浅谈岩土工程勘察中钻探工艺的选取

浅谈岩土工程勘察中钻探工艺的选取
作者：张亮，陈军弟
来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2017年第7期
1 引言
建筑施工正式开始之前，必须要进行岩土工程勘察，从获得的相关参数中了解施工现场的
地质状况，为建筑方案的设计和具体施工提供可参考的依据，以更好地保证建筑施工的安全和
建筑工程的质量。

勘察人员应用钻探工艺为岩土工程勘察采集和提供样本，钻探工艺应用效率
的高低会直接影响到岩土工程勘察工作的质量，科学合理地选取钻探工艺也就显得十分重要。

2 岩土工程勘察的主要内容
在建筑施工正式开始之前，勘察人员借助相关设备，获取拟施工地区岩土样本，并将这些
样本带到实验室进行专门的测试和实验，得到相应的数据结果，并分析得出该地区的土质状况，从而为建筑的设计施工提供更科学合理的参考依据，提高建筑设计施工的科学性和合理性，更
好保证建筑质量和安全。

3 岩土工程勘察中使用到的钻探设备和钻探方法
3.1 钻探设备
岩土工程勘察工作中，在钻孔时使用到的设备统称为钻探设备，包括传动装置、钻探用泵、钻机（现阶段主要为汽车钻，有时为台式钻机）、钻塔、拧管装置、动力机、空气压缩机等，
不同的钻探设备只会影响到岩土工程勘察工作周期的长短，对勘察结果和质量没有太大影响，
在岩土工程勘察工作中依据实际地质的勘察需求采用合适的钻探设备即可。

有较大影响的是钻探工具和钻探方法，目前使用的主要钻探工具有钻头、钻杆和岩芯管。

根据钻探方法选择钻头，现阶段使用的钻头主要为硬质合金取心钻具和螺旋钻具，前者主要应
用于硬质合金钻中，后者应用于短螺旋钻、长螺旋钻、套管螺旋钻、环状螺旋钻、麻花钻、振
动螺旋钻中；钻杆质量和钻杆状态会影响到钻探工作的进度，在岩土工程勘察的钻探过程中，
除了要对钻杆进行定期检查，将其轴线直线度误差维持在0.1%以内外，最好配备两套钻杆结合
不同的土层交替使用，以延长钻杆的使用寿命，保证钻探工作的顺利进行[1]。

3.2 钻探方法
岩土工程勘察工作中，在钻进、破碎孔和井底岩石时使用到的方法统称为钻探方法，其目
的是获得岩层孔和岩石破碎取样。

根据钻进时使用的工艺、岩芯以及回转钻进时使用的磨料分
为不同钻探方法：依据工艺的不同分为正/反循环回转钻进、螺旋钻进、振动钻进、冲击钻进和潜水钻进；依据岩芯分为取芯钻进和不取芯钻进；依据磨料的不同分为硬质合金钻进、金刚石
钻进和钻粒钻进等等。

根据岩土工程勘察工作时的钻进要求选择合适的钻进方法。

如果要求机械碎岩，可以使用
冲压钻进、回转钻进或者回转冲压钻进；如果要求获取岩芯，可以使用提钻取芯、反循环连续
取芯或者绳索取芯；如果要求碎石工具或者磨料，可以使用硬质合金钻进、金刚石钻进、钢粒
钻进、牙轮钻头钻进或者复合片钻进；如果要求冲洗液，则可以使用空气钻进、清水钻进或者
泥浆钻进的方法。

4 岩土工程勘察中钻探工艺的选取及其注意事项
4.1 土质的划分
在岩土工程勘察工作中，塑性指数超过10 的土成为粘性土，其中偏软的为软弱粘性土、较坚硬的为硬粘性土；颗粒直径跃0.075mm，且含量比例臆50%的为粉土；颗粒直径跃2mm，且含量比例臆50%的为砂土；颗粒直径跃2mm，且含量比例跃50%的为碎石土。

