肖吉松 李春辉 耿荣华

(青岛纬测地理信息有限公司，山东 青岛 266431)

1 概述

随着沿海城市的快速发展，多地通过移山填海增加土地资源，由此产生大量海岸填石场地，普遍存在较厚的填石层，这类场地的开发建设存在许多问题和困难，对勘察工作来说，合理的勘探技术可以有效地节约成本和工期，提高勘察质量，勘察工作应依据厚填石场地工程特点采用合理的处理措施进行施工。

常用的勘探手段有槽探、井探、钻探和地球物理勘探，在岩土工程勘察中，钻探是最广泛采用的一种勘探手段，可以鉴别、描述土层，岩土取样，进行标准贯入试验或波速测试等[1]。目前多数项目的勘察工作都基于钻探手段。

2 海岸厚填石场地勘察案例分析

2.1 工程概况

青岛慧据智慧家园R3地块项目位于青岛市黄岛区滨海大道以南，南临黄海海岸线，拟建项目包含六栋高层住宅，为剪力墙结构，筏板基础，设计基底压力为350 kPa。场区原为海岸滩涂地貌，现由山坡开挖的块石、碎石回填，地层透水性强，地下水丰富且受潮汐影响严重。本次勘察共布置勘探点48孔，总进尺1 060 m。

2.2 场地工程地质条件及地层结构

勘察工作前通过搜集原始地形图判断场地原始地面高程，选择局部代表性区域进行挖探和钻探，通过以上工作判断填石层的厚度、填石含量和块径，鉴别下部岩土层类型和分布。钻孔揭露该场地地层结构自上而下分别为填石层、淤泥质粉质黏土层、下伏风化岩层，地层结构较简单。其中填石岩性多为花岗岩，中～微风化，花岗岩饱和单轴抗压强度在55 MPa～70 MPa，填石厚度一般在6 m～10 m，局部揭露可达15.7 m，块石粒径多为30 cm～70 cm，最大粒径可达150 cm。

2.3 常用勘察方案分析

该场地临近海岸线，场地上部为较厚的填石层，填石粒径较大，且场地内存在地下水位高、地下水赋存丰富、受潮汐影响等难题。根据拟建高层的结构特点和场地工程地质条件，项目设计基底压力为350 kPa，要满足建筑物设计基底压力的要求宜考虑采用桩基础，要获得较大的单桩承载力，桩基础需穿透上部厚填石层、淤泥质粉质黏土层，以下伏基岩作为桩端持力层。常用的几种钻探方案分析如下。

2.3.1普通钻探+套管护壁

采用普通钻机回转钻进，钻进同时及时打入套管进行护壁，防止上部填石层塌孔。该方案能够准确、实时的了解岩土层所发生的变化，并可依据地层变化随时进行原位测试或岩芯取样，是岩土勘察技术中最为可靠的一项勘察技术。但该方案在钻进填石层时存在一些问题：

1)填石粒径大、强度高，钻进困难；

2)钻头消耗量大，平均每个钻孔约消耗5个钻头；

3)泥浆护壁回转钻进过程中极易产生漏浆，黏土粉的消耗量大；

4)该层钻进工程中极易塌孔，经常在打入套管前已塌孔，无法下套管，提钻后又无法加杆进尺。为解决上述问题需反复钻进，甚至废孔重钻，因此造成施工进度很慢，平均每3 d～4 d完成一个钻孔。普通钻探施工如图1，图2所示。

2.3.2机械明挖+普通钻探

结合相似场地的勘察经验，提出采用挖掘机挖除上部填石后再应用钻探技术进行勘察。选用挖掘机的臂长约6.0 m～6.5 m，因上部填石层较厚，现场需两级开挖。考虑场地地下水丰富且水位较高，地层透水性强，地下水受潮汐影响严重，必须配合止水排水措施才能完成开挖，由此而产生的勘察成本巨大，不切实际。

