地质钻机倒垂钻进施工工法在新沂河海口控制工程的应用

俞俊秋 黎 昱 韩 亮

地质钻机倒垂钻进施工工法在新沂河海口控制工程的应用

俞俊秋 黎 昱 韩 亮

一、概况

在岩土工程检测、监测、钻井工程中，一般对钻孔垂直精度要求较高，目的是检测出受检桩体（墙体）长度、受检体完整性、底端沉渣厚度，以保证孔内安放的设备能达到设计位置。受地层、钻进操作方法、钻探设备等因素影响，钻孔易发生偏斜、弯曲，垂直精度难以满足设计要求，造成岩土工程基桩（或墙体）检测钻孔达不到桩底，对桩长、受检体完整性、底端沉渣厚度无法评判，孔内安放的设备仪器不能满足设计要求，钻孔质量和工作效率受到影响。

江苏省淮沭新河管理处为提高新沂河海口控制工程建筑物沉降观测的准确性，同时在管理区域内建设必要的岩基观测标点作为精度较高的引据点，拟于新沂河海口控制工程范围内建立一个专用的、可靠的Ⅱ等水准点。要求通过钻探成井，同时安装岩基观测标点的保护管、标管、主副标头、灌注蒽油并设置保护井，为新沂河海口控制工程的建筑物沉降观测提供可靠的岩基观测标点。

二、场地及地质条件

1.场地及区域地质

场地位于苏北黄淮平原区。根据《江苏省环境水文地质图集》，场地地貌类型为海积平原中的海湾低平原，地势较平坦，地面高程3～5m。场地地面高程3.2m左右。场地处于下扬子准地台盐阜凹陷的西北边缘，太古界—下元古界区域中深变质岩系组成基底，白垩纪至第三纪沉积了一套碎屑岩系，上覆100多米厚的第四系海陆交互沉积地层。场地西北约35km有海州—泗阳断裂带，东南约33km有淮阴—响水口断裂。场地处于相对稳定的地块上，自新第三纪以来新构造运动表现为缓慢地上下振荡运动，区域构造稳定性较好。

2.岩基观测标点岩土层

Q4ml（第四系全新统人工填土）

（1）0～3.7m：素填土，浅黄色，主要由河道开挖回填而成，可塑，表层30cm含植物根系。

Q4m（第四系全新统海积土）

（2）3.7～15.5m：淤泥，灰色，流塑，土质较均匀，局部夹粉砂薄层，偶见贝壳碎片。

（3）15.5～29.6m：淤质粉质粘土，灰色，软塑，土质均匀，局部夹粉砂薄层；局部夹钙质结核，直径2～7cm不等。

（4）29.6～37m：粉质粘土，灰绿色—浅黄色夹灰黄色，可塑—硬塑，局部夹粉土、粉砂薄层。

Q3al+pl（第四系上更新统冲洪积土）

（5）37～42m：粉砂，浅灰色，灰黄色，密实，含云母碎片。

（6）42～52m：粉质粘土，灰黄色，硬塑，夹粉土薄层。

（7）52～62m：粉砂，浅灰黄色，密实，局部为粉质粘土混砂，含云母碎片。

（8）62～70m：粘土，褐黄夹灰黄色，硬塑，含铁锰质结核。

（9）70～75m：粉质粘土，灰黄色，硬塑，局部夹少量粉土薄层。

（10）75～80m：粘土，褐黄色，硬塑，含大量钙质结核，直径6～10cm不等，分布不均匀。

（11）80～91m：粘土，褐黄色，硬塑，含铁锰质结核及少量钙质结核。

（12）91～95m：粘土，黄色，硬塑，含有少量细中砂，切面光滑。

（13）95～113m：粘土，灰白色，硬塑，杂少量中砂。

（14）113～130m：粗砂，灰白色，密实，夹粘土团块，局部粘粒含量较高。

（15）130～134.5m：粘土，灰白色夹浅黄色，硬塑混砂。

（16）134.5～148.2m：细砂，灰白色，密实，混有粘性土团块。

K2W（白垩系上统王氏组）

（17）148.2～157.5m：砂质泥岩，灰白色，泥质胶结，中厚层构造，手捏易碎，胶结程度一般，遇水易软，夹泥质砂岩层及团块。

（18）157.5～172m：泥质砂岩，灰白色，细粒结构，中厚层构造，泥质胶结，局部胶结较好，夹砂质泥岩薄层、团块，手捏易碎。

（19）172～198.6m：砂质泥岩，灰白色，泥质胶结，中厚层构造，胶结程度一般，锤击易碎，局部夹泥质砂岩薄层，胶结差、易碎。

（20）198.6～207.8m：砂质泥岩，灰白色夹灰绿色，泥质胶结，胶结程度一般，锤击易碎，局部夹泥质砂岩薄层，205.5m以下砂质含量高。（中上元古界海州群云台组）

