防渗墙原状芯样钻取研究

2019-03-07谢为江高江林

水利规划与设计 2019年1期

郑勇，谢为江，高江林

(1.江西省水利科学研究院，江西南昌 330029；2.江西省水工安全工程技术研究中心，江西南昌 330029；3.克孜勒苏柯尔克孜自治州水利局，新疆克州 845350)

防渗墙是水利工程中的主体工程，其工程质量至关重要。由于防渗墙属隐蔽工程，易发生接缝、开叉、断墙、蜂窝、离析、夹泥等质量问题，且质量问题往往集中于底部，检测难度较大。准确检测防渗墙的工程质量，一直是水利工程质量检测工作中的难点和关键问题。

在防渗墙检测技术中，钻孔取芯是最直观、最可靠的方法，但由于防渗墙墙体强度不均匀，采芯率低，特别是在检测高喷、深搅及塑性混凝土墙时，采芯率常低于50%，对于检测关注重点墙体薄弱部位甚至取不到芯样，难于对墙体质量进行准确评价。本文通过对冲洗液配制、钻具改造、钻进工艺改进3项关键技术进行研究，可采取完整的防渗墙原状芯样，以实现对防渗墙质量直观、准确地评价。

1 冲洗液的配置研究

常规检测一般采用清水作为冲洗液，为满足松散破碎地层孔壁稳定需要，配置了植物胶类无固相冲洗液，配置的原材料、配合比及流程如下。

1.1 原材料

水、羧甲基纤维素钠(CMC)、烧碱、JXSK型树酯。其中，羧甲基纤维素钠和烧碱作为浆液稳定剂，JXSK型树酯为从香粉树上提取的物质，溶于水后形成一种高黏度的润滑液。

1.2 配合比

水(100)：羧甲基纤维素钠(0.2)：烧碱(0.2)：JXSK型树酯(2)。

1.3 配制流程

在高速搅拌桶内加入100kg洁净水，然后加0.2kg羧甲基纤维素钠，启动电机进行搅拌，充分溶解后再加入0.2kg烧碱，不停搅拌，充分溶解后掺入2kg粉末状树酯，掺入树酯时应缓缓地加入，尽量让树酯粉末分散下落，避免结块。搅拌均匀后(约5min左右)倒入泥浆池。然后再配制第2桶浆液，如此重复，直到满足该钻孔的预算冲洗液总量。也可根据现场温度及原材料性状做适当优化，原则：以不结块、高效、均匀为准。

与清水作为冲洗液相比，按此方法配置出的冲洗液具有以下特点：①润滑性(油性)更强，可减少钻具内壁与芯样的摩擦和磨损；②黏度更高，确保芯样不会散架；③较高密度，确保钻具不会抖动太大而破坏芯样。

2 钻具制作研究

单动双管钻具是一种外管转动，内管不转动的双层岩芯管钻具，可避免因钻具转动造成对岩芯的机械破坏，从而改善岩芯的采取率和完整度。但由于单动双管钻具的半合管为整体管，无卡扣和卡箍，易发生半合管胀开和芯样滑落，为克服这些缺点，研究了在单动双管钻具上安装新型半合管内管。新型钻具制作流程如下。

(1)以国家地质行业标准外径为89mm的单动双管钻具为基础进行改造。

(2)卸去原有的内管，换成径向弹性的半合管作为内管。此内管可随着芯样外径大小调整内管直径大小，既不会压碎芯样，也不会因间隙太大造成芯样滑落。

(3)卸去原有的地质标准钻头(钻头外径91mm)，换成钻头外径为94～95mm的非标钻头。

径向弹性的半合管的制作方法：购置一根国家地质行业标准的半合管(77mm×3.5mm)，其长度可根据单动双管钻具的规格作相应取舍。在此基础上，加设斜缝和连接扣，如图1所示。

先在标准管外侧每隔20cm左右设置环形凹槽，凹槽深度约0.8mm，宽度约50mm。凹槽内设斜缝，斜缝缝宽约1mm，每条缝长约50mm。

连接扣选用具有良好弹性的钢材，厚度约0.8mm，宽度约10mm，长度与上述斜缝间距配套。

图1 半合管结构示意图

3 钻进工艺研究

常规检测中，钻孔取芯的操作流程按照SL 291—2003《水利水电工程钻探规程》执行，没有布设沉渣池和循环沟，没有明确下钻、钻进和起钻工艺和参数。经过大量工程检测实践，对钻进工艺进行了以下改进或优化。

3.1 沉渣池和循环沟

沉渣池布设在孔口附近，尺寸2.0m×1.0m×0.6m(长×宽×深)为宜，隔渣板设在沉渣池长宽中间，留直径8～10cm的缺口或连通孔1个。

循环沟布设在孔口与沉渣池之间，循环沟总长大于等于3m，以“顺藤结瓜”设置，以减少渣量。该布设主要是为了确保返回孔内的浆液中不含砂粒，也不含过量的粉粒，从而确保双管钻具的单动性。因为砂粒或粉粒等粗颗粒一旦进入钻具的内外管之间，容易堵塞并卡住，引起内管跟随外管一起转动，即钻具失去单动性。钻具在工作时一旦失去单动性，也就使内管失去了护芯的作用，松散地层的芯样将立即崩解，碎屑随冲洗液返出，无法完整取出芯样。开钻前检查沉渣池，循环沟清洗干净。