浅谈岩土工程勘察中的钻探工艺

浅谈岩土工程勘察中的钻探工艺
前言：岩土工程地质钻探是利用人力、机械等手段，揭示地层层序、岩土工程特征、认识地表以下地层或某一特定位置的情况或特点的一种勘探手段。

其目的是通过钻探取样，样品分析，现场工程地质测试等，以获取建筑基础的地质资料和岩土层的各项参数，为选择修建地点，地基处理方式，基础形式，确定建筑物类型，及制定合理的施工方法提供设计和施工依据。

一钻探工具的选取
在岩土工程勘察中对勘察质量有直接影响的是钻进方法的选择及钻探工具的选择。

主要的钻探工具为钻杆、钻头、岩芯管。

下面详细说明其选取。

1、钻杆的选取
首先应定期检查钻杆保证钻杆的轴线的直线度误差小于0.1%；其次笔者建议在钻机应该配备两套钻杆，其中一套为直径42mm的钻杆，主要应用于软层、较硬土层的钻进及原位测试；另一套为直径50mm的钻杆，主要应用于硬层钻进，可以预防钻杆的折断和脱落。

2、钻头的选取
在目前岩土工程勘查中主要用的钻头类型为螺旋钻具和硬质合金取心钻具。

钻具的选取主要由钻进方法所决定。

螺旋钻具应用于螺旋钻进，硬质合金取心钻具应用于硬质合金钻进。

常用的螺旋钻主要分为长螺旋钻、短螺旋钻、环状螺旋钻、振动螺旋钻、套管螺旋钻和麻花钻。

二导致钻孔质量不合格的技术因素：
（一）钻压
孔底压力过大，给进不均，对于钻进松软、粘性大的地层，则有糊钻、岩芯堵塞自磨，或烧灼变质，严重者还会引起烧钻事故；对于钻进硬岩层则易使钻头变形，岩芯堵塞磨损。

同时，压力过大还增加了钻具的弯曲和摆动，从而加剧了对岩芯的机械破坏，孔底压力不足，则进尺缓慢，增长了岩芯受破坏作用的时间；由于压力过小，等于“吊起”钻进，钻头摆动加剧，离心力增大，易将岩芯柱震断造成岩芯堵塞磨损的机会。

（二）转速
钻具与孔壁间隙大的钻进方法，钻进时转速愈快，钻具受离心作用大，其振动、摆动亦越大。

对岩芯的破坏作用亦加剧。

间隙小、导向好，转速快有利于提高钻速，亦缩短了岩芯受破坏作用的时间。

（三）冲洗液量
冲洗液量大小的选择，应根据地层条件和钻进方法，钻速高低、排粉的需要、孔壁的保护、以及岩芯的保全、免遭冲刷等酌情选择。

（四）回次进尺的时间和长度
回次进尺的时间和长度对岩芯的磨损也有影响，其影响的程度，要视地层情况而定。

按规程，回次进尺最多以2～3米为宜，就是为了尽量减少过长的回次时间和进尺对岩芯的影响。

（五）操作技术不当
卡芯方法与操作，是取芯的最后一道工序，即使钻速高，岩芯保存完好，如果卡取不上或中途脱落，势必前功尽弃。

在用干钻法或双动双层管取芯时，掌握不当，会使岩心严重挤压或烧灼变质。

还有岩芯堵塞问题，除地质等因素引起外，操作方法不当，也是重要一环。

三勘察钻探过程中存在的问题及钻探作业方法的选取
1.1 钻探效率低：岩溶地区岩体比较散碎，存在较大的裂缝或溶洞，当阻力较大或溶洞较大时，易导致钻具折断。

当遇到很大溶洞、裂隙，再加上操作不规范会被其中的碎石、溶洞泥等造成卡埋钻具现象，使其难以拔出。

1.2 钻孔涌水、漏水：岩溶地区水力联通关系复杂、地下水丰富，比较低洼的地势还可能出现涌水现象，在钻机钻探的过程中会碰到半裸露或裸露的岩溶高地，常会发生钻孔漏水现象，若地下承压水水头比较高，可能鉆孔中无法用泥浆护孔，使止水难度加大。

1.3 钻探场地的地基不稳：在工程实践过程中，往往要把设备安置在地基不稳定的岩溶地区，而由于下伏地形的复杂性，裂隙和溶蚀面与破碎、溶洞、漏失等情况的存在，在施工机械振动的荷载和冲洗液的冲蚀作用下冲洗液将盖层冲蚀，形成地基失稳或下陷乃至设备沉入井坑中。

