工程勘察中冲击钻进方式对土物理力学指标的影响分析

方蔚成

（厦门华岩勘测设计有限公司， 福建 厦门 361004）

0 引言

在工程勘察过程当中冲击钻进是一种应用较为广泛的钻进方式之一。其能够很好的适应地层结构，并且钻探、钻进效率较高，技术操作性要求不强。尤其在一些岩土工程勘察当中，冲击钻劲方式常用于对地下水位较深、钻孔深度较浅的黏土层、粉土层、砂石层地质，具有很好的钻进效果。但在实际的但在实际的过程中，冲击钻进通常会由于钻头对土层冲击作用过大，保质孔底下一定范围的土层遭到了压密影响，所提取出的原状土样整体发生了变动，极为不利于工程勘察的准确性和科学分析[1]。

1 场地及试验情况

1.1 场地位置及地层情况

本工程的勘察实际位置位于福建省，地处华南，属于平原的中部，勘察工程场地地层的分布较为均匀，并且起伏幅度较小，能够为试验情况提供准确的数据指标，实现对比的真实性与准确性。

1.2 试验概况

在工程勘察的现场，本项目分别采用了冲击钻进、回复回转钻劲和利用人工进行挖井开挖等多个方式进行了圆状提样的提取。光试验共进行了原状土样采取勘察点共为25 个，原状土样的提取共为150 件，其中人工开挖的探井取土孔共五个，原状土样采取共为20 件。针对采样点进行了不同位置的间隔布置，主要目的在于避免地层局部的差异性为实验结果带来影响。回转钻进取样孔采用的方式为贯入式厚壁取土，采用连续静压的方式进行原状土样的提取。而冲击钻劲取样孔采用贯入式后壁取土器、重锤少击法进行原状土样的获取，在原状土样提取后直接送往土木实验室进行实验。

2 试验结果及分析

2.1 按实验深度分析

工程勘察当中对于原状，对于原状土样的试验，首先考虑的是综合试验指标，综合试验主标分别统计不同土层的质量密度、天然孔隙比、压缩模量的平均值，并且还需要按照深度来进行曲线图的绘制，通过这些方式来进行土层中不同钻进方式对原状土样物理力学指标影响的比较和分析。本次试验当中所选用的原状土样进行了粉质粘土层、粉土层的质量密度、天然孔隙比、天然孔隙比、压缩模量对比，通过试验发现，在同一土层下，不同钻井方式对于原状土样的井方式对于原状土样影响也存在很大的差异。例如，只考虑粉黏土层、粉土层，其整体的质量密度有所增大。如果仅如果从冲击钻进方式与回转转进方式的对比效果来看，冲击钻进方式要比回转转进方式所采取的原状土样质量密度变化较大。也就是说，冲击钻进方式对原状土样的质量压力作用影响更大，而且根据实际的变化判断，冲击钻进和回转钻进这两种钻进方式质量密度的差异会随着地层深度的增加而不断的增大。

另外，如果只考虑粉质黏土层、粉土层原状土样的基准，在天然孔隙比当中明确表现出了冲击钻进和回转钻进方式所提取的原状土样天然孔隙比都会有所降低。而对冲击钻劲和回转钻劲方式的单独对比下，发现冲击钻件方式所采取的原状各土层土样天然孔隙比要远远小于回转钻劲方式所采取的原状土样质量密度，这也证明了冲击钻劲方式对于原状土样的压密作用更大，而且冲击钻机方式和回转钻进方式的天然孔隙比差异会随着地层深度的变化而发生较大的变动。

在压缩模量的对比过程当中，保持粉质黏土层和粉土层基准为基本前提下，冲击钻劲和回转钻劲方式所采取的原状土样压缩模量，相比人工钻进方式所采取的原状土样在整体压缩模量方面发生了很大的变化。在粉质粘土层的原状土样试验当中，发生影响扰动的土样压缩模量提高，提高的程度相比之下，冲击钻劲方式要大于回转钻进方式，也就是说冲击钻劲方式对原状土样压缩模量的扰动要更大。而对于粉土层原状土样的试验当中，受到扰状土样压缩模量有所降低，原状同样同比下，冲击钻进方式相比回转钻进方式扰动量较小，也就是说，回转钻劲方式对于原状土样扰动的强度会比冲击钻进方式的扰动强度大。

