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摘要：我国经济已经发展到了一个新的阶段，推动实现了各行业的快速发展，特别是岩土工程地质钻探技术发挥着越来越重要的作用。岩土工程地质勘探钻技术有非常精确的分析能力，已经成为一个重要的工程地质调查技术。虽然比较发达的国家，有很大的差距，但是，随着中国经济的发展，对矿产的需求也逐年增加，钻探工艺和设备已在我国许多领域得到了广泛的应用，并工程地质勘察的发展,带动整个钻探技术的进步。文章将重点介绍岩土工程勘察中钻探工艺技术，以供同行参考。
关键词：岩土工程勘察，钻探工艺
中图分类号：P2文献标识码： A
1 前言
地质勘查指标的准确性能够影响工程的施工质量,继而影响建筑的稳固性和耐用性。岩土工程钻探是利用人力、机械等手段进行地质勘查的一种方式不仅能够探明地质构造、岩石工程特征、地表底层特点还能查明地下水类型,为工程提供分析地下水物理化学性质的样本。
2岩土钻探的分类
(1)测绘孔:通过工程测绘而钻浅孔在孔中采取原状样品以弄清建筑基础的工程地质特征。(2)勘探孔:为了决定采取哪种施工方法而在勘察阶段了解建筑物的基础详细地质资料。(3)控制孔:为了编制岩石性质和水文性质以及地质性质进行的地质分层勘察。(4)实验孔:是为在孔内进行原位测试、水文地质试验而钻的孔。
3钻探设备
钻探设备选取是保证钻探进度的首要前提。不同的钻探设备能够满足不同的钻探工艺。汽车钻探是现在常用的钻探设备其工作效率比较高取原状土样适用于各种第四纪松散地层。而台式钻机的适用性比较强在复杂的工程场地可以采用此种设备。不管是汽车钻探还是台式钻探都能够满足钻探需要。
4钻探工艺
能够影响到钻探质量的是钻探工艺。结合不同的钻探设备,钻探工艺出现的钻探效果是不同的。比如说在岩土工程中常用的钻探方法有机械振动钻进、螺旋钻进、冲击回转钻进。机械振动钻进是利用振动带动钻杆和钻头产生周期振动,瓦解岩土层的抗剪强度在钻具振动器的自重和振动动力下进入地层在孔深较浅时效率较高在孔深较深或者岩石较硬时效率较低。螺旋钻进是利用螺旋回转将岩屑提到地表的一种方法,孔径多为12Omm,孔深为255Om,适用于14级软岩层。
5钻探工具
(1)钻杆:钻杆的直线度能够影响钻探准确度,一般直线误差要<0.1%。不同的岩土层对钻杆的需求也不一样。可以采用直径42mm的钻杆用于软土、较硬土层钻进,直径5Omm的钻杆可以用于硬层钻进。(2)钻头:钻头的选择根据是钻进方法规在岩石钻探工程中常用的钻头有螺旋钻具、硬质合金取心钻具螺旋钻具当然使用与螺旋钻进而硬质合金取心钻具则应用于硬质合金钻进。若岩土土层属于偏软粘性土层或者钻探深度位于地下水位以上可以采用重锤冲击钻进、螺旋钻进。反之则可采用套管螺旋钻进。如果钻孔深度较深河采取;中击回转钻探。
6岩芯的采取
岩芯是钻探的直接成果,也是工程地质研究的主要依据。通过对岩芯进行地层埋藏深度、厚度、地层分布规律、特性等一系列问题的研究可以判定工程地质的所需数据。所以一个工程勘察的成果由岩芯直接决定。但是有时候岩芯在数量上达到了要求但是在质量上还存在很多缺陷,比如岩芯结构被破坏、成分被污染、磨损较大、成分丢失等。这种质量的岩芯在严格意义上来说还是不合格的,因为在很多品质上不具有代表性。为了保证岩芯的质量在钻探的过程中要保持岩芯的完整度和纯洁度。这样才能钻探出具有代表性意义的岩芯而要保证岩芯的完整性和真实性需要从多方面进行严格审查和严格要求,比如地质因素、钻进方法、钻具结构、操作技术等。
