強巖溶場地巖土工程勘察中的鉆探技術

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摘要：由于巖溶的發育和分布具有較高的隱蔽性和不均勻性，在強巖溶場地進行巖土工程勘察鉆探施工是一項非常復雜和特別重要的工作。需要多積累鉆探施工經驗、提高鉆探施工技術，確保巖土工程勘察質量。結合貴陽新世界3F地塊巖土工程勘察項目鉆探施工實踐，針對強巖溶場地巖土工程勘察中的鉆探施工遇到的漏漿、卡鉆、垮孔、埋鉆、地表塌陷、巖芯采取率低等常見問題及其產生原因進行了總結，并對其相應的處理方法進行了討論。

關鍵詞：巖溶場地；巖土工程勘察；鉆探技術；處理方法

貴州地處我國西南山區，地層從南華系到下志留統層位齊全，以淺海碳酸鹽巖分布最廣，其中巖溶普遍發育。由于地質條件復雜多變，且巖溶的發育和分布具有隱蔽性和不均勻性的特點，《貴州省建筑巖土工程技術規范》規定巖溶場地采用“一樁一孔”的布孔方式；對于已揭露有巖溶洞隙的孔位，根據實際情況增加鉆孔。因此在強巖溶區開展巖土工程勘察工作，鉆探工作量非常之大，如果沒有對場地地質條件進行充分的認識，巖溶鉆探技術方案將缺乏科學性和實用性，鉆探工期將得不到有效保證，同時也可能會埋下嚴重的質量隱患和潛在的經濟風險。本文結合貴陽新世界3F地塊巖土工程勘察項目鉆探施工經驗，就強巖溶場地鉆探施工的幾個問題淺談一下認識和經驗性建議。

1工程概況

項目位于貴陽市觀山湖區，場地西側為云潭北路，北側為金嶺路。擬建項目總用地面積約36000m2，總建筑面積150000m2，由12棟住宅樓和連片地下車庫組成，地上31層和32層，設有3層地下室。建筑結構為框支剪力墻結構，最大單柱荷載為1200kN。

2地質條件

2．1地質構造

建筑場地處于黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜構造變形區，位于貴陽向斜西部次級構造單元———牛角坡背斜東翼。場地附近無斷層通過，次一級構造亦不發育，出露地層為三疊系下統大冶組（T1d）薄－中厚層巖，巖層傾向100°，傾角10°。

2．2地層巖性

場地地層由素填土、殘坡積紅黏土及下伏基巖組成，場地巖土單元細分如下：（1）素填土（Q4ml）：厚0．4－8．7m，由黏土夾少量碎石塊及個別建筑垃圾組成，結構松散，力學強度低，厚度變化較大，分布于場地的大部分區域。（2）紅黏土（Q4el＋dl）：整個場地均有分布，褐黃色，土質均勻細膩，局部存在少量的風化石塊。據狀態可分為硬塑、可塑、軟塑三個亞單元層；硬塑紅黏土厚度0．5～10．0m，可塑紅黏土分布于硬塑紅黏土層之下，厚度0．4～17．0m，軟塑紅黏土分布不連續，位于硬塑紅黏土層之下，厚度0．3～11．2m，主要分布在場地中基巖面、溶溝、溶槽或溶洞、裂隙中。（3）基巖（T1a）：場地基巖巖性為三疊系下統大冶組（T1d）灰巖，節理裂隙較發育，基巖面起伏較大，據風化程度可分為強風化和中風化兩個亞單元層。強風化灰巖，厚度變化較大，分布不連續，僅有少量鉆孔分布，鉆進較快，巖芯呈碎塊狀、砂礫狀。中風化基巖連續分布于整個場地，巖質較硬，巖芯多成長柱狀及短柱狀，個別呈塊狀及碎塊狀，本次鉆探未揭穿。

