如何在岩土勘察中选择钻探工艺
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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。
岩⼟勘察中钻探设备及⼯艺如何选择岩⼟勘察中钻探设备及⼯艺如何选择 我国⼴袤的环境和变化多端的地质条件为岩⼟⼯程勘察提出了严峻的挑战。
伴随着现代科技的发展,应对各类地质环境的钻探⼯艺相继被研发。
岩⼟⼯程勘察中钻探设备及⼯艺应该如何选择呢,⼀起来看看! 1 钻探设备及⼯艺 岩⼟勘探利⽤钻机控制钻具从地表向地下钻进,在地下形成圆柱形钻孔,并通过钻孔获取处于不同深度下的岩芯、⼟、⽔样品,送往实验室分析取得第⼀⼿基础资料的⼿段。
岩⼟勘测综合性强、⼯艺复杂,不仅对地层、测定界限要准确划分,还要进⾏原位测试,原状⼟采集。
因此,钻探技术的⾼低和钻探⽅法的选择对整个勘察的.质量起决定性作⽤。
1.1 钻探设备 钻探设备是能够完成钻孔所必需的⼀切技术装备的总和,⼀般包括钻机、钻探⽤泵、空⽓压缩机、动⼒机和传动装置以及与之配套的钻塔、拧管装置等。
按其装载⽅式,可分为整体式和组装式,前者依据可移动性⽽分为固定式、拖引式和⾃⾏式三种。
依据岩⼟钻探设备⽤途可分为⼯程地质、⽔⽂⽔井、⼯程施⼯、岩芯和取样钻探设备等。
⼯程地质钻探设备常⽤于⼯业和民⽤建筑、桥梁、道路和码头等基础设施的⼯程地质勘察钻进。
⽔⽂⽔井钻探设备专门⽤于⽔⽂地质勘察孔和⽔井的钻进。
⼯程施⼯钻探设备⽤途繁多,特点各异。
岩芯钻探设备和取样钻探设备能够在岩⽯、⼟层或混凝⼟结构中钻进取样勘察。
1.2 钻进⽅法 钻进⽅法是指在钻探或钻井⼯程中,向地下钻进时,破碎孔/井底岩⽯所采取的⼀切⽅法和技术总称。
依据钻进⼯艺可分为:正循环回转钻进、反循环钻进、振动钻进、螺旋钻进、冲抓锥(⽃)钻进、潜⽔钻进、冲击钻进。
按钻进时是否采取岩芯,⼜可分为取芯钻进与不取岩芯钻进。
按回转钻进时破碎岩⽯所使⽤的磨料,⼜分为硬质合⾦钻进、钻粒钻进和⾦刚⽯钻进等。
2 不同地层的钻探⼯艺 2.1 粘性⼟(可塑偏软/硬粘性⼟) 针对软弱粘性⼟强度低、压缩性很⼤且渗透系数很⼩、触变性及流变性⼤等特点,可采取重锤冲击钻进和长/短螺旋钻进,如果钻探环境位于地下⽔位以下,可采取套管螺旋钻进或冲击回转钻进。
浅析岩土工程钻探工艺选取方法0 、引言建筑施工的前提是岩土工程的勘察。
只有岩土适合、地基稳定,才能进行后续的施工,否则,只能是徒劳无功。
所以准确了解地质情况和岩土特性是建筑工程质量保证的重中之重。
同时,根据岩土勘察了解岩土状况便于采用不用的钻探工艺开展工程项目,实施工程技术。
本文探讨了岩土工程勘察过程中的不同钻探工艺,主要是对岩土工程勘察中钻探工艺的选取进行研究。
1 、岩土工程的勘察在建筑施工前,当地的岩土的可建筑性以及岩土表层土质的松硬等状况都是需要考虑的问题,紧接着才能探究施工钻探工艺的方法。
在每次施工前都要有地质勘探专家等对地势、地形、地表水文状况等与建筑施工有关的因素进行实地勘察,收集相关资料,采用相关地质勘察方法确定最佳岩土施工方案,采取有效的措施避免不安全因素的影响。
2 、钻探设备和钻探工具的选取钻探设备和钻探工具的选取因不同土层而异[1]。
