淺談巖土工程勘察中鉆探工藝的選取

吳怒遙

（貴州地礦基礎工程有限公司，貴州 貴陽 550000）

巖土工程勘察的主要目的是對施工場地的土層、類型、深度等進行全方位排查，結合工程地質特征，找出影響工程施工的質量因素。巖土工程勘察工作包括現場勘探取樣、實驗室分析、原位測試等多項工作環節，所獲得的巖土物理力學指標與巖土特性等指標可作為工程建設的數據支持，數據信息的準確性影響著工程建設的最終質量與安全性。尤其是對于我國巖土勘察工作而言，巖土層物性變化較大，如果不合理選取鉆探工藝，無法保障數據信息的可靠性，導致巖土工程勘察意義不大，因此要針對土層條件合理選取鉆探工藝。

1 巖土工程勘探選取鉆探工藝的重要意義

我國國土地域面積廣闊，不同地區的地質條件存在明顯差異，導致巖土工程勘察工作的開展存在諸多難處。隨著現代科學技術的快速發展，巖土工程勘察技術也實現了優化與創新，處于不斷發展與進步的階段，在不同的地質條件下，可結合具體巖土工程需求合理選擇鉆探工藝技術。在此種發展基礎上，巖土工程勘察工作需要工作人員在勘察時，結合不同的工程地質、環境地質、水文地質條件，保障數據獲取的可靠性與準確性。但就巖土工程勘探工作的實際情況來看，現有的勘察鉆探工藝技術無法滿足不同地質條件的具體要求，使得巖土勘察符合最終的質量標準。因此，在開展巖土工程勘察工作時，相關工程要結合工程的實際情況以及不同地層的條件，合理選擇鉆探技術[1]。研究人員需要充分掌握巖土工程勘察中的各項影響因素，保障鉆探工藝的有序進行，把握相關數據資料的完整性，從而提高巖土工程勘察的綜合效率與質量，為工程建設提供可靠的數據信息支持，實現工程建設的穩步開展。

2 巖土工程勘察鉆探中存在的問題

2.1 鉆探效率低下

由于部分巖溶地區的巖體較為散碎，可能存在裂縫與溶洞，如果溶洞過大或者阻力過大，很容易導致鉆具在鉆探過程中出現中斷問題。如果出現的裂縫、溶洞較大，且操作方式不規范時，很容易導致鉆具受到碎石、溶洞泥的影響出現卡埋鉆具問題，無法拔出鉆具。

2.2 鉆孔漏水涌水

在巖溶地區，由于地下水的聯動關系較為復雜，且富含地下水，如果在低洼地區開展巖土工程勘察工作，可能會導致涌水現象，而在鉆探過程中，如果存在裸露與半裸露的巖溶高地，可能會導致鉆孔發生漏水問題，導致地下承壓水水頭較高，在鉆孔中無法使用泥漿護孔，從而增加了止水難度，引發一系列問題。

2.3 場地地基不穩

在工程勘探過程中，往往需要將設備安裝在一些地基不夠穩定的嚴重區域，由于巖土地形較為復雜，存在裂縫、破碎、漏失等問題，如果在勘察過程中機械設備發生震動，所產生的荷載與沖洗液，會在沖蝕作用的影響下，導致蓋層沖蝕問題，從而影響了地基的穩定性，甚至設備在運行中可能會沉入到井坑中，造成嚴重的成本損失[2]。

3 鉆探設備與鉆探方法的選取

在開展巖土工程勘察項目時，要想保障勘察工作的有序進行，就需要結合成項目建設的實際現狀，選擇相對應的判斷方法，并按照相應的標準推動作業的有序進行，保障最終的勘察質量，獲取更為精準的勘察數據信息。鉆探設備直接影響著勘察工藝質量的好壞，而鉆探方法則影響著勘察工程的進度，因此務必要合理選擇鉆探設備與鉆探方法，保障巖土工程勘探工作的有序進行。

3.1 鉆桿的選取

鉆桿的選取首先需要對鉆桿的軸線進行檢查，并減少鉆桿的垂直度誤差，誤差范圍應控制在0.1%以內。根據鉆機的型號，可分別配備42mm和50mm的鉆桿，42mm的鉆桿可應用于原位測試與鉆進軟土層與軟硬土層；50mm的鉆桿可應用于鉆進與勘察硬土層，鉆桿的合理選取，可有效控制鉆桿脫落與折斷問題的發生。