2．3水文地質條件

場地地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖巖溶裂隙水。第四系松散巖類孔隙水位于覆蓋層中，分布不均勻，受季節及降水量影響大，且無統一水位。碳酸鹽巖巖溶裂隙水賦存于三疊系下統大冶組（T1d）灰巖的巖溶裂隙中，富水等級為中等—豐富。灰巖中的溶蝕裂隙為地下水賦存、轉移提供了條件，巖溶洞隙較發育地段，水量相對較大，水量及水位受季節及巖溶發育程度影響較大。通過在現場進行抽水試驗，測得場地下伏基巖滲透系數k＝1．20m／d。

3工程鉆探情況

工程鉆探是巖溶地基勘察工作的主要手段，通過鉆探用以查明鉆孔處以及場地的地層變化情況，獲取準確可靠的巖土信息。同時也是對物探測試發現的異常地段或不良地質現象進行鉆探驗證。

3．1巖溶發育情況

該場地完成的1011個鉆探孔中有351個鉆孔見溶蝕洞隙，鉆孔見洞隙率為34．7％，其中2＃和12＃樓所在區域鉆孔見洞隙率超過60％，屬巖溶強發育。場地的巖溶形態主要為溶洞、溶溝（槽）、裂隙等，被軟－流塑狀黏土或黏土夾風化石充填。遇溶洞鉆孔主要為單層溶洞，少量鉆孔遇兩層以上溶洞，溶洞隙高度主要集中在1～3m范圍內，也存在發育深度超過20．00m的串珠狀豎向溶洞。

3．2巖面起伏情況

根據鉆探數據，建立了該場地基巖面的三維模型，見圖1。從圖1中可直觀了解基巖面起伏較大，存在大量的石牙，相鄰鉆孔基巖面起伏高差較大。

4鉆探施工遇到的主要問題及處理方法

4．1鉆孔漏漿

鉆孔漏漿時巖溶區鉆探施工常見的問題。它主要是由于巖層巖溶裂隙發育引起，特別是鉆探遇到較大溶洞或巖溶管道時，鉆探漿液流失速度非常之快，孔口無法返漿。因此將導致巖粉無法從孔口外排，可能會發生埋鉆和燒鉆問題。當溶洞或巖溶管道流通性好，漿液流失較快時，鉆探巖粉會隨漿液一起流走，不會發生埋鉆事故，但是由于鉆頭得不到有效冷卻，極易發生燒壞鉆頭的事故，導致鉆頭的有效使用壽命減少，成本增加。該場地鉆探鉆孔漏漿問題主要為溶蝕裂隙漏漿問題和溶洞漏漿問題兩種。針對溶蝕裂隙漏漿問題，可向鉆探孔內投入調和好的黏土球，然后采用鉆具進行擠壓、掃孔，使黏土將鉆孔孔壁的裂隙封堵住，起到堵漏和護壁的作用。該場地上覆土層厚，且為紅黏土，材料方便獲取；紅黏土塑性大，粘結性強，堵漏效果較好。針對溶洞漏漿問題，體積較小的溶洞參考溶蝕裂隙漏漿問題的處理方法，體積較大的溶洞是通過采用套管來起到堵漏的效果。

4．2垮孔

場區內存在較厚的紅黏土層，且為巖溶強發育場地。由于紅黏土具有“反剖面性”，因此在紅黏土層下部以及溶溝溶槽和溶洞中存在著軟塑－流塑狀紅黏土。軟塑－流塑狀紅黏土強度低、自穩性差，在鉆探施工的擾動下，很難保證鉆孔孔壁的穩定性。常常出現垮孔現象，提鉆后鉆具無法再次放至鉆探深度處。通過采用向孔內投入黏土球的方法，用鉆具進行擠壓、掃孔，獲得了較好的護壁效果。但是對于軟塑－流塑狀紅黏土層厚度較大的鉆孔，以上方法效果較差，都是需要采用跟管鉆進的方法。