选取钻探设备主要是为了满足各种钻探工艺的要求,只有针对性的选择钻探设备才能使不同的钻探技术发挥最大功效,从而在钻探方面达到事半功倍的效果。
如果对于不同的岩土,没有采用不同的钻探设备也不会影响工程质量,主要是对工程进程造成一定的影响。
因此,钻探工艺的选择和钻探设备无很大关系。
但是,钻探工具的选择直接影响岩土勘察质量,主要的勘察工具有钻头、钻杆和钻芯管等。
3、钻探工艺的选取不用的岩层性质决定了钻探工艺的选取。
目前,使用较普遍的钻探工艺主要有冲击回转钻进、螺旋钻进、重锤冲击钻进3种[2]。
其中,冲击回转钻进主要用于可塑硬塑、偏硬和坚硬粘性土层,螺旋钻进主要用于砂层,螺旋钻进和重锤冲击钻进联用可用于可塑偏软性土层。
依据不同的岩土土层性质,选取合适的钻探工艺有利于加快岩土勘探施工进程,提高施工质量[3]。
3.1 可塑硬塑、偏硬和坚硬粘性土层对于硬粘性土层,首选方法当属冲击回转钻进。
由于土层较坚硬,在刚开始切入土层时应该放慢速度,缓缓钻进,这样在碰到吃不进土层时方便增加压力。
浅谈岩土工程勘察中钻探工艺的选取摘要:在工程建设活动中,岩土工程勘察是非常重要的基础性工作,能为工程结构设计、建设提供良好的依据,对于工程建设质量也具有极大的影响。
在岩土工程勘察实践中,应结合实际情况,合理选择钻探工艺,从而提高岩土勘察水平与质量。
以供参考。
关键词:岩土工程;工程勘察;钻探工艺引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。
1岩土工程勘察中钻进方法的选择1.1优选硬粘性土层的钻进方法在实际勘察中,为了提高钻进效率通常选择螺旋钻,由于该土层具有较高强度,事实上螺旋钻已经不具备其高效率的优势。
因为长螺旋钻在钻进过程中,要时刻考虑螺旋距,在粘性较小土层中,要选择稍小螺旋距。
反之则要选择稍大螺旋距。
但因为钻具和土体接触面比较大,在粘性较大土层钻进中,要注意钻进速度和进尺,要避免出现埋钻或断杆现象。
这个钻拥有非常大的扰动特点,因此这个历程中应该提高注意力。
作者提议硬质的粘土中要选择冲击的钻进,应用小肋骨的钻头施行岩芯的取样。
1.2优选软弱粘性土层的钻进方法这类土层自身的强度不够高,通常会采用螺旋钻进的方式,如果处于地下水位之下,并且孔深较浅那么就用套管螺旋钻。
此种情况下,必须充分调配泥浆,在保证护壁标准的前提下尽量压低水泵的流量,防止由于水速过大而冲散泥土以及混入泥浆的现象发生,特殊情况下也可以采取孔卡的方法获得岩芯。
为可保障岩芯使用率,防止岩芯的脱落,能够运用这个工具施行,来提高干钻的取芯实际的效果。
1.3优选砂层的钻进方法钻探工艺的确定需要根据当地地下水量的丰富情况与水位高低来判断,地表与水之间的砂层如果含有较多粘性沙粒则选择裸钻。
岩土工程勘察中钻探工艺的选择摘要:随着岩土工程勘察技术不断发展与进步,钻探工艺也有了十分巨大的进步,在岩土工程勘察中,钻探工作十分重要。
本文将从岩土工程的勘察过程中的钻探工艺入手,介绍不同地层的钻探工艺的区别与特点,以供各位读者阅读参考。
关键词:岩土工程;勘察工作;钻探工艺1岩土工程勘察中的钻探设备和钻进方法1.1钻探设备在岩土工程勘察当中,主要采用的钻探设备包括钻机、泵、空气压缩机、动力机、传动装置等,此外还有一些与之组合搭配使用的拧管、钻塔等工具和材料。