3.2 巖芯管與鉆頭的選取

就巖土工程勘察工作的開展情況來看，在選擇鉆探的鉆頭時主要包括硬質合金取芯，還包括螺旋型鉆具。在具體鉆探勘察過程中要結合當地的地質情況，合理選擇鉆進方法，并根據鉆進方法選擇鉆具。硬質合金取芯的應用主要是使用硬質合金鉆頭鉆進；而螺旋型鉆具主要是為了實現螺旋鉆進。常見的螺旋鉆包括長螺旋鉆、短螺旋鉆、環狀螺旋鉆、麻花鉆、振動螺旋鉆、套管螺旋鉆。在開展巖土工程勘察鉆探工作時，要結合不同地層科學選擇鉆探方案，并合理選取鉆具。

（1）軟弱粘性土層。如果土層處于地下水位之上，其強度也會受到影響，所以在鉆進過程中可選擇螺旋鉆進法或者重錘沖擊鉆進法，其中長度旋轉是鉆進工具的最佳選擇。如果土層處于地下水位之下，且孔深較淺的情況，可優先使用套管螺旋鉆；如果孔深較深，則可使用重錘沖擊鉆。長螺旋鉆的使用不需要應用循環液，所以在軟弱粘性土層鉆進作業中，其鉆進效率也就較高，在取出巖芯后也可觀察到天然的地質結構，且不會對地質狀態與地質結構產生不良影響，同時對土層厚度與深度的判斷也不會受到影響而出現偏差。如果在鉆進過程中選擇重錘沖擊鉆，需要提前配置好水泥比例，按照護壁的標準與要求，盡量減少水泵流量，從而避免水流量沖擊過大而出現沖散土層、摻雜泥漿的情況。

（2）偏硬粘性土層。針對此類土層的鉆探工程，可選擇重錘沖擊鉆進行鉆進，同時也需要借助小肋骨鉆頭。小肋骨鉆頭的選擇應當超過巖芯管11mm～14mm，使得鉆頭切削粘性土的功能得到充分強化，降低對周圍土層的影響，同時也不會對判斷土層深度與厚度是產生影響，可實現對土體的原樣提取，也能夠保障分層的質量[3]。為了提高鉆探工作效率，在巖土勘察工作中一般會選擇使用螺旋鉆，這主要是由于偏硬粘性土層的強度較高，但是螺旋鉆卻難以達到最終的鉆探效果，也不具備高效優勢，因此在鉆進偏硬粘性土層時，要控制好螺旋距，從而提高鉆進效率。

（3）砂層。砂層地質在勘探過程中，需要綜合考慮地下水對鉆探工作帶來的各項影響。如果巖石處于地下水位之上，則需要綜合考慮巖石的直徑與粘粒含量，如果粘粒含量過大，則可優先選擇螺旋鉆；如果孔深較深，則可在鉆進的后期選擇使用直徑較小的螺旋鉆，從而提高砂層的鉆探效率。

（4）卵石層。對于卵石層的勘察工作而言，首先需要考慮的是地下水與填充物。如果卵石層位于地下水位之上，且粘性土作為主要填充物，這時由于土層的粘結性較強，且粘土粒自身的表面張力也較大，在鉆進過程中不容易出現孔壁坍塌等問題，可選擇在裸孔時直接鉆進，而在選擇鉆具時，可優先選擇單管巖芯管、加厚螺旋鉆。如果卵石層位于地下水位之下，土層則極易受到地下水位的影響，引發孔壁坍塌等問題，因此在鉆探過程中可適當的使用泥漿開展護壁處理，而在鉆進過程中可優先選擇套管護壁跟管，如果出現直徑較大的碎石或卵石時，可使用一字鉆頭直接將其擊碎即可。

3.3 鉆探方法

在開展巖土工程勘察工作時，鉆探方法主要是指在鉆進、破碎孔與井底巖石所選擇的一種方法，而鉆探的主要目的是獲得巖層孔和巖石破碎的樣品，完成取樣操作。在鉆進過程中可結合各工藝、磨料、巖芯等展開，鉆探方法從工藝角度的出發，可將其劃分為正/反循環回轉鉆進、沖擊鉆進、螺旋鉆進潛水鉆進等方法；從巖芯角度出發可將鉆探方法劃分為有取芯、不取芯鉆進方法；從磨料角度出發可將鉆探方法劃分為硬質合金鉆進、鉆粒鉆進、金剛石鉆進法。在進行巖土工程勘察工作是需要結合具體的鉆進需求，合理選擇鉆進方法。如果鉆進屬于機械碎巖，在鉆進過程中可選擇沖壓鉆進、回轉沖壓鉆進等鉆進方法；如果需要獲取巖芯，可選擇提鉆取芯、反循環連續取芯等取芯方法；如果需要滿足磨料的要求，可選擇硬質合金鉆進、金剛石鉆進法。