通过适应过程的对比和分析可以看出，不同的专业方式对所提取的原状土样物理力学指标的影响相关的因素主要包括：土层深度的增加，在一定范围内所造成的压密程度也存在差异，而且会随着土层深度的增长不断增加，但在冲击钻劲方式对原状土样压密程度不断加强的情况下，在达到土层的一定深度之后，并不会在发生变化。对于这一情况的分析主要的重点在于冲击钻进的能量来源主要为重锤的冲击作用，冲击钻劲方式在实际的施工过程当中，压力作用主要发生于钻进过程，在取土器进行原状土样提取时，所产生的压力作用较小，钢冲击钻机的方式当中转进的深度较浅，冲击重锤的自由落距会较小，对土层的压力作用相应的也会降低，但随着土层勘察转进深度的不断增大，重锤下落的落距也会持续升高，在重力势能和落距不断增大情况下，充入孔底时其速度也会递增，重力势能加大，动能加大，由此也就会使得土层的压密作用提升。但当土层勘察转进行到一定深度时，充入孔底的速度已经保持了恒量，这时会考虑钻机的运行稳定性和达到最大荷载，常会采取人工制动的方式来降低动能，减缓钻头的钻进速度从15 米自由的落体所产生的动能角度考虑，此时重锤的动能会相应的降低，15 米自由的裸体所产生的动能角度考虑，此时重锤的动能会相应的降低这也就能够解释冲击钻进方式在达到一定的深度之，对于原状土样压密的作用反而会降低的主要原因。

2.2 按土的类型分析

按照土的类型分析，需要针对原状土样的质量密度，天然孔隙比和压缩模量，按照回转钻进以及冲击钻进方式进行对比。并以此来进行不同类型土层类型敏感程度的分析[2]。首先是粉土层所采取的原状土样对钻进方式的敏感程度分析。在同等粉土层类型下采取人工转进方式、回转钻进方式和冲击钻进方式的分别试验，通过对比发现，分土层的原状土样对于转进方式更为敏感，尤其在压缩模量方面对土类型及钻进方式的影响最为敏感。根据相应的指标和钻劲方式过程中的观察以及实际的效果来看，粉土层当中由于缺少粘粒含量压缩，在卸载之后其原始结构也就受到了破坏，再压缩模量较低。而在有黏土性质的粉粘土层当中，压缩卸载后因其具有一定的粘性，能够保持原有的原始结构，受到钻进方式的影响及扰动程度较小，所以对于方转进方式敏感度较低。在压缩卸载之后，由于土层的结构遭到了破坏，其三相组成变化不大，所以压缩模量所受到的影响较大，但在质量密度和天然空气比方面变化并不明显。

从本项目实验当中可以看出，冲击钻劲在实际的工进在实际的工程勘察过程当中对地层所产生的压力作用，采取的原状土样在实际的物理力学试验指标的结果中可以观察到，其质量密度会明显存在偏大的情况，在天然孔隙比分析当中表现受影响程度较小，而压缩模量则会表现出明显的偏大现象。冲击钻劲对于土层的压力作用和状态深度有着直接的关系。通过分析发现，由于冲击转介方式采用的是重锤冲击，在土层深度较浅的情况下，由于落距较小，所产生的动能较大，对土层的压力作用影响也会相应的增大。但达到一定深度之后，落锤落距加大，重力势能增加，为考虑钻头钻进速度的控制，会采取人工制动的形式予以抑制，所以动力势能反而会降低，由此使得原状土样压力作用影响相映的缩小，但其中也会受到钻机操作人员专业水平影响，总体差异性不大。在土的类型分析当中，通过实验可以看出，冲击钻劲方式对于土层的压力作用会与土的类型有着很大的联系，粉质黏土层与粘土层的压力作用在实际的测验过程当中的对比和理论分析显示出，粉质粘土层的压密作用影响较小，而粉土层由于其整体的质地黏度较小，在钻进过程中容易受到镇静作用的影响导致土层结构的变化，使得yummy 作用影响变大[3]。

3 结束语

现代科学技术不断进步，在工程勘察所应用的技术和施工方式等方面也在不断地进行强化研究，冲击钻进方式对于土层的物理力学指标影响仍存在一些较大的情况。这对于原状土样的采集和分析来说，会带来一定的影响。不利于地质勘查数据准确度的提升，也会对工程勘查效果带来一定的影响。因此相关技术人员要积极地进行转进方式的研究与创新，无论是设备技术还是操作技术，都要做到科学化的分析研究，必须要能够确保工程勘察结果的科学性与真实性以及准确性，为工程后续的开展工作提供准确的数据依据。