钻探作业方法的选取
1.软弱粘性土层的作业方法选取
螺旋钻钻具的叶片长度通常控制在1m左右，直径要稍微小于钻孔直径。

进尺要控制在0.5-1.0m之内，由于螺旋钻有一定厚度，对得到的土样具有扰动性，旋转钻进尺1.0m，最终得到的土样长度大于1.0m，至于增加长度的确定要考虑螺旋钻参数和土层塑性指标，要具体针对土层性质加以区分，以便客观掌握土层变化和性质分析。

这种土层钻探所选用的钻具，要控制其钻速在90r/min-100r/min之内，孔内的水在低转速慢提升的过程中能够起到润滑作用，有效降低钻阻力。

若是转速较高，提升过快，那么地下水会产生负面作用，导致叶片上土样脱落，无法取得预期效果；若是提钻受阻时，要利用油缸进行慢提升，不可采取边回转边提升的方法。

此外，由于土层较软，当钻具提出后，很容易形成缩径，所以在下次钻探后，要区分刮落图样和计算取样长度。

2.可塑偏硬、硬塑及坚硬粘性土层的作业方法选取
这类土层要优先选取回转钻进，在实际钻探过程中，开始要慢速钻进，以确保钻头的实际切入，当切入之后转为中速钻进，如此不仅能够保证钻进速度，而且能减小提升阻力。

在回次提升过程中要控制好速度，确保孔底不出现真空。

若出现卡钻事故，要避免采取转升的方法，因为粘性土具有一定抗拉强度，为降低提升阻力，务必要先拧断岩芯。

若是选取冲击回转钻进，那么就要控制好水泵流量，当遇到可塑偏硬粘性土层时，要控制水泵流量为低俗，当遇到硬塑和坚硬粘性土层时，要控制水泵流量为中速。

3.砂层的作业方法选取
（1）粉细砂夹粘性土。

这种土层钻探时，应保持较小钻进压力，避免上下活动，要选择低钻速，水泵流量也要调至最小，在回次结束前，要用清泥浆进行洗孔，等孔内悬浮粉细砂带入泥浆地后才可以停泵，以此来避免发生沉砂卡钻问题，停泵后继续钻进0.3-0.5m，以避免岩芯脱落。

（2）中粗砂、砾砂。

这种土层可选取灌浆无泵反循环钻进方法，最好以低速钻进，并不断浮动钻具，慢提升，快下放，以此形成孔底反循环。

每次回次结束前，要用清泥浆洗孔，等孔内悬浮中粗砂、砂砾带入泥浆地后才可以停泵，以避免发生沉砂卡钻事故，停泵后继续钻进0.2-03m，实现干钻卡芯。

4.卵石层的作业方法选取
（1）松散卵石层。

这种土层要选用跟管钻进的方法，每次跟管长度要控制在3-6m，钻速控制在30r/min-60r/min。

也可选用投粘土球的方法，每钻进一段，便用黏土球夯实，然后再行钻进，切不可一味强调进尺，以免坍塌导致孔内事故。

（2）稍密-中密卵石层。

当含水率不大夹粘土时，可选用回转跟管钻进，钻速控制在20r/min-40r/min之内，一旦压力表跳幅较大时，就要立刻提钻，以免造成钻头损坏。

（3）密实卵石层。

当含水率不高夹粘土时，可选用合金干钻，起初时要选择低值参数，并逐步增加。

此外，要适当进行上下窜动，以免出现钻头烧死问题。

结束语
由于土层性质的不同，他们对钻探工艺有着不一样的适宜性，所以在钻探工艺方面没有一套通用的数据标准。

本文是笔者在多年岩土工程勘察实践中总结的一些钻进工艺选取的经验和方法，希望能够对广大业内同仁提供一定参考和借鉴。

但由于地质构造的区域性，土层结构和性质千差万别，所以在实际钻探中，要具体分析土层特征，制定最佳钻探方案。

参考文献
[1] 赵广辉.岩溶地区岩土工程勘察钻探质量控制[J]. 广东建材. 2011（02）.
[2] 柳莉，吴伟.简述岩土工程勘察纲要的要点[J]. 山西建筑. 2011（07）.。