(1)地质因素:岩土的硬度、胶结性、脆性、松散性、浮游性等特性都对岩芯的采用有着重要影响。若一个工程地质的岩石胶结硬度都不同那么对岩芯的采取率和完整性有影响。脆性岩石受到钻具的振动极容易破碎。松散性和浮游性地层容易被洗液冲刷、冲散。
(2)钻进方法:钻进方法常常是和地质因素相关的,因为不同的钻进技术对岩石的破坏程度时不同的。比如在硬性岩层中使用金刚石钻进取出的岩芯就具有良好的完整性能而在松软岩层中使用金刚石钻进效果就不如合金钻头。
(3)钻具结构:合理的钻具结构能够使钻头工作平稳、钻进效率高有利于岩芯的进入和保护,减少堵塞、磨损的机会。合金镶焊质量、水口大小、钻头内锥度时钻进结构的主要内容。
(4)操作技术:卡芯是取芯的最后一道工序,即使岩芯保护完整卡取不成功也是前功尽弃。在卡取的过程中经常出现卡取不上或者中途脱落在干钻法或者双动双层管取芯时也容易使岩芯严重挤压或者烧灼变质。所以卡芯的操作技术尤其重要。
7不同岩层的钻进方法
(1)砂层钻进:对于砂层钻进可以采用泥浆护壁。对于中、粗、砾砂层可以采用方柱状硬质合金钻头或阶梯式肋骨硬质合金钻头灌浆无泵反循环钻进，对于粉、细砂层可用活套闭水接头单管、阶梯式肋骨硬质合金钻头泥浆循环钻进。
(2)膨胀性岩层钻进:可采用肋骨式或加大内外出刃的硬质合金钻头，水口高度不小于20mm,内壁可增设水槽其宽度为6一8mm。
(3)破碎岩石钻进: 软土层钻进:对于软土层钻进可采用活套闭水接头单管钻具以及螺旋提土钻钻进或硬质合金钻头泥浆循环钻进。易冲刷和松软的岩石宜采用双管钻具或无泵反循环钻进;对于硬、脆、碎岩石可采用双管钻具或喷射式孔底反循环钻进。
8钻探工程中常存在的问题
(1)钻探依据不足:钻探立足于工程需要要对勘察工程的地形总建筑平面图理解充分再根据建筑的性质、规模、荷载、结构、基础形式、埋置深度等进行钻探设计。但是很多钻探工程前期资料收集不全,设计理念理解不充分导致勘探点坐标不清,勘察技术要求不明等问题。每个工程都有其特质而钻探前未能充分理解当地情况也使钻探准确性大打折扣。比如位于丘陵地带山间盆地的某住宅小区,很多住宅都建立在以前的人工鱼塘而勘察单位未能仔细勘察当地钻探条件,只根据钻探成果推荐天然地基最后发现所有钻孔均分布在塘堤上不仅不得不进行基础变更而且还浪费了人力、物力。
(2)测试点取样分布不合理:我国对不同建筑勘察钻探点的数量、位置、深度都有明确规定。但是有些勘察企业在取样上钻规范的空子，根本不考虑测试、取样的代表性和均匀性。使探察的数据不值得仔细推敲对建筑设计造成不利影响。
(3)钻探效率低:岩土工程中会经常遇到岩溶地区,如果在施工过程中遇到较大裂缝或者溶洞,会导致钻具折断。如果钻探设备操作不规范会容易被散碎的岩石、溶洞泥卡住。岩溶地区地下水丰富,水力联通在地势较低的地位会出现涌水现象在钻机钻探的过程中碰到半裸露或者裸露的岩溶高地会发生钻孔漏水现象。
结语
岩土工程勘察是一项综合性的工程地质勘察工作，其中涉及了力学，工程等方面。随着勘察技术的不断发展，很多技术问题已经解决，但在实践中仍然有一些需要研究和解决的技术问题，有效地解决岩土工程勘察问题，需要在工作过程中不断完善和提高自己专业知识和技能水平，工作认真负责、严谨细致、提交的调查数据真实、准确、合理、可行，以确保施工安全，促进经济社会的可持续发展。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)[R].北京,中国建筑工业出版社,2002.