这些设备主要是以组合式、整体式等不同的装载形式存在的。
其中,整体式的装备主要包括自行式、托引式、固定式等。
根据不同的用途,钻探设备还能够分为不同的种类。
一些设备是专门用于岩土工程勘察中的钻探工作使用,还有一些设备能够在多个不同领域中进行应用。
在进行岩土工程勘察的过程中,主要采用取样钻探设备、岩芯钻探设备等,对地质进行钻探和取样,从而获得准确的岩土情况。
1.2钻进方法在岩土工程勘察工作当中,钻进方法主要包括一切能够实现设备钻进的方法,在实际钻进工作当中,能够选取很多种不同的钻进方法。
对于钻进方法的分类来说,可以根据不同的钻进工艺划分,也可根据钻进过程中是否采取岩芯进行划分,还可以根据回转钻进中破碎岩石采用的不同磨料进行划分。
但是,无论是何种钻进方法,在钻进的过程中,都需要实现破碎孔和破碎井底岩石。
2不同地质条件下钻探工艺的选取2.1软弱粘性土层在软弱粘性土层、可塑偏软粘性土层等地质条件的钻探当中,将螺旋钻钻具的叶片长度控制在1m左右的长度,其直径要比改换螺旋钻具钻孔的直径稍小。
在0.5m到1.0m的范围当中进行每回次的进尺。
考虑到螺旋钻自身存在着一定的厚度,在土样的取出过程中,其也会收到一定的扰动。
因此,螺旋钻采取1.0m的进尺,实际取出土样则超过了1.0m以上的长度。
其中,土层的塑性指标、螺旋钻的相关参数等,会对增加的长度数值产生影响。
具体来说,如果土质越软,就会产生越小的长度增加值。
岩土工程勘察中钻探设备及工艺的选择摘要:岩土工程勘察中,由于不同区域的地质情况存在差异,在实施钻探过程中需要采取不同的钻探设备以及钻探工艺,合理的钻探设备、钻探工艺能够显著提升岩土工程勘察效率。
为进一步提高岩土工程勘察的准确性与勘察效率,对不同地质条件下的钻探设备、工艺选取进行研究十分必要。
本文首先介绍岩土勘察工程的具体作用,说明岩土工程勘察中合理选择钻探设备、工艺的重要性,最后从设备选取与工艺选取两个角度说明具体选取策略,以此为相关人员提供实践参考。
关键词:岩土工程勘察;钻探设备;钻探工艺;地质条件前言:我国国土面积广袤,地形地貌条件复杂,不同区域的地质情况均存在较大差异。
所以在工程建设中需要着重考虑到岩土问题,不同成分的地质条件均会对工程建设产生影响。
而岩土工程勘察钻探便可探明工程所在区域的实际地质情况,但不同地质条件所采用的钻探设备与钻探工艺各不相同,合理的钻探工艺能够有效提高岩土工程勘察的准确性。
因此,对岩土工程勘察中钻探设备及钻探工艺的选取加强研究极为必要。
1.岩土工程中钻探勘察的内容岩土工程中的钻探勘察指的是对特定区域的地质环境以及岩土特征进行勘探并分析,最后通过编制相关报告对地质条件进行显示。
按照钻探勘察的实际工作内容,可以将钻探勘察的内容分为四种。
①对自然条件进行勘察。
此类岩土钻探工程是为了确定地形、水文条件是否具备符合工程建设要求的承载力,或明确此自然条件下是否会对工程带来负面影响,进而有针对性地采取优化措施,保障工程项目顺利开展。
②对不良地质进行评价。
此类岩土钻探工程的目的是对工程项目建设区域中存在的不良地质进行评价,明确地质灾害出现的概率,判别周边出现滑坡的可能性,岩溶的实际情况以及河流岸边的冲刷情况,并结合实际情况采取有针对性措施,尽可能提高工程的稳定性。