在岩土工程勘察工作中，依据不同的土质层选择合适的钻探工艺。

4.2 软弱粘性土
其强度较小且渗透系数低，但可压缩性较强，具有较强的流动性和触变性。

针对此特性，在钻探时，采用重锤冲击，或者长/短螺旋钻的钻探工艺，快速完成钻探工作。

如果钻探的位置处在地下水位的下方，不使用重锤冲击的钻进方法，而是使用套管螺旋钻进或者冲击回转钻进，避免钻进时对周围土层的破坏。

但冲击回转式钻进的施工工艺较为复杂，对泥浆比例有较高的界定标准，为了避免施工时水流掺入泥浆破坏勘察现场，在钻进之前，要和施工中的相关部门进行协商，暂停送水工作，提高获取的土层样品的质量。

使用螺旋钻进的方法，在沿着螺旋纹走向逐步切削地层的同时，钻头能够将钻进时产生的杂质顺着其动力方向被带入底层内，不仅效率高、对钻杆的磨损少，而且比较清洁，不必花费过多的时间清理钻探设备，因此得到较多的应用。

如果使用的是长螺旋钻进，钻进的直径要臆1m，钻探深度为15~20m，最好为17m；如果使用的是短螺旋钻进，钻进的直径为2~3m，钻探的适度臆30m，特殊情况臆50m。

4.3 硬粘性土
其强度较高且渗透系数较低，可压缩性较弱，流动性和触变性不强。

针对此特性，在钻探时，如果继续采用螺旋钻进，钻探时可能会出现钻杆被折断或者埋钻的现象，钻进时，下层土壤的振动也会扰乱上层土壤，造成较严重的土层扰动隐患。

而冲击回转钻进的动力为液动、气动或者气液混合，钻具转速较低、钻头寿命较长、钻进效率较高，而且孔内事故较少，更安全。

因此，需要采用冲击回转钻进的方法，并选择小肋骨钻头。

使用气压动力的钻进方式时，以高压空气为灌输材质、孔径在70~200m；使用液压动力的钻进方式时，以清水为高压支撑媒介，孔径在60~120m，探测深度为900m。

要注意钻进速度的渐进性，维持初始时的慢速，在钻头切入土层后再逐渐调高转速，避免因钻头速度过快导致结构阻力扩张，损害工具。

如果遇到卡钻的情况，不能慌乱直接把钻探设备提出，而是要拧断岩芯，减小钻进阻力。

在应用冲击回转钻进工艺时，还要依据硬粘性土的硬度调节和控制水泵流量；在取岩芯时使用干孔取法，提钻时要小心，避免岩芯脱落。

4.4 砂土
其透水性较强，容易受地下水的影响，根据此特性，采用螺旋钻进工艺钻探效果会更好，不仅能够有效协调砂土内部的粘粒效应，还能够实现在深孔中随时换取小直径螺旋钻头。

如果是粒径较小的粉细砂夹粘性土，在深孔钻进的后期，可以更换直径更小的螺旋钻；还要控制好钻进压力，以及钻进时的上下浮动。

适当降低螺旋钻的钻速和压力效果、调节泵量至似流状态后，再开始钻进工作；完成阶段工作后，利用泥浆把钻孔内部的粉细砂卷入泥浆池底部，对钻孔进行清洁；泵机停止工作后，在干钻时，要把干钻的时效控制在0.4m 左右，避免岩芯脱落。

如果是中粗砂、砾砂或者地下水位以下的砂土，可以使用品字形硬质合金钻头，进行灌浆无泵低速反循环式钻探，以低速钻进维持整个钻进过程中钻具的浮动效果，以及结构的慢提快放状态，实现空地反循环机理效果。

在交接阶段钻探工作时，一定要及时用泥浆清洁钻孔，避免卡钻，并切断浮动钻具干烧效应，避免结构坍塌以及由此导致的废孔，还要及时全面提取岩芯样品。

5 结语
了解岩土工程勘察工作中钻探设备和钻探方法的内容，并掌握两者的选取和应用方法，针对不同的土质层、结合实际的钻探需求，选取合适的钻探工艺，提高岩土工程勘察工作的效率和准确度，更好保证建筑工程的质量和安全。