4 影響鉆孔質量的主要技術因素

4.1 鉆壓

在巖土工程勘察鉆探環節，受到鉆孔質量的影響，可能會對整個鉆探工程項目質量造成負面影響，導致鉆孔質量不符合標準的主要原因為鉆壓，在巖土工程鉆進過程中，如果鉆壓過大，可能會導致鉆孔不夠均勻，從而影響了整個鉆孔的實際質量[4]。另外，由于低層土質質量較為松軟，在鉆進過程中，鉆孔巖芯可能會出現堵塞問題，如果不解決鉆壓問題，則可能對鉆孔質量產生直接影響，引發磨損等問題。

4.2 轉速

在巖土工程勘察鉆進過程中，需要控制好轉速，確保鉆孔的綜合質量。在實際操作過程中，由于施工人員沒有意識到控制轉速的重要性，導致鉆探設備與孔壁之間的縫隙越來越大。如果在轉速過快則會導致設備出現大幅度擺動，最終鉆孔的質量也會受到影響。

4.3 操作技術

在開展鉆孔工作中，需要對施工技術不斷進行完善，并規范鉆孔的施工流程。但是在實際鉆進過程中，部分施工人員只是按照施工經驗開展鉆孔鉆進工作，同時也缺乏必要的規范約束施工人員行為，導致操作流程科學，鉆孔質量無法保障。另外，在鉆孔過程中，操作技術的應用不夠科學合理，在鉆進中可能會出現巖芯脫落的問題。

5 不同底層選用的鉆探工藝

5.1 軟弱粘性土層

由于軟弱粘性土層的強度較低，壓縮性能加大，導致其滲透系數較小，流變性較大，此時在鉆進過程中，可選擇重錘沖擊鉆進法，或者長、短螺旋鉆進。如果軟弱粘性土層位置在地下水位以下，在鉆進過程中可選擇套管螺旋鉆進法，或者選擇沖擊回轉鉆進法。選擇重錘沖擊鉆進法可能會對孔底底層造成擾動作用，而且實際鉆進效率較低。螺旋增減閥需要在電動機的帶動下，地層可逐步根據螺旋線進行切削，在切削過程中會產生土質碎屑，并在螺旋葉片的作用下返回孔口位置，此種鉆進方法具有較高的鉆進效率，同時也不需要對設備進行清洗。在選擇鉆進的長螺旋鉆時，其只直徑應當在1m以內，鉆進的深度應當控制在15m～20m之間。如果選擇的短螺旋鉆屬于非連續性鉆機，其鉆進效率較低，且孔徑一般在2m～3m左右，能夠鉆進的深度在30m以內，最深也不會超過50m。選用沖擊回轉鉆進行鉆進，需要泥漿比例符合實際標準，從而防止在鉆進過程中，土層沖散水流進入形成泥漿。在完成鉆進后（？），可在必要的情況下停止送水，并將干鉆進尺距離適當增加，從而獲得土層樣品，又或者可使用雙動雙管取芯（芯）鉆具達到目標。

5.2 偏硬粘性土層

偏硬粘性土層由于粘性較大，在選用螺旋鉆進行鉆進時，容易引發鉆桿折斷或埋鉆等問題，同時也會對土層產生較大的擾動作用，因此在鉆進過程中可選擇小肋骨鉆頭或沖擊回轉鉆。液動、氣動以及氣液混合動力是沖擊回轉鉆進技術主要的方法，鉆進效率高，鉆頭的應用壽命長，能夠減少孔內事故的發生[5]。液動沖擊回轉鉆進技術的應用，其動力來源為清水或泥漿的高壓作用；氣動沖擊回轉鉆進技術的應用，其動力來源為高壓空氣；在實際鉆進中，需要先慢速鉆進，待鉆頭進入土層后可選擇中速鉆進，不斷加快鉆進速度，減小鉆具的阻力。

