岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的应用探讨

2021-12-07崔志亮山东东信岩土工程有限公司

门窗 2021年11期

崔志亮山东东信岩土工程有限公司

1 前言

随着我国社会经济不断提升，这几年涌现出大量的现代工程建设和基础设施建设项目，并且建设地理范围越来越广，再加上基坑开挖的地质条件逐渐复杂，需要岩土工程在项目建设之前对岩土进行勘察。为了提升岩溶地区岩土工程的勘察质量，相关单位应在勘察岩土工程的过程中，根据岩溶地区实际情况挑选钻探技术，切实提高岩溶地区岩土工程勘察水平。

2 岩溶地区背景地质环境条件

我国岩溶地区多为覆盖型岩溶区，也就是第四系地层直接覆盖到石灰岩上，岩溶、土洞、构造带、软土弱层在部分地方分布非常广泛，并且地下水活动较多，部分区域还存有地下暗河通道等，上部覆盖层里面的卵石层分布、厚度、粒径、状态等变动速度较快，导致工程地质和水文地质条件都比较复杂。如果在岩溶地区实施工程建设，拟建建筑物特别是高层建筑或者桥梁工程的地基，基础方案通常使用钻孔灌注桩基础，选择下部的石灰岩作为桩端持力层。桩端持力层的石灰岩厚度应结合建筑单位的实际要求进行挑选，且需要石灰岩完整度较高，没有岩溶分布，才可以开展相关建设工程。要想全面了解各个桩基范围内的岩溶发育规律、基本形态和岩石完整性，掌握桩基的桩长、桩径、嵌岩深度等，需要在项目施工建设勘察设计期间，通过钻探技术进行勘察，采用逐桩布置的方式均匀钻孔。在岩溶地区进行岩土工程勘察中，如果应用钻探技术，需要对岩土工程的地质条件进行全面了解，否则，在钻探施工之前没有做好完善合理的钻探技术方案和钻孔结构，容易在勘察中出现多次变更钻探技术的情况，降低了勘察效率和质量，增加相关项目的勘察经济付出成本，影响后期建设工程有序落实。

岩溶地区地貌属于河流堆积阶地，通常为I、II堆积阶地，地形起伏较小。在岩溶地区，岩土体包含杂填土、粉质黏土、淤泥质土、卵石、含角砾碎石粉质黏土、中风化石灰岩等，其中杂填土土质松散，是由人工堆积物和黏性土组合而成。粉质黏土土质颜色呈灰黄色，可塑性较高。淤泥质土通常是流塑-软塑状态，其中含有机质和腐烂木块。卵石呈稍密-中密状态，粒径大小在35mm～140mm，部分地段含有漂石，粒径大于250mm。含角砾碎石粉质黏土是可塑状态，并且部分地段呈现软塑状态，部分地段含有石块。含角砾粉质软土呈流塑状态，土质非常松软。中风化石灰岩呈中风化-微风化状态，岩石硬度高，完整性较强，部分地段存有裂隙发育情况，岩石破碎，上部地段岩溶较发育。岩面呈起伏状态，高差较大。所见溶洞绝大多数属于裂隙状溶洞，发育、分布没有规律，方向呈多向性，洞体大小不一致，最大顶底板间距在数米、十几米，最小只有数厘米，部分地段多层溶洞分布在不同的平面上，溶洞多呈可塑-软塑状态，其中以含角砾碎石粉质黏土充填物所填充。

3 岩溶地区岩土工程钻探的目的及方法

3.1 岩溶地区岩土工程钻探的目的

岩溶地区岩土工程在勘察中使用钻探技术时，基本上是通过直接获取岩土工程第一手基础资料，用钻机通过钻具由地表向低下钻进，在地层中钻成圆柱形钻孔，从不同深度的钻孔中获取岩芯，取得岩土样、水样，力求从所勘察的地层中分析岩土性质，掌握地层的埋藏深度和厚度，获取符合质量要求的试样或者进行原位测试，了解钻进深度范围内的地下水赋存情况。勘察结果能够为工程地质评价和岩土工程设计、建筑物基础设计和基础施工提供数据资料。因此，钻探技术的应用水平决定了整个岩溶地区岩土工程的质量，对后期相关项目施工起到直接影响。

3.2 岩溶地区岩土工程钻探的方法

我国在岩土工程采用的勘察技术较多，包含回转钻进、泥浆护壁等技术，这些技术在对岩土进行勘察时，可以全面记录岩土水平方向、垂直方向中的土层变化现象，能够全面获取地质信息，数据精准度高。对于岩溶地区，我国现今使用两种技术进行勘察，分别是泥球护壁结合套管法和多层套管护壁法，具体使用方式如下。

（1）泥球护壁结合套管法。绝大多数岩溶地区存有缝隙、漏浆等情况，泥球护壁结合套管法可以准确将这些情况勘察出来，这是由于泥球护壁结合套管法的勘察原理是向孔中回填潮湿的黏土球，在孔洞中利用钻具通过上下钻动的方式，把潮湿的黏土球挤压到岩溶的缝隙中，因为黏土球有较强的变形能力，受压之后会产生泥浆将缝隙填实，从而起到保护孔壁、回填缝隙的作用。泥球护壁结合套管法在实施的过程中，需要大量的黏土球，并且挑选的黏土应具有很强的塑性和黏性，这样才不会被水分冲刷，有效发挥出保护孔壁的作用，并且保护时间较长，不会出现漏浆情况。泥球护壁结合套管法在使用中存在的问题是，如果岩溶地区地下水非常丰富，在钻进中泥球容易被水源稀释，降低了泥浆浓度，弱化了缝隙回填质量，从而在短时间内出现漏浆的现象。