[2] 中华人民共和国行业标准《建筑工程地质钻探技术标准》(JGJ87－92)[S].北京,中国建筑工业出版社,1992.
[3] 李世忠.钻探工艺学(下)北京:中国地质出版社,1985(2).
[4] 王扶志.地質工程钻探工艺与技术[M].武汉:中南大学,2008(9).
关键词：岩土工程勘察，钻探工艺
中图分类号：P2文献标识码： A
1 前言
地质勘查指标的准确性能够影响工程的施工质量,继而影响建筑的稳固性和耐用性。岩土工程钻探是利用人力、机械等手段进行地质勘查的一种方式不仅能够探明地质构造、岩石工程特征、地表底层特点还能查明地下水类型,为工程提供分析地下水物理化学性质的样本。
2岩土钻探的分类
(1)测绘孔:通过工程测绘而钻浅孔在孔中采取原状样品以弄清建筑基础的工程地质特征。(2)勘探孔:为了决定采取哪种施工方法而在勘察阶段了解建筑物的基础详细地质资料。(3)控制孔:为了编制岩石性质和水文性质以及地质性质进行的地质分层勘察。(4)实验孔:是为在孔内进行原位测试、水文地质试验而钻的孔。
3钻探设备
钻探设备选取是保证钻探进度的首要前提。不同的钻探设备能够满足不同的钻探工艺。汽车钻探是现在常用的钻探设备其工作效率比较高取原状土样适用于各种第四纪松散地层。而台式钻机的适用性比较强在复杂的工程场地可以采用此种设备。不管是汽车钻探还是台式钻探都能够满足钻探需要。
4钻探工艺
能够影响到钻探质量的是钻探工艺。结合不同的钻探设备,钻探工艺出现的钻探效果是不同的。比如说在岩土工程中常用的钻探方法有机械振动钻进、螺旋钻进、冲击回转钻进。机械振动钻进是利用振动带动钻杆和钻头产生周期振动,瓦解岩土层的抗剪强度在钻具振动器的自重和振动动力下进入地层在孔深较浅时效率较高在孔深较深或者岩石较硬时效率较低。螺旋钻进是利用螺旋回转将岩屑提到地表的一种方法,孔径多为12Omm,孔深为255Om,适用于14级软岩层。
5钻探工具
(1)钻杆:钻杆的直线度能够影响钻探准确度,一般直线误差要<0.1%。不同的岩土层对钻杆的需求也不一样。可以采用直径42mm的钻杆用于软土、较硬土层钻进,直径5Omm的钻杆可以用于硬层钻进。(2)钻头:钻头的选择根据是钻进方法规在岩石钻探工程中常用的钻头有螺旋钻具、硬质合金取心钻具螺旋钻具当然使用与螺旋钻进而硬质合金取心钻具则应用于硬质合金钻进。若岩土土层属于偏软粘性土层或者钻探深度位于地下水位以上可以采用重锤冲击钻进、螺旋钻进。反之则可采用套管螺旋钻进。如果钻孔深度较深河采取;中击回转钻探。
6岩芯的采取
岩芯是钻探的直接成果,也是工程地质研究的主要依据。通过对岩芯进行地层埋藏深度、厚度、地层分布规律、特性等一系列问题的研究可以判定工程地质的所需数据。所以一个工程勘察的成果由岩芯直接决定。但是有时候岩芯在数量上达到了要求但是在质量上还存在很多缺陷,比如岩芯结构被破坏、成分被污染、磨损较大、成分丢失等。这种质量的岩芯在严格意义上来说还是不合格的,因为在很多品质上不具有代表性。为了保证岩芯的质量在钻探的过程中要保持岩芯的完整度和纯洁度。这样才能钻探出具有代表性意义的岩芯而要保证岩芯的完整性和真实性需要从多方面进行严格审查和严格要求,比如地质因素、钻进方法、钻具结构、操作技术等。
(1)地质因素:岩土的硬度、胶结性、脆性、松散性、浮游性等特性都对岩芯的采用有着重要影响。若一个工程地质的岩石胶结硬度都不同那么对岩芯的采取率和完整性有影响。脆性岩石受到钻具的振动极容易破碎。松散性和浮游性地层容易被洗液冲刷、冲散。