2.3.3空气潜孔钻进+套管护壁

空气潜孔钻进设备包含空气压缩机和气动潜孔锤(如图3，图4所示)，是以压缩空气为动力的一种风动冲击工具。它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和将破碎的岩石颗粒排出。利用空气潜孔钻进可以高效的穿透填土层，钻进过程中还可同时跟进套管，利用套管护壁防止塌孔。其具有钻进效率高、功能消耗少，材料消耗少的优点，且空气潜孔钻进的钻具转速低，可有效提高钻孔的垂直度。但空气潜孔钻进也存在一些问题：1)技术要求高，需要根据地层情况及时调整钻进参数(风量、风压、转速等)，否则容易出现埋钻、卡钻事故[2]；2)其钻探技术单一，钻进过程中岩土层破碎成粉末，无法采取岩土芯，无法配合原位测试、取样等工作。

2.4 勘察方案的改进与优化

根据场地地质条件和桩基础设计要求，该场地勘察的主要困难有两点：

1)选择合理的钻探方案，穿透上部厚填石层，同时避免塌孔，为后面的取样和原位测试工作提供孔内空间。

2)通过钻探、原位测试和岩石试验等手段查明下伏基岩的岩性、构造、岩面变化、风化程度，确定岩石的坚硬程度、完整程度和基本质量等级。

普通钻探技术在填石层钻进施工中存在钻进困难、塌孔、漏浆等问题，但其可以为室内试验工作采取较好的岩土试样；空气潜孔钻进技术可以利用产生的气动冲击能快速的破碎岩石，高效地完成填石层的钻进，但其在钻进过程中无法采取岩土试样，给下部地层划分和岩土评价带来困难。基于上述问题，考虑采用多种钻进技术相结合的勘察方案。综合考虑各种勘探方式的可行性，结合拟建场地的特点，充分发挥各项勘探方式的优势，提出采用空气潜孔钻进方式穿透填石层，填石层钻进同时跟进套管，钻探深度至淤泥质粉质黏土层后更换普通钻机进行回转钻进的方案，称这种勘察方案为“空气潜孔钻进+套管护壁+普通钻探”。

3 “空气潜孔钻进+套管护壁+普通钻探”勘察方案实践

应用“空气潜孔钻进+套管护壁+普通钻探”的方式，上部填石层可以快速高效的穿透，填石层穿透后及时更换普通钻机回转钻进，回转钻进同时按照勘察要求进行原位测试和取样。该方案充分发挥了上述钻进技术的优势，避免了存在的缺陷，有效解决了厚填石场地勘察中存在的难题。

调整优化勘察方案后，项目整体配备2台YM-160型锚固工程钻机对上部填石层进行钻进，6台XY-180型普通钻机对淤泥质粉质黏土层和下伏基岩进行回转钻进，一台YM-160型钻机配备3台XY-180型钻机，一拖三模式组合，每台锚固工程钻机配置不少于160 m套管。勘察施工工序为：

1)采用锚固工程钻机穿透填石层并同步跟进套管，穿透填石层后取出钻头并保留套管；

2)更换普通钻机钻进，并同时进行标准贯入试验和取样；

3)达到钻探深度后取出套管，进行下一个探孔施工。该方案在施工过程中应注意：

首先，第1)步跟进套管直径应比第2)步回转钻进的钻头直径略大，否则在更换钻进方式时很难控制机械进行钻孔对中，增加控制难度。

其次，跟进套管前应在套管外壁上涂刷润滑剂，减小套管壁与岩土层之间的摩擦力，同时应尽量缩短第1)步与第2)步钻进的时间间隔，第2)步钻进终孔后及时拔出套管，否则会造成拔管困难。

最后，空气潜孔钻进至淤泥质粉质黏土层后应及时停止钻进并将潜孔锤取出，否则易造成陷锤。

4 结语

海岸厚填石场地存在填石粒径大、强度高、地层透水性强、含水量大等问题，应用空气潜孔钻进并跟进套管的钻探方式处理厚填石钻探问题有效、可行，具有工期短、质量好的优点，厚填石层穿透后更换普通钻机进行钻探，并通过取样和原位测试获得下部地层参数。本案例通过“空气潜孔钻进+套管护壁+普通钻探”组合钻探方案有效解决了海岸厚填石场地的勘察难题，为后续该类场地的勘察提供参考。