（2）多层套管护壁法。这种方法通过使用跟管钻进的方式，先超前钻进，然后逐步扩大钻孔，经过多次变径、下入多层套管的方式，达到钻进。在岩溶地区使用多层套管护壁法对地理条件要求较高。在施工之前需要详细研究施工现场的岩土实际情况，分析多层套管护壁法技术的可行性，并预设钻孔深度、钻孔结构和管套程序等。多层套管护壁法在钻孔中基本上是利用金刚石单双动管钻进，遇到溶洞时应注意灵活改变钻具进行扩孔钻进，在经过溶洞后，采用原来使用的单动双管。通过重复更换钻具的方式，可以为钻机操作提供便利，避免在套管内出现钻具卡顿阻塞的问题。

4 岩溶地区钻探施工前设备和技术准备

在岩溶地区进行钻探勘察时，需要结合勘察场地的地质环境条件和单位提供的地质勘察任务，进行钻探施工设备和技术准备。

4.1 设备和材料准备

岩溶地区岩土工程钻孔深度较浅，所以工作人员需要准备XY-100，GXY-150型液压钻机，并且准备不同口径、规格的钻具、套管、普通岩芯管、双层岩芯管、合金钻头、金刚石钻头、膨润粉、打捞工具、黏性较高的黏土等设备和材料。

4.2 钻探技术准备

通过上述描述可以看出，岩溶地区地质条件复杂，工作人员在准备钻探技术时，除了需要满足岩土工程勘察的基本要求之外，还应全面设计钻进第四系覆盖层，进入到石灰层岩的技术，并系统分析第四系覆盖层和石灰层岩的岩溶发育情况，提前预测在钻探中可能会出现的问题，制定完善的钻进方式、钻孔结构、套管程序和堵漏等预防措施。同时，单位在挑选工作人员时，应系统总结他们的工作能力和职业素养，并对挑选好的工作人员通过线上培训、实地培训的方式，提升工作人员施工技术，切实保障岩溶地区岩土工程钻探勘查技术可以高质保效实施。

5 不同岩溶地层岩土工程钻探施工技术

由于岩溶地区地质条件复杂，不同地层的表现特点也不尽相同，因此在挑选钻探技术时，应根据地层的实际情况灵活应用。

5.1 岩溶石灰岩钻进技术

在岩溶石灰岩钻进技术中，利用冲灌注桩基础的建筑物对桩端持力层进行钻探时，对无岩溶的发育情况、石灰岩厚度和完整性具有较高要求。在岩溶地区使用岩溶石灰岩钻进技术时，应全面了解在单位要求的勘探深度中石灰岩的发育规模、基本形态和分布规律，掌握洞体岩石的完整性情况、填充物性质和顶底板的埋深情况。岩溶石灰岩钻进技术中应用泥球护壁结合套管法时，如果岩溶裂缝出现漏浆问题，或者水泥浆、膨润土粉出现护壁效果较差的现象时，可以使用向孔内回填湿黏土球，利用钻具进行上下活动挤压，使泥球挤压到岩溶裂隙里，这样可以完整填充裂隙，发挥出黏土保护壁的作用，确保后面的钻探工作可以顺利开展。

5.2 软土层钻进技术

岩溶地区岩土工程在勘察中，使用的钻探技术对进尺速度具有较高要求，在高速钻进中，经常会出现掉钻的问题。因此，工作人员在对软土层进行钻进勘察时，不用对钻具进行加压、转动，钻头可以依靠自身重量向下钻进。再者，软土层淤泥非常软，塑性形较低，在提钻的过程中会出现孔内缩孔的问题，导致第二次下钻的深度无法达到第一次下钻的深度，如果土洞中的填充物数量较少，就会增加洞内的空间，使得第二次下钻出现位置偏离的现象。通常情况下，软土层的土洞是和下方的灰岩连接到一起，钻孔到达这个地层后容易出现孔壁坍塌的情况，甚至引起地下水水位改变。工作人员在勘察到达软土层时，应选择肋骨钻头，并加大孔径，采用管套对孔壁进行保护，避免孔壁出现坍塌的问题。

5.3 卵石层钻进技术

卵石层的土质厚度较小，通常采用回转钻进和泥浆旋转钻进的方式进行勘察。当钻头穿过卵石层时，需要工作人员打入套管，用套管保护孔壁。如果卵石层土层厚度较高、密集度较大时，可以通过回转钻进技术，这时由于卵石层都会存在水，并且各个卵石之间的缝隙较大，如果直接钻进，则会出现钻孔渗漏水的问题，甚至出现孔壁坍塌的现象，一旦出现这些问题则需要工作人员将黏土放到钻孔中。但当工作人员选择旋转钻进技术持续性钻进时，就可以规避孔壁坍塌和钻孔漏水等问题。如果工作人员在旋转钻进中出现塌孔问题，可以使用浆液浓度较大的继续钻进一定深度，然后将钻头拉出套管后继续钻进，并反复操作相同步骤，则可以有效保证钻进效果。岩溶地区卵石层分布状态较为密实，加上卵石颗粒比较大，部分地段存有漂石，如果使用套管钻进方式时，则会遇到较大阻力，不利于工作人员持续钻进，当工作人员遇到这种问题时，可以采用重锤或者比较厚的套管钻进，如果工作人员不顾阻力继续钻进，容易导致钻头出现卷口现象，并且难以达到岩土工程要求的深度。在卵石层钻进中应对地下水进行查看，系统总结影响地下水水位的因素，结合地质条件分析水文条件，确保卵石层水文调查质量符合岩土工程勘察要求。