5.3 砂層

砂層鉆探技術的應用與砂粒粒徑之間存在密切關聯，同時也會受到地下水的影響。針對砂土粘粒含量較高，且粉細砂為主要砂粒的地質環境可選擇螺旋鉆進法，如果需要進行深孔鉆進，可在鉆進后期將螺旋鉆換為小直徑螺旋鉆。如果土質為粉細砂摻雜粘性土，則需要適當降低鉆速，使得鉆進壓力逐漸減小，并將泵量調整在合適位置。在完成鉆進以后，可對鉆孔泥漿進行清洗，將泥漿池內的孔內懸浮粉細砂帶出后即可停泵，控制沉砂卡鉆的問題的發生，在停泵后，需要繼續干鉆0.3m～0.5m，控制巖芯脫落問題。如果砂土位于地下水位以下，且砂土組成主要為中粗砂，鉆頭的選擇可使用硬質合金鉆頭，保持低鉆速反復循環的鉆進，在鉆進過程中需要不斷浮動鉆具，形成空底反循環。由于在鉆進過程中鉆頭外徑較大，所以能夠對巖芯管起到有效的約束作用，維護巖芯的結構，在用泥漿對鉆孔進行清洗時，能夠去除其中的礫沙，減少沉砂卡鉆問題。

5.4 卵石層

卵石層的鉆探工程會受到地層厚度、含水率以及粘性土層填充情況的影響，因此需要針對不同地層情況選擇恰當的鉆探工藝。如果地層厚度不高，可選擇泥漿護壁回轉鉆進法；如果地層厚度較高，可選擇跟管鉆進法，跟管的長度為3m～6m，鉆速控制在30r/min～60r/min，保障鉆進的連續性。如果地層密實度較高，則選擇回轉鉆進法，為了有效避免孔壁坍塌問題，可適當投入粘土球，起到有效的保護作用；如果出現塌孔問題，則要適當的增加泥漿濃度。

6 鉆探工程工藝技術要點

6.1 鉆進工藝控制

在進行巖土工程勘探鉆探工藝時，已經初步控制了鉆頭質量與鉆管質量，鉆頭的選擇為金剛石鉆頭，口徑為127mm，鉆孔的尺寸選擇分別為130mm、110mm，鉆頭的隔離設計能夠保護這種鉆探工藝的效果，而在鉆探過程中，也要合理設計鉆探鉆頭，比如可使用廢舊磨損鉆頭解決鉆探清空問題，提高鉆探工藝效果。在實施鉆探工藝中要合理選擇循環液，可使用sm植物膠漿液作為主要的循環液，從而保持孔壁的穩定性，為后續鉆進施工提供支持。

6.2 泥漿的合理控制

在開展鉆探工藝施工中，要有效的控制泥漿，使得鉆探工藝的進行更為合理。比如在處理泥漿時，可選擇sm植物膠與膨潤土，通過混合配置完成泥漿的制作，而在配比過程中，sm植物膠的濃度為0.8%，膨潤土的濃度可控制在5%左右[6]。而在實際配比泥漿過程中，可適當的增加羥甲基纖維素，并控制好實際增加量，保障泥漿配置的合理性。

6.3 漏漿問題處理

泥漿漏漿是鉆探工藝施工中常見的問題，也是影響綜合質量的主要問題，在開展鉆探工藝時，為了保障鉆探工作的有序進行，就應當有序處理漏漿問題。比如可將膨潤土與羥甲基纖維素相混合制成漿液，并將混合后的漿液注入到鉆孔中，使得孔壁問題得到有效控制，保障鉆探工程的高效進行。

6.4 工藝參數設計

鉆探工藝工程的開展需要合理設置鉆探參數，參數設計包括轉速的控制與鉆壓的控制，轉速可控制在250r/min～300r/min之間，鉆壓可控制在4～7KN之間，通過合理設計工藝參數，確保鉆探工程的有序進行，使得鉆探工藝的效果得到充分展現。

7 結語

綜上所述，巖土工程勘察是保障工程建設質量的重要環節，但由于許多巖土工程的位置屬于較為復雜的巖溶地區，導致其地質條件也就較為復雜，所以在勘察鉆探過程中，需要合理選擇鉆探工藝，保障巖土勘察工作的有序進行?？辈旃こ炭山Y合不同地質環境、勘察任務需求合理選擇鉆探方案，通過對周圍地質材料的詳細收集以及鉆探方案的及時修正，實現勘探工作的有序進行。