。工程地質(zhì)鉆探設(shè)備常用于工業(yè)和民用建筑、橋梁、道路和碼頭等基礎(chǔ)設(shè)施的工程地質(zhì)勘察鉆進。水文水井鉆探設(shè)備專門用于水文地質(zhì)勘察孔和水井的鉆進。工程施工鉆探設(shè)備用途繁多，特點各異。巖芯鉆探設(shè)備和取樣鉆探設(shè)備能夠在巖石、土層或混凝土結(jié)構(gòu)中鉆進取樣勘察。

　　1.2 鉆進方法

　　鉆進方法是指在鉆探或鉆井工程中，向地下鉆進時，破碎孔/井底巖石所采取的一切方法和技術(shù)總稱。依據(jù)鉆進工藝可分為：正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進、反循環(huán)鉆進、振動鉆進、螺旋鉆進、沖抓錐(斗)鉆進、潛水鉆進、沖擊鉆進。按鉆進時是否采取巖芯，又可分為取芯鉆進與不取巖芯鉆進。按回轉(zhuǎn)鉆進時破碎巖石所使用的磨料，又分為硬質(zhì)合金鉆進、鉆粒鉆進和金剛石鉆進等。

　　2 不同地層的鉆探工藝

　　2.1 粘性土(可塑偏軟/硬粘性土)

　　針對軟弱粘性土強度低、壓縮性很大且滲透系數(shù)很小、觸變性及流變性大等特點，可采取重錘沖擊鉆進和長/短螺旋鉆進，如果鉆探環(huán)境位于地下水位以下，可采取套管螺旋鉆進或沖擊回轉(zhuǎn)鉆進。重錘沖擊鉆進效率比較低，且對孔底附近一定范圍內(nèi)地層有擾動。螺旋鉆進通過電動機帶動螺旋鉆桿在鉆壓作用下使鉆頭回轉(zhuǎn)吃入地層，將地層按螺旋線逐步切削，切刮下的土質(zhì)碎屑沿螺旋葉片上返到孔口，該方法鉆進效率高且不用清洗設(shè)備。長螺旋鉆進直徑應(yīng)小于1m，深度不超過15～20m之間。短螺旋鉆進屬于非連續(xù)型鉆機，較之長螺旋鉆效率稍低，其孔徑多在2～3m內(nèi)，鉆進深度一般小于30m，最深不超過50m。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進對泥漿比例要求較高(表1)，避免水流將鉆進土層沖散混入泥漿。必要時可在回次終了時，停止送水，增加干鉆進尺距離已獲得土層樣品，或采用雙動雙管取心鉆具。 對于硬塑狀粘性土，一般的螺旋鉆進在土的粘性較大時易發(fā)生埋鉆或鉆桿折斷的現(xiàn)象，且對土層擾動較大，應(yīng)盡量選用小肋骨鉆頭，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)分)液動、氣動和氣液混合動力三種，具有效率高、鉆具轉(zhuǎn)速低、鉆頭壽命長和孔內(nèi)事故少等特點。液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進以清水或泥漿形成高壓作為動力，鉆孔直徑一般為56-130mm，最大不超過400mm，鉆孔深可達800-1000m;氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進以高壓空氣為動力，鉆孔直徑介于65-228mm之間，最大可達到762mm。施工中，應(yīng)先慢速鉆進，使鉆頭切入土層后改用中速轉(zhuǎn)進，可加快鉆進速度且鉆具提升阻力小。

　　2.2 砂層

　　該地層的鉆探工藝與砂粒粒徑有很大關(guān)系，且受地下水影響較大。螺旋鉆進適合砂土中粘粒含量較高且砂粒主要為粉細砂的地質(zhì)環(huán)境，如果需深孔鉆進，可在施工后期換用小直徑螺旋鉆。粉細砂雜粘性土情況下，應(yīng)降低鉆速，減小鉆進壓力，泵量調(diào)整至適中。回次終了前，應(yīng)以泥漿清洗鉆孔，將孔內(nèi)懸浮的粉細砂帶入泥漿池后方可停泵，減小沉砂卡鉆事故發(fā)生的幾率，停泵后干鉆0.3-0.5m，確保巖心不脫落。對于中粗砂、礫沙以及地下水位以下的沙土，一般采用品字形硬質(zhì)合金鉆頭，低轉(zhuǎn)速，灌漿泵吸反循環(huán)鉆進，過程中需不斷浮動鉆具，慢提快放，形成空底反循環(huán)(其推薦參數(shù)可見表1)。因鉆頭外徑略大于巖芯管，所以能很好地約束巖芯管，確保巖芯的原始結(jié)構(gòu)。沒回次終了前，以泥漿清洗鉆孔，去除空中懸浮粗、礫沙，防止沉砂卡鉆。最后停泵干鉆0.2-0.3m，停止浮動鉆具精細干燒，防止鉆孔周壁坍塌造成廢孔，并帶出巖芯樣品。

　　2.3 卵石層

　　該層鉆探工藝受地層厚度、密實度、含水率和粘性土填充情況影響，不同地層情況應(yīng)選用不同鉆探工藝。地層厚度不大時，可采用泥漿護壁回轉(zhuǎn)鉆進，地層厚度大，粘性土含量低時可采用跟管鉆進。跟管長度3-6m，鉆速30-60r/min，盡量保證進尺的連續(xù)性和順利性。地層密實度較高時，可采用回轉(zhuǎn)鉆進，為防止孔壁坍塌，可采用投入粘土球的方法，對孔壁進行暫時保護。出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象時，應(yīng)加大泥漿濃度或鉆進一定深度后，拔出鉆具，放入跟管繼續(xù)鉆進，鉆速以20-40r/min為宜，對于套管中可能留有卵石，導致絲扣脫滑現(xiàn)象，可采用反絲套管。

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