③对岩层、岩性进行分析。
此类岩土钻探工程的目的是分析工程项目建设区域中地质状况以及地质类型,判别工程建设是否能够对周边生态环境产生影响。
岩土工程勘察中钻探工艺的选取研究摘要:要根据工程涉及的地质环境,合理的选取岩土工程勘察中钻探工艺,在对工程建设土壤条件进行初步的了解之后,要选择适合工程建设的钻探工艺。
科学合理的调整钻孔、钻进和钻压,以此提高钻探工艺使用的质量效果。
在此基础上,最大程度上减小工程项目在施工过程中所面临的问题的影响。
所以,岩土工程勘察人员要在数据分析和现场试验的基础上,选择合适的钻探工艺,确保勘察结果的精确性和可靠性,为工程建设提供重要的数据依据。
关键词:岩土工程勘察;钻探工艺;选取1钻探工艺概述钻探是指用一定的设备、工具(即钻机)来破碎地壳岩石或土层,从而在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔(直径相对较大者又称为钻井)的过程。
工程地质钻探是岩土工程勘察的基本手段,其成果是进行工程地质评价和岩土工程设计、施工的基础资料。
其目的是为解决与建筑物(构筑物)有关的岩土体稳定问题、变形问题、渗漏问题提供资料。
钻探的主要任务是探察地层岩性及分布,软弱岩土层分布;了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况;探明地层断裂带条件,查明裂隙发育情况;查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数;利用钻孔进行灌浆、压水试验及其他原位测试;利用钻孔进行地下水位的长期观测或对场地进行降水(如处理滑坡和基坑降水问题)。
2影响岩土工程勘察中钻探工艺选取因素(1)在实施钻孔作业时,当前阶段应用的施工技术并不完善,即并不能为钻孔作业全过程提供一个规范且合理的环境。
这种情况下,岩土工程勘察人员只能根据自身的工作经验,来进行实际操作。
此时,勘察作业采用的操作方法就存在一定的不合理问题,如钻孔的操作技术应用不当,使得获取地层结构样品中岩芯发生了脱落,严重影响了工程勘察技术的质量效果。
(2)岩土工程勘察人员在进行钻进作业时,是通过控制合理控制转速,来提高钻孔质量效果的。
然而,实际施工作业过程中,施工技术人员并未充分认识到这一问题的重要性,使得钻孔机械设备与孔壁之间的缝隙较大。
岩土工程勘察中钻探工艺的选取王程龙摘要:近年来,我国建筑行业发展迅速,建筑工艺种类也在逐渐增加,而建筑行业在发展过程中最关注的两个因素就是建筑工程项目的稳定性与耐用性。
岩土工程是建设工程项目在施工过程中重要组成,对于建筑的稳定性与耐用性有着非常重要的作用。
因此,建筑工程项目在实际施工过程中应该加强对岩土工程勘察中钻探工艺的选取控制,只有这样才能保证工程项目的质量,提升项目的稳定性与耐用性。
关键词:岩土工程勘察;钻探工艺;选取1导言岩土工程对工程建设具有很大的帮助,岩土工程是整体工程建设的基础,岩土工程能向工程设计提供既详细又具体的的资料,确保建筑工程得以顺利实行。
