试析岩土工程勘察中钻探工艺的选取

2015-03-31邹弦

地球 2015年10期

关键词：粘性钻具钻杆

■邹弦

（重庆市勘测院重庆 400020）

试析岩土工程勘察中钻探工艺的选取

■邹弦

（重庆市勘测院重庆 400020）

在岩土工程勘察过程中，钻探工艺的选取直接关系到岩土特性及其物理学指标的准确性，要确保钻探质量，就要结合不同土层的性质，选择不同的钻探工艺。本文主要对钻探设备的选取和不同地质层的钻探工艺进行了探讨。

岩土工程勘察钻探工艺

随着社会经济的飞速发展和城市化进程的加快，我国的建筑规模也在不断扩大。在工程建设过程中，确保地基的承载力，控制建筑物的沉降变形显得非常重要，这就需要工程师提供可靠的原始地质勘查资料，为建筑物的设计提供重要参考依据。

1 钻探设备的选取

常用的钻探设备包括钻机、钻塔、动力装置、拧卸装备等，在岩土工程勘察中钻探工艺的选取主要是为了满足勘察要求。现在勘察领域中常用的勘察设备为汽车钻，原因是其具有较高的工作效率。因此，在岩土工程勘察项目中，钻探设备对钻探工艺的影响不大，但钻进方法和钻探工具直接影响着勘察质量。

1.1 钻杆的选取

在选取钻杆时应按时检查钻杆轴线，确保其直线度误差在0.1%以内；同时，还可以为钻机配置直径分别为42mm和50mm的两套钻杆，前者主要用于软土层和较硬土层的原位测试和钻进，后者则主要用于硬土层的钻进，并能有效预防钻杆的脱落和折断。

1.2 岩芯管和钻头的选取

就目前来说，岩土工程勘察所用到的钻头主要有硬质合金取心和螺旋型钻具，在勘察中要结合地质情况和钻进方法选择钻具，前者主要用于硬质合金的钻进，后者则主要用于螺旋钻进。其中，常用的螺旋钻可分为短螺旋钻、长螺旋钻、振动螺旋钻、环状螺旋钻、套管螺旋钻以及麻花钻等。在进行岩土勘查时要结合地层的不同选取相应的钻进方案和钻具，以下就此问题进行简单分析：

（1）可塑偏软粘性和软弱粘性土层：对处于地下水位之上的土层，由于其强度不高，适合应用螺旋钻进或重锤冲击钻进，长螺旋钻是最佳选择；对处于地下水位之下的土层，当孔深较浅时可使用套管螺旋钻，当孔深较深时建议使用冲击同转钻。因为长螺旋钻不用循环液，在软弱粘性土层中具有较高的钻进效率，取出岩芯后还可以看到天然的地质结构，不会对地质状态和结构的描述造成影响，也不影响对土层深度和厚度的判断。若选用冲击同转钻，需配置好水泥比例，在符合护壁要求的情况下尽可能地将水泵流量减小，以免因水流较大冲散土层并参杂泥浆。

（2）坚硬、硬塑以及可塑偏硬粘性土层：对于这些土层宜使用冲击同转钻，同时要采用小肋骨钻头，比岩芯管大11~14mm的肋骨钻头切削粘性土的作用较强，对土层的影响小，几乎不影响对土层深度和厚度的判断，确保土体的原样提取和分层的质量。为提高工作效率，在实际的勘察中往往选用螺旋钻，但是因为该地质层具有较高的强度，所以螺旋钻也难以起到高效优势，在对坚硬、硬塑以及可塑偏硬粘性土层进行钻进时要注意选择合适的螺旋距。

（3）砂层：对于该层地质，最重要的是要注意地下水带来的影响。要考虑处于地下水位之上的砂石直径和粘粒含量，当含量大时宜选取螺旋钻，若孔深较深，建议在后期换用直径较小的螺旋钻。

（4）碎(卵)石层：对于处在这一层的土层来说，需考虑的主要是其地下水位以及填充物。处于地下水位之上、填充物主要为粘性土的碎(卵)石层，由于它具有较强的粘结性，且粘土粒具有较大的自由表面张力，在钻进时不容易引起孔壁坍塌，能够在裸孔时直接钻进，其钻具宜选用加厚螺旋钻或者单管岩芯管；处于地下水位之下的碎(卵)石层，由于它较容易受地下水的影响，发生孔壁坍塌的可能性非常大，可以适当应用泥浆进行护壁，宜选用套管护壁跟管进行钻进，当遇到直径比管径大的碎石和卵石的时候，可用一字钻头或角锥将其击碎。

2 不同地质层的钻探工艺

（1）可塑偏软粘性和软弱粘性土层：将螺旋钻的叶片长度控制在大约1m，直径比钻孔直径要小一些。钻进速度一般为90r/min~ 100r/min，孔内水位在钻进的同时也慢慢上升，有一定的润滑作用，缓解上钻阻力。但是当钻进转速变高时，提高了上钻速度，此时水就会产生不良影响，导致土样从叶片上掉落，难以达到预期效果，这时可使用油缸将钻具慢慢提升。

（2）坚硬、硬塑以及可塑偏硬粘性土层：该层含水量较小，有粘性土填充时可用同转跟管，钻进速度为20r/min~40r/min，钻进平稳进行时可增加其钻进参数。当压力表变化幅度过大时，要马上提钻，以免钻机和钻头合金受损。③密实碎(卵)石层：由于该层含水量小，同时有粘性土填充，可使用合金干钻，先选用小值参数，然后根据进尺的加大而慢慢加大参数，可适当将钻具进行上下窜动，以免钻头被堵死或烧死。

（3）砂层:该层钻探工艺的选取与地质颗粒的大小有着密切的联系：①粉细砂混合有粘性土：在进行该处的钻进时，压力不应过大，不要上下活动，低速钻进，当孔内的悬浮粉细沙被冲入泥浆池之后才可以停止钻进，以防出现沉砂卡钻。②砾砂、中粗砂：通过灌浆无泵进行反循环、低速钻进，同时应保持钻具浮动，下方快，上提慢，从而在孔底形成反循环，为确保卡芯和取心率，在终止钻进前，要用清泥浆将钻孔进行清洗，当孔内的悬浮粉细沙被冲入泥浆池之后才可以停止钻进，以防出现沉砂卡钻，等到钻具不再浮动时再进行干烧卡芯。

（4）碎(卵)石层：该层地质的含水率、密实度以及粘性土的填充情况都在很大程度上影响着其钻探工艺的选取，组合理论不同，所采用的钻探工艺也有所不同，其钻孔压力一般为2000 N~3000 N。松散碎(卵)石层的粘性土含量不高，使用植物护壁取得的效果不明显，最有效的钻进工艺是跟管钻进，跟管长度控制在3m~6m之间，钻速控制在30r/min~60r/min。若进尺较为顺利，不宜对钻进参数进行更改。