4．3卡鉆埋鉆

場地巖面起伏較大，存在大量的石牙，同時發育有大量的溶溝、溶槽、溶洞和溶蝕裂隙，且存在深度超過20．00m的串珠狀豎向溶洞。卡鉆埋鉆的原因主要有如下幾個方面：（1）巖面起伏大，且石灰巖強度高，當鉆探鉆頭到達巖面時，極易順著巖面產生傾斜，難以垂直入巖，導致鉆孔傾斜而出現卡鉆事故，特別是鉆穿一層溶洞后再遇陡頃巖面時，卡鉆事故尤為嚴重；（2）溶蝕裂隙，巖體破碎但巖塊強度高，當鉆進過程中出現孔壁掉塊時，極易造成卡鉆事故；（3）溶洞發育，洞內被軟塑－流塑狀紅黏土或洞底堆積有松散巖塊碎屑，在溶洞底部鉆探過程中，常因沖洗液無法返至孔口而使巖粉、溶洞充填物落入鉆孔內出現埋鉆事故。針對上述問題，具體的解決方法為：（1）通過在鉆探遇巖后控制鉆速和鉆壓，待鉆具進基巖后再使用正常速度和壓力鉆進；（2）當鉆進過程中發現有破碎帶時，通過往孔內投入粘土球進行護壁；（3）當鉆探孔穿越溶洞，且出現垮孔和輕微埋鉆現象時，采用跟管鉆進法，將套管加至溶洞底部穩定地層。

4．4穿越多層溶洞

套管通常只打到基巖面，繼續加長需鉆機進行預鉆孔。場地發育有深度超過20．0m的串珠狀多層豎向溶洞，鉆具在鉆穿溶洞頂板后，由于缺乏導向，再次下鉆具時找不到原鉆孔。重新鉆孔，此類問題還會重復出現，并易發生卡鉆、埋鉆和鉆具折斷的事故，在工期和經濟上造成浪費。針對上述問題，具體的解決方法采用多層套管、變徑鉆進的方法。首先用108mm的鉆具鉆至基巖面，并鉆人巖石20～30cm；然后將套管打至基巖面；再用89mm的鉆具繼續鉆進。當鉆探過程中遇到溶洞時，鉆穿溶洞，進入溶洞底板基巖20～30cm后提起鉆具，取出芯樣后將此巖芯管當作套管，再用73mm的鉆具繼續鉆進。實際工作中可按照這個原則根據鉆探深度內溶洞的個數，選定巖芯管的管徑和分級。當溶洞高度不大時，一級套管可穿幾層溶洞，達到經濟高效的目的。

4．5地表塌陷

當鉆探場地的覆蓋層厚度較薄、下伏基巖存在較大的溶洞、溶溝（槽）和巖溶管道時，在鉆探施工的振動和鉆探漿液的沖蝕下，孔內土層和基巖面軟塑狀土層將被沖洗液帶走，形成地表塌陷、卡鉆、埋鉆事故。因此鉆探時要將套管下至基巖面，防止沖洗液沖蝕的導致地表塌陷。同時在鉆探施工過程中應隨時觀察地表的變化情況。

4．6巖芯采取率低

由于巖溶場地溶洞較多，溶蝕裂隙發育，常規的單動單管鉆進獲取的巖芯樣會影響巖石的采取率和質量指標，特別是遇到多層溶洞時，問題更為突出。因此，可通過改變鉆探工藝來解決此類問題。比如采用單動雙管鉆具鉆進和適當減小回次進尺等。

5結語

（1）由于巖溶的發育和分布具有較高的隱蔽性和不均勻性，在強巖溶場地進行巖土工程勘察鉆探施工是一項非常復雜和特別重要的工作。我們應多積累鉆探施工經驗、提高鉆探施工技術，確保巖土工程勘察質量。（2）本文結合巖溶區鉆探施工的共性問題和貴陽新世界3F地塊巖土工程勘察項目鉆探施工中的經驗，介紹了巖溶地區勘察鉆探施工一些經驗和方法，以供相關人員參考。

參考文獻

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作者:王劍 龍舉 李勇 單位:貴州省地礦局地質大隊 貴州地質工程勘察設計研究院