在实践过程中,岩土工程会被多种因素影响,特别是岩土工程在实践的具体操作过程中存在很多缺漏,所以,需要及时采取科学合理的措施进行针对性解决,才能确保工程质量,提升工程进度的目的。
在岩土工程勘察过程中,所获取的岩土参数能提供详细的资料,确保建筑工程顺利实行,因此一定要把岩土工程勘察作为整体建筑工程的基础性和必要性工作。
2钻探设备及钻探工艺流程的分析2.1钻探设备岩土工程项目在实际施工期间所选取的勘探设备可以对岩土工程进行打孔,但是在实际操作期间由于建筑工程项目的种类较多,土壤地质条件也存在着很大的差距,因此,在实际进行期间应该准备好充足的钻孔设备,只有所使用的设备可以满足不同岩土工程的使用需求。
一般来说,常见的钻探设备有钻机、钻探用泵、空气压缩机、传动装置等,不同的设备在实际使用过程中有着不同的功能。
在岩土工程中最常用的钻探设备就是岩芯钻探和取样钻探这两种。
这两设备较为先进,技术发达、灵活性较高等,可以有效的保证岩土工程的钻探质量。
在对钻探设备采购过程中,还应该做好采购全过程的监管,检查设备出厂日期与各零部件的质量,保证设备完整、质量完好之后再进行购买。
当勘探设备在实际应用期间,还应该对设备定期开展养护工作,找出设备在运行期间存在的潜在问题,并及时解决,减少故障、老化等事件发生。
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald78岩土工程是20世纪六七十年代发展起来的,其是集多门学科于一体的新学科,包括岩体工程和土体工程两个方面。
由于我国幅员辽阔,地质条件复杂多变,岩土层物理性质也存在着较大的变化,岩土工程勘察通过对施工现场进行钻探、取样来对现场的土体和岩体进行分析和测试,从而确定出岩土的物理力学指标和岩土特性来为后续工程施工提供必要的依据。
通过岩土地工程勘察,可以提供准确的数据,有效的为后续工程的施工的质量和安全提供了可靠的保障,而且有利于施工工期的顺利开展,确保了投资效益的实现。
1 钻探设备及工艺岩土勘探工程是通过钻机钻进地表中,并在地下形成圆柱形的钻孔,从而从钻孔中来获取不同深度的岩芯、土和水样品,获取后的样品经过实验室分析后所得到的资料即是勘探的基础数据。
进行岩土勘探时不仅工艺较为复杂,而且具有较强的综合性,因此需要准确划分地层和测定界限,还要做好原位测试工作,对原状土进行采集,所以在岩土工程勘察中,勘察质量往往取决于钻探技术和钻探方法的好坏。
1.1 钻探设备在进行岩土工程勘探时,进行钻孔所需要的所有装备都可以称之为钻探设备,其不仅包括钻机、钻探用泵、空气压缩机、动力机和传动装置,同时还包括与之配套的钻塔、拧管装置等。
其以整体式和组装式两种装载方式存在,而在整体式中还可以将其分为固定式、拖引式和自行式。
而且钻探设备按其用途不同还可以进行多种划分,其应用的领域也较为广泛,部分专用钻探设备则专用于其领域内的钻进工作。
岩土工程勘探时,通过岩芯钻探设备和取样钻探设备来实现对地质的取样勘察。
1.2 钻进方法在岩土工程勘察过程中,在进行钻进过程中所采用的一切方法即称为钻进方法。
在实际钻进过程中,可以采取的钻进方法较多,不论是按钻进工艺,还是钻进时是否采取岩芯或是回转钻进时破碎岩石所使用磨料的不同,都可以将钻进方法分为不同的类型。
第6期2020年12月No.6 December,20201 钻探工具的选择在岩土工程地质勘察工作中,地质情况不同,需要的钻探工具也不同。