(2)钻进方法:钻进方法常常是和地质因素相关的,因为不同的钻进技术对岩石的破坏程度时不同的。比如在硬性岩层中使用金刚石钻进取出的岩芯就具有良好的完整性能而在松软岩层中使用金刚石钻进效果就不如合金钻头。
(3)钻具结构:合理的钻具结构能够使钻头工作平稳、钻进效率高有利于岩芯的进入和保护,减少堵塞、磨损的机会。合金镶焊质量、水口大小、钻头内锥度时钻进结构的主要内容。
(4)操作技术:卡芯是取芯的最后一道工序,即使岩芯保护完整卡取不成功也是前功尽弃。在卡取的过程中经常出现卡取不上或者中途脱落在干钻法或者双动双层管取芯时也容易使岩芯严重挤压或者烧灼变质。所以卡芯的操作技术尤其重要。
7不同岩层的钻进方法
(1)砂层钻进:对于砂层钻进可以采用泥浆护壁。对于中、粗、砾砂层可以采用方柱状硬质合金钻头或阶梯式肋骨硬质合金钻头灌浆无泵反循环钻进，对于粉、细砂层可用活套闭水接头单管、阶梯式肋骨硬质合金钻头泥浆循环钻进。
(2)膨胀性岩层钻进:可采用肋骨式或加大内外出刃的硬质合金钻头，水口高度不小于20mm,内壁可增设水槽其宽度为6一8mm。
(3)破碎岩石钻进: 软土层钻进:对于软土层钻进可采用活套闭水接头单管钻具以及螺旋提土钻钻进或硬质合金钻头泥浆循环钻进。易冲刷和松软的岩石宜采用双管钻具或无泵反循环钻进;对于硬、脆、碎岩石可采用双管钻具或喷射式孔底反循环钻进。
8钻探工程中常存在的问题
(1)钻探依据不足:钻探立足于工程需要要对勘察工程的地形总建筑平面图理解充分再根据建筑的性质、规模、荷载、结构、基础形式、埋置深度等进行钻探设计。但是很多钻探工程前期资料收集不全,设计理念理解不充分导致勘探点坐标不清,勘察技术要求不明等问题。每个工程都有其特质而钻探前未能充分理解当地情况也使钻探准确性大打折扣。比如位于丘陵地带山间盆地的某住宅小区,很多住宅都建立在以前的人工鱼塘而勘察单位未能仔细勘察当地钻探条件,只根据钻探成果推荐天然地基最后发现所有钻孔均分布在塘堤上不仅不得不进行基础变更而且还浪费了人力、物力。
(2)测试点取样分布不合理:我国对不同建筑勘察钻探点的数量、位置、深度都有明确规定。但是有些勘察企业在取样上钻规范的空子，根本不考虑测试、取样的代表性和均匀性。使探察的数据不值得仔细推敲对建筑设计造成不利影响。
(3)钻探效率低:岩土工程中会经常遇到岩溶地区,如果在施工过程中遇到较大裂缝或者溶洞,会导致钻具折断。如果钻探设备操作不规范会容易被散碎的岩石、溶洞泥卡住。岩溶地区地下水丰富,水力联通在地势较低的地位会出现涌水现象在钻机钻探的过程中碰到半裸露或者裸露的岩溶高地会发生钻孔漏水现象。
结语
岩土工程勘察是一项综合性的工程地质勘察工作，其中涉及了力学，工程等方面。随着勘察技术的不断发展，很多技术问题已经解决，但在实践中仍然有一些需要研究和解决的技术问题，有效地解决岩土工程勘察问题，需要在工作过程中不断完善和提高自己专业知识和技能水平，工作认真负责、严谨细致、提交的调查数据真实、准确、合理、可行，以确保施工安全，促进经济社会的可持续发展。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)[R].北京,中国建筑工业出版社,2002.
[2] 中华人民共和国行业标准《建筑工程地质钻探技术标准》(JGJ87－92)[S].北京,中国建筑工业出版社,1992.
[3] 李世忠.钻探工艺学(下)北京:中国地质出版社,1985(2).
[4] 王扶志.地質工程钻探工艺与技术[M].武汉:中南大学,2008(9).