工程地质钻探方法的选择与应用
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作者: 郑计划
[摘要]本文阐述了工程地质勘察及工程地质钻探的原理，通过对实际工作的了解与分析，研究出合理化调整和选用工程钻探方法，实现了优化钻探质量与提高钻探效率的目的。
[关键词]工程地质勘察；钻探方法
1、工程地质钻探
工程地质钻探是一种常见且很重要的工程地质勘察方法，又是采取岩样土样及进行原位测试不可或缺的手段之一。钻探是勘查资料可信性和准确性的保证，特别是对于碎石土、砂土较厚地层及有特殊土地层中钻探更为重要。如果钻探技术不过关，便不能准确地揭露地层结构也不能获得岩土的客观物理力学参数，导致一些不真实的参数及资料出现在勘察报告上，影响了工程建设的质量，甚至可能产生上部拟建结构的安全隐患。
2、场地钻探条件对钻探方法选用的影响
场地钻探条件指的是在工程地质钻探时，某种钻探方法在取得地质资料准确性和提高钻探效率，在钻孔结构、钻孔钻进情况、回次进尺率、岩芯采取率、野外岩芯取样与鉴别等方面，所反映出的实际情况。
对于土层的钻探方法多为回转取心钻进、冲击取心钻进、螺旋取样钻进。在工程地质钻探过程中，不仅要求成功钻入，而且的要获取充分的如颗粒组成、密实度等指标。如何根据场地钻探条件选择钻探方法，让取得土样所反映的地层岩性与该土层的真实情况符合，一直是勘察工作需要解决的问题。对于土层，在工程地质钻探过程中决定成果准确性及可靠性的条件主要表现在岩芯采取率和回次进尺率等方面。
岩心采取率：衡量岩石钻探工程质量的一项重要指标，是钻进采得的岩心长度与相应实际钻进尺之比。岩心采取率用系数δ来量度。
δ=(L2-L1)(L0-L3)
式中：L―本回次岩芯长度，m；
L1―上回次岩芯残留长度，m；
L0一本回次进尺，m；
L3一本回次岩芯残留长度，m；
回次进尺率：回次进尺的大小表征着两重含义，即回次时间内纯钻进时间的长短。回次进尺率主要表征钻进的机械效率，用系数η来量度。
η=(H2-H1)(H0-H1)
式中：H0―本回次钻进结束钻孔深度，m
H1―上回钻孔实际深度，m；
H2―下回次下钻后钻孔实际深度，m；
实际钻探工作中长期的观测和总结得出，δ值在偏离1.0较大时，回次进尺率较低，钻探效率及质量产生较大影响。相反，δ值在1.0附近区间变化时，回次进尺率η值在0.9～1.0之间。为了有效提高钻探质量及效率，钻探中对于硬塑、的土层选用回转取芯钻钻进或锤击取芯钻探时，其δ、η值趋近于1.0；对于软塑、天然密度较小的土层，用螺旋取样钻钻进时，其值趋近于1.0。总结出钻探条件与不同钻探方法的关系见表1。
在工程地质钻探中，地层为碎石类土的情况较为多见，也是工程地质勘查中较为繁琐的地层之一。这种地层在力学性质上较不稳定，其基本特征是颗粒较多、无胶结，粒径不均。在这种地层上进行钻探工作时，较容易破坏地层相对稳定状态。为保证取得准确的资料及保证钻探质量，在这些地层中必须选用合理的钻进方法，采取先进的钻进技术。因此钻探方法也多采用回转取芯钻进、锤击取芯钻进等综合钻进法。根据钻探条件，来分析所选用的钻探方法，是否能有效提高钻探效率和提高钻探质量。首先要分析不同钻探方法在不同的密实程度、潮湿程度、粒径和充填物中的适用情况。
(1)对于松散的卵碎石类地层，颗粒自由度较大，套入条件较好，容易钻进，但是也容易坍塌，适用跟管钻进，对于较密实的地层，其中颗粒自由度较小，钻进中孔壁坍塌程度较小，适用于裸孔钻进；
(2)对于含水量较小的卵碎石层层，孔壁不容易发生坍塌，若其较密实，适用于裸孔钻进，含水量较大的容易钻进，孔壁也易坍塌，所以首先考虑护壁因素，适用于跟管钻进，当卵碎石空隙充填较多粘性土时，亦可用裸孔钻进；
(3)为取得好的钻进效果，综合分析卵碎石粒径对钻进的影响，选择合适的钻具口径。通常正常钻进中常使用φ127钻具或φ146钻具，如果地层粒径大于岩心管内径或者钻头内径，可适度增大钻具口径或使用小口径钻具，以破碎个体为目的进行钻进；
(4)对于卵砾石间多以粘性土充填的地层来说，其粘结力较强，钻探工作中孔壁坍塌程度较小，宜用裸孔钻进；对于卵砾石问多以沙类土充填的地层来说，其粘结力较差，应在钻进中主要考虑护壁问题。为防止用泥浆护壁有可能对地层进行分选，对现场鉴别增加困难，并考虑到这种方法的效益等因素，不宜采用这种方法。相比之下更常用套管护壁。
3、实际钻探工作中钻探方法的选取
在钻探工作中遇到的地层，实际情况多为以上各单一条件的复杂综合体，钻探时需依据密实度、填充、含水率等的差异，在钻探工作中根据钻探条件，及时选用适应的钻探方法，以提高钻探效率和钻探质量。
(1)遇到较为松散的地层，含水率低，填充物多为粘性土时，回转跟管钻进，增加提钻次数，以使回次进尺后起钻方便。
(2)遇到较为密实的地层，含水率低，填充物多为粘性土时，宜采用合金干钻，回次开始时钻进参数随进尺的增加应逐渐增加，同时，还应依据现场进尺的快慢程度来随时调整钻进参数。
(3)遇到较为松散的地层，含水率低且填充物中粘性土含量低时，钻探宜使用跟管钻进方法。下管前用φ150钻头开孔，一般钻入地层3～6m较为合适，随后用压入、回转后振动的方法将套管下入。
(4)钻探中采取泥浆护壁可能使地层分选，将地层中细颗粒带走，影响野外地层鉴别的准确性。当在卵碎石地层中钻探时，应避免使用泥浆循环钻进；当在地层较为松散并且粘性土含量较低的场地钻探时，可考虑选用泥浆护壁。
参考文献
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