钻探工具对整体勘察结果有极大的影响,尤其是钻杆及钻头,需有较高的质量保证。
1.1 钻杆的选择为了全面保证钻探施工得以科学、有序地开展,在对钻杆进行选择时,通常需要检查钻杆轴线,需保证钻杆挺直没有弯曲的情况,使得作业过程中出现的误差可以控制在一定范围内。
另外,岩土层中难免会有硬层,所以,为了避免发生钻杆折断的问题,通常需要准备两套钻杆,且钻杆杆径分别为42 mm 和50 mm ,用于软层和硬层的不同钻进作业[1]。
1.2 钻头的选择一般在岩土工程钻探施工过程中,比较常用的钻头有螺旋钻具和硬质合金取心钻具两种[2]。
所以,通常需要根据钻进方法,选择与之相适应的钻头来实施具体作业。
2 影响钻孔质量的因素2.1 钻压影响岩土工程钻探施工钻孔质量的因素比较多,钻压就是一个较为重要的因素。
例如,在具体的钻进施工过程中,当钻压过大时,通常会出现钻进有失均匀的问题,致使钻孔质量受到影响[3];遇到较为松软的地质层时,极易发生岩芯堵塞的问题,长此以往,就会导致自磨损坏,甚至还会造成钻机烧坏。
此外,在钻进时若孔底压力不够,就会导致钻头摆动幅度增大,同时,离心力进一步增大,严重时还会造成岩芯柱震断。
2.2 钻速对于钻进施工,有必要对其钻进速度进行有效控制。
这主要是由于钻具和孔壁之间存在一定缝隙,一旦钻进速度过快,就会导致钻具发生较大幅度的摆动。
这样不仅无法保证钻孔质量,还会对岩芯造成较大程度的破坏。
对于一些间隙小的钻孔,适当加快钻进速度不仅可以有效保证钻进施工进度,还可以有效减小对岩芯的破坏。
2.3 操作不当要想确保钻进工作得以有序地开展,不仅需要控制好钻压和钻速,还需要用科学、正确的施工操作方法作为保障。
在具体的钻进作业过程中,比较常见的操作不当有两种表现形式,一种会使岩芯发生堵塞而导致整体钻进作业受到影响,另一种会造成钻进时岩芯脱落的现象,最终致使钻进作业受到极大的影响[4]。
如何在岩土勘察中选择钻探工艺
发表时间:2016-12-06T14:56:26.217Z 来源:《基层建设》2016年21期作者:徐华
[导读] 摘要:岩土勘察中的钻探施工是取得场地工程地质资料的主要途径,如何获得完整的岩芯材料,是提供准确的岩土特性、地层构造等勘察资料的关键,选择合理的钻探工艺有助于顺利达成该目的,因此本文对相关内容进行了分析。
武汉市测绘研究院
摘要:岩土勘察中的钻探施工是取得场地工程地质资料的主要途径,如何获得完整的岩芯材料,是提供准确的岩土特性、地层构造等勘察资料的关键,选择合理的钻探工艺有助于顺利达成该目的,因此本文对相关内容进行了分析。
关键词:岩土勘察;钻探工艺;选择
钻探是岩土勘察中历史悠久、应用广泛的一种技术,是取得地下实物信息、场地工程地质资料、验证地下信息推断与解释的主要途径。
其受环境、地形和地质条件影响小,深可达万米,水域、冰上都能作业,具有很强的适用性。
岩芯取样可以直接观察地下实物的形貌和地层构造特征,反映较为精确的工程地质信息,为物探、坑探等勘察手段所不及[1]。
但钻探施工不仅仅为了取得准确的勘察资料,还要考虑施工效率,这样才能获得较好的经济效益。
钻探工艺的选择反映了这方面的需求,因此本文进行了分析。
1 钻探工艺类型与特点