（21）207.8～210.8m：片麻岩，中等风化，灰青夹灰绿色，变晶结构，片麻状构造，岩芯上部成碎块状，下部为柱状，岩石坚硬，锤击声脆。

三、钻进方案设计

1.项目难点分析

岩基观测标点作为精度较高的引据点，其自身的稳定尤为重要。中上元古界海州群云台组片麻岩历史年代久远，稳定性高，抗压强度150MPa，强度高，承载力可满足标管地基要求，选择该层片麻岩为标管持力层，沉降可忽略不计。岩基观测标点埋深大，在深度148.2m以上为土层，有淤泥、淤泥质粉质粘土、粘土、砂土，在钻机钻进过程中会遇到淤泥、淤泥质土缩颈，砂土坍塌等风险。岩基观测标点埋深210.8m，如何保证钻孔的垂直度也是该项目最大的难点。

2.钻孔设计

为解决淤泥、淤泥质土缩颈，砂土坍塌等问题，采用泥浆护壁、套管跟进的钻进工艺，开孔孔径为219mm，钻至199m(该深度的地层为白垩系砂质泥岩)，安装直径168mm保护管，后使用直径150钻具钻至预定深度。

3.钻孔垂直度方案设计

针对岩土工程钻孔过程中钻孔垂直精度不能保证的难题，从2003年开始对倒垂钻进成孔技术进行研究，研制出一种实用的倒垂钻进导向装置和钻杆扶正装置，并申领了水利水电工程建设工法证书和实用新型专利证书。利用该倒垂钻进导向装置和钻杆扶正装置，钻孔深度、钻孔垂直度都能满足技术要求。

四、岩基观测标点施工过程及质量控制

场地处于下扬子准地台盐阜凹陷的西北边缘，太古界—下元古界区域中深变质岩系组成基底，白垩纪至第三纪沉积了一套碎屑岩系，上覆148.2m厚的第四系海陆交互沉积地层。土层钻探采用泥浆护壁。第四纪土层采用无芯钻进，基岩采用取芯钻进。取芯钻进过程中，严格控制回次进尺和水泵供水量，杜绝超管钻进，并轻压慢钻，岩芯采取率均达到90%以上。利用倒锤孔导向装置和钻杆扶正装置保证成孔质量，岩基观测标点成井过程中，分别于 50.3m、104.65m、152.35m和190.35m四个位置进行了深度校正，深度误差均为0；并用KXP-2D（M）数字罗盘（多点）测斜仪对钻孔的倾斜度进行了测量，分别于51m、103m、149m和198m处进行了4次测斜，测斜结果分别为 0.26°、0.21°、0.31°和 0.41°，达到了预期孔斜控制在1°/100m范围内的要求。岩基观测标点的成井终孔深度为210.8m，测深、测斜均满足技术要求，依次安装保护管、标管、主标头和副标头，将岩基观测标点移交给新沂河海口控制工程管理所，顺利通过有关专家和验收会的审查。

五、结论

采用地质钻机倒垂钻进施工工法，利用倒垂孔导向装置和钻杆扶正装置，岩基观测标点成井顺利，成井垂直精度高，井内设备安装质量符合规范要求。

地质钻机倒垂钻进施工工法关键技术“倒垂孔导向装置”和“钻杆扶正装置”结构简单，可根据钻孔孔径大小灵活改进尺寸，加工方便，制造成本低。与现有的钻具可随意搭配，在实际钻进过程中具有操作方便、易于排出孔底岩粉等优点。

地质钻机倒垂钻进施工工法在水利、桥梁、房屋等工程中可解决岩土工程基桩及地下混凝土连续墙体检测、基岩标成井等钻孔垂直精度要求高的成孔技术难题，该新技术具有良好的社会推广价值■

（作者单位：江苏省工程勘测研究院有限责任公司 225002）