岩土工程勘察中钻探工艺选取

李 雄

（湖南省核工业地质局三0六大队，湖南 衡阳 421003）

岩土工程作为一门新学科。自二十世纪七十年代开始发展起来后，形成了岩体工程和土体工程两个学科。岩土勘察工作是保证建筑工程质量的前提，其主要步骤是将钻机钻入地表以下，形成钻孔，从而获得不同深度的水、土等样品，从样品中分析不同深度的岩层数据。岩土勘察工作作为其他工程的基础，其主要特点是工艺复杂，综合性较强，从而导致施工难度大，而勘察质量与钻探方法和技术直接相关，本文主要对钻探工艺进行分析，以供读者参考。

1 岩土工程勘察中不同地层钻探工艺阐述

1.1 粘性土

粘性土的特征十分明显，包括：渗透系数小、压缩性高以及强度低等。这类土质适合回转钻进与重锤冲击钻进。不仅如此，若是钻探区域在地下水位以下，则需要采取回转钻进。其中，重锤冲击钻进工艺的优势在于能直观的反映地下水的埋藏情况，弊端也很明显，即钻探效率低，会对钻孔洞底部土层带来不同程度的扰动；而回转钻进工艺优势在于钻探效率高。

1.2 砂卵石层

在进行卵石层环境的钻探作业时，会受到各种因素的干扰，使得在地层条件不同的情况下需要采用不同的钻探工艺完成勘探工作。举例而言，如果地层较厚、泥质含量低，需要使用跟管进行钻进工作；如果在地层较薄时需要使用泥浆护壁回转的方式进行钻进。在地层较为密实的区域，使用回转钻的方式进行工作，从而防止孔壁坍塌。钻进时，使用粘土球还可以起到保护孔壁的作用。如果出现塌孔现象，需要增加泥浆的浓度，从而有效控制钻进速度。在较为松散、粘性土含量低的卵石层，需要使用泥浆护壁、跟管钻进的方式。

2 具体工程案例分析

2.1 工程概况

衡阳至云集干道工程为城市Ⅰ级主干路，设计车速80km/h，茅叶滩湘江大桥为本工程的重要工点，位于衡阳市雁峰区湘江乡茅叶滩村，设计起点为K1+135，设计终点为K1+905，主桥长约0.77 km，引桥长约0.9 km。

2.2 地层岩性

勘察区出露地层有第四系松散堆积层（Q4）以及第三系粉砂质泥岩，各岩性特征简述如下：

2.2.1 第四系松散层（Q）

第四系松散堆积层主要粉质黏土、粉砂及卵石为主，结构松散，厚度较大。其中，粉砂层呈饱和、中密状,顶面埋深0.70～10.60m，层厚3.90～6.80m，平均厚度5.58m。卵石层呈饱和、稍密-中密状,其主要成分为石英等,呈浑圆状, 致密坚硬，不易击碎，骨架间充填少量中粗砂及黏性土，顶面埋深4.70～12.60m，层厚7.10～16.70m，平均厚度11.98m。

2.2.2 粉砂质泥岩

灰绿色夹棕红色，泥钙质结构，岩层厚度为中-薄层状，岩石风化裂隙较发育，节理裂隙面有铁锰质渲染，岩芯多呈柱状夹块状或饼状，节长一般5-30cm，锤击声哑，易击碎，为软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩石质量指标RQD值55-70。顶面埋深15.02～27.79m，控制厚度28.00～45.80m。

2.3 钻探施工技术难点

本场地地质条件复杂，地下水丰富，场地存在粉砂层、卵石层等松散堆积层，钻探揭露卵石层最大厚度达16.7m，且部分钻孔在湘江江面上施工，野外钻探难度极大。由于湘江水位的不断变化，严重影响了地层划分的准确性。在粉砂层及卵石层中钻进时，极易发生垮孔、卡钻，机械磨损及材料消耗巨大，工时增加，导致成本成倍增加。

2.4 钻探施工工艺

钻探采用Φ127mm口径金刚石钻头开孔，Φ130mm、Φ110mm套管跟管钻进，在钻进过程中不断调整钻头参数及泥浆配比，取得了较好的效果。施工现场制作用于捞取岩心的钻头,这种现场制作的钻头制作方便,成本低廉。它是利用废旧磨损钻头,在钻头前端钻孔,在孔内穿插钢丝绳,形成网状,且绳尖端向上,卵石能顺利进入,利用钢丝绳的支撑进入钻头的卵石,清孔便捷,钻进过程中不断及时地清孔,能够有效缓解或解决钻孔内卵石垮塌所带来的问题,节省勘察时间,减少钻具不必要的消耗。

同时，采用最佳的循环液配制与金刚石钻头合理参数互相配合进行钻探，才能取得最好的效果。本次钻探采用SM植物胶浆液作为循环液，一开始就有效降低了清水对易垮孔地层的冲刷。在钻进厚层卵石层时，植物胶浆液能在孔壁形成坚韧的胶膜，使孔壁稳定，不掉块，不坍塌、不漏浆，同时利用植物胶的润滑作用又能减少钻具震动，有利于提高岩芯采取率。

泥浆采用了SM植物胶与膨润土混合调成混合浆液，配比为：膨润土的浓度为3%～5%，SM植物胶浓度为0.5%～0.8%，纯碱浓度为膨润土及SM植物胶总重量的4%～5%；加入2000ppm（0.2%）的羟甲基纤维素（CMC）。

图1 地层岩性特征图

图2 地质剖面图

当发生漏浆时，可用由膨润土和CMC制成的浓浆（粘度在60s以上）直接倒入孔内，钻具不钻进而在孔内高速旋转，将浓浆甩至孔壁堵漏，严禁顶漏钻进，否则极易造成孔壁坍塌事故。

在钻进规程参数选择中，遵循低压、中速、小泵量的原则，以达到平稳钻进速度的目的。采用技术参数为：转速250-300r/min,钻压4-7KN，泵量应尽可能小，以减少循环液对孔壁的冲刷。

采用这一施工工艺后，解决了粉砂层及卵石层钻进时的垮孔问题及岩芯采取率低的问题，孔内事故减少，又加快了施工速度，减少施工成本。在提高循环液使用效率的同时，避免了循环液随意流淌，造成污染环境和浪费的现象。这一先进的施工工艺充分体现了经济效益、社会效益和绿色环保的理念。

2.5 结果分析

该项目施工的28个钻孔均保质保量完成并终孔。钻孔合格率100%，均已通过质量验收，岩芯采取率达到设计要求。经过钻探工程施工，查明了桥址区工程地质、水文地质条件和岩土体工程地质特征，勘察成果资料满足施工图设计要求。

3 结语

综上所述，因为我国国土面积较大，所以不同地区的地质条件存在明显差异；这就要求施工单位需要结合施工现场实际状况选用合适的岩土工程勘察技术。近些年，随着科学技术的不断发展，我国的钻探工艺进步明显，这为建筑工程施工质量的提高奠定了良好的基础，同时也为我国经济的发展提供了原动力。因此，施工单位在正式施工之前，必须完善岩土工程勘察工作。