1.1 钻探工艺类型
按钻进是否取芯,分为取芯钻进和不取芯钻进。
按岩土破碎形式分类,钻探分为三大类:(1)冲击钻进,利用钻具冲击动能破岩,例如钢丝绳冲击钻进、钻杆冲击钻进;(2)回转钻进,利用钻具回转运动破岩,例如手动回转钻进、机械回转钻进、深井回转钻进;(3)其他钻进,如螺旋钻进、振动钻进、冲击回转钻进。
按破岩磨料种类,分为硬质合金钻进、金刚石钻进和钻粒钻进。
按钻进所使用的冲洗液,分为清水钻进、空气钻进、泡沫钻进、雾化钻进、泥浆钻进、乳化液钻进、饱和盐溶液钻进、充气泥浆钻进等。
若按冲洗液循环方式,分为正循环钻进和反循环钻进。
1.2 常用钻探工艺特点
1.2.1 绳索取芯钻探工艺
绳索取芯即不提钻取芯钻探技术。
当岩芯装满岩心管或岩芯堵塞时,不需要提升钻杆,而是通过绳索打捞器取出岩心管。
由于减少了升降钻具的辅助时间,提高了钻进时间利用率,钻进效率高。
而绳索打捞减少了岩芯磨损,采芯率高,工程质量好。
因为钻头磨损小,所以钻头寿命长。
由于减少了提钻次数,工人劳动条件改善,劳动强度低。
钻杆可以发挥导向护壁作用,孔内事故率低。
钻探所产生的经济效益和地质效果都比较好,因而获誉“四高、三低、两好”[2]。
1.2.2 液动潜孔锤钻探工艺
液动潜孔锤是回转冲击钻探的一种,利用冲洗液脉动冲击,提高钻进效率。
我们知道钻探坚硬、致密的岩层,钻头容易“打滑”和被“抛光”,这样钻进效率就会大幅下降。
这种情况下,可在钻头上增加高频冲击负荷,利用坚硬岩层脆性大、抗剪强度低的特点,破岩效率就很容易提起来。
这种工艺对泥浆质量要求较高,最好配置专用净化设备或增加沉淀级数。
1.2.3 反循环钻探工艺
按循环方式,反循环分为冲洗液全孔反循环和孔底局部反循环。
若按循环介质,反循环分为空气反循环和水力反循环。
空气反循环带出地表的样品为岩屑,无法反映地层结构和构造,所以岩土勘察更多地采用水力反循环工艺,利用清水或泥浆将岩芯从孔底提到地表,而且取芯质量好、地层判别及时、劳动强度低。
当然,空气反循环用于地下水的勘察效果非常好,因为空气对水没有任何影响,可以准确探测含水层位置和估算水量。
1.2.4 不同磨料钻探工艺
岩土勘察工程中,最常使用的磨料类型是硬质合金和金刚石。
硬质合金钻进是利用镶嵌在钻头上的硬质合金进行破岩的方法。
镶嵌硬质合金操作简便,钻头参数设置灵活,而且成本比较低,工作平稳,震动小,但难以钻进较硬、耐磨的岩层,适于Ⅱ~Ⅵ级之间的岩石。
金刚石是硬度最高的物质,耐磨性好,可以钻进高硬岩石,尤其是Ⅵ级以上的岩层;而且岩芯完整、光滑,钻孔质量好;设备轻巧,劳动强度低;孔内事故率低,应用广泛。
1.2.5 螺旋钻进工艺
螺旋钻进是利用螺旋钻杆破岩,并将岩屑输送到孔口,属于干式回转钻进方法。
具有不使用冲洗液、取样及时、钻进效率高、成本低等特点。
全部钻杆都有螺旋的称为长螺旋钻进,钻杆底部有1~4个螺旋的称为短螺旋钻进。
主要用于松软岩层的勘察。
2 钻探工艺的选择与应用
2.1 钻探工艺选择一般原则
首先,根据岩土勘察任务要求,如钻孔目的、孔深、孔径、地层地质条件等,选择合适的钻进方法以及设备、工器具等。
然后再考虑钻孔结构、钻具级配、钻进参数等内容。
例如有直观鉴别要求,可采取螺旋钻进、回转岩芯钻进、锤击钻进和振动钻进。
再加上不扰动试样要求,振动钻进就不太合适了,应选择前三种方法。
钻进地层为黏性土,上述三种方法都适用;钻进地层为粉土和砂土,螺旋钻进不太适合,回转岩芯钻进、锤击钻进适用;钻进地层为岩石,只有回转岩芯钻进能够适用[3]。
钻孔结构、钻具级配取决于钻孔深度。
对于较浅的孔,尽量选用简单的钻孔结构和少的钻具级配;较深的孔,一种孔径钻到底,会因钻具扭矩大、冲洗液返回困难等原因,不利于事故处理,应在常规孔径基础上增大一到两径,同样钻具级配也应取大一到两径。
钻进参数主要是转速、转压和冲洗液量,由于影响钻进参数的因素多,而且各因素之间相互制约,所以应根据实际情况综合分析后选择。
2.2 基于地层特点的钻探工艺选择
2.2.1 软弱土层
在软塑甚至流动状态的黏土层中钻进,由于土层抗剪强度低,首选低角度长螺旋钻进方法。
如果水位以下钻进,应采用套管螺旋钻,或者冲击回转钻,后者尤其适合深孔钻进。
采用冲击回转钻进方法时,应采用优质泥浆,并尽量采用小流量,以免水流冲蚀土层后混入泥浆,取芯时应采用干钻钻进方法。
2.2.2 偏硬黏性土层
在偏硬黏性土层中钻进,虽然也可采用螺旋钻,但因土层强度较高,螺旋钻进的效率远低于偏软黏性土层,最好采用冲击回转钻进,套管跟进。
钻头应采用小肋骨形式,并且肋骨部分外径比岩芯管大10~14mm,可保证原状土层的采样质量。
2.2.3 松散砂层
在含水的松散砂层中钻进容易发生流砂涌升现象。
为避免这种现象,可采用小冲程管钻冲击,其冲程控制在0.1~0.2m,并且每回次钻进不超过0.5m。
钻进时采用人工注水方式,保证孔内水位不低于地下水位,必要时还可利用泥浆增加管内压力。
当然,也可采用低角度螺旋钻,适于含有一定粘粒的粉细砂。
2.2.4 碎石地层
粒径在20cm以下的碎石地层或卵石地层,可采用冲击钻头破成小石块,再采用阀管钻提取。
冲击钻宜采用一字或十字钻头,每冲一次钻具转过15°~30°角,这样可以让石块破碎更为均匀,而且孔壁也更圆。
如果石块较大可进行孔内爆破。
如果石块松散且漏水,可投入黏土球再冲击钻进,岩芯可采用勺钻或管钻提取。
2.2.5 岩溶地层
在岩溶地层钻进时,容易发生漏水、掉钻或钻孔歪斜等问题。
在钻进前要做好预案,发现岩层变软、进尺加快、突然漏水现象时要意识到遇到岩溶,应降低转速,并采取下放导向管或接长岩芯管等办法。
钻穿岩溶顶板后继续在岩溶底板慢速钻进。
出现漏水问题可采用黏土或水泥封闭。
3 结语
钻探工艺的选择受到地质环境、设备条件、操作水平等多种因素的影响,而且每一种钻探工艺都存在优势和劣势,这就要求岩土勘察人员充分调研勘察地区岩土层特性,借鉴以往施工经验,通过各种工艺的对比,扬长避短,选择技术经济效果最佳的方案,实现勘察质量、效率、效益的统一。
参考文献:
[1] 赵涛,范晓东,齐江.浅谈野外地质钻探工艺的优化[J].岩土锚固工程,2014(2):45-48.
[2] 冉恒谦,张金昌,谢文卫,等.地质钻探技术与应用研究[J].地质学报,2011,85(11):1806-1822.
[3] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].4版.北京:中国建筑工业出版社,2007:109-115.。