浅谈岩土工程勘察中钻探工艺的选取

韩文科

（山西省勘察设计研究院 山西太原 030013）

岩土工程在我国的发展时间并不长，这一类工程可以被简单的分为岩体工程和土体工程两大类，而由于我国幅员辽阔、地质条件多变，岩土工程施工之前必须进行勘察工作，并通过勘察结果对施工现场的岩体和土体进行分析和测试，进而保证后续施工过程的有效展开。对于这样的需求来说，具体勘察手段及工艺的选取将直接影响到勘察结果的准确性，本文在对钻探设备及工艺进行介绍的基础上依照不同地层的分类研究钻探工艺的选择。

1 钻探设备及工艺

1.1 钻探设备

在岩土工程勘探的过程中，钻孔所需要用到的所有设备都可以被称为钻探设备，而这些设备在质量上能达到要求则是保证勘探工作能有效开展的根本。结合现状来说，岩土工程勘察常用的钻探设备主要包含钻机、钻探用泵、空气压缩机、动力机等。在对这些设备进行选择时，相关人员应尽量选择生产质量优良、具备生产资质的厂家，在这样的基础上，勘探开始之前，勘探人员应再次对这些设备的运转状况进行检查，发现问题时应及时的进行维修或更换，尽量避免设备在勘察过程中出现问题。对于本文所讨论的岩土工程勘察来说，最为常用的的勘察设备为岩心钻探设备和取样钻探设备。

1.2 钻进方法

岩土工程勘察钻进过程中所使用的所用方法都可以称为钻进方法。在实际的工作过程中，根据分类标准的不同，钻进方法的选择也会有所不同，但对于岩土工程勘察的最终目标来说，所有钻进方法的选择都是为了满足破碎孔和井底岩石的需要。本文将在后续内容中对具体钻探工艺的选择进行分析。

2 根据不同地层选取钻探工艺

2.1 粘性土

粘性土具备强度低、压缩性大、渗透系数小等特点，结合这些特点来说，勘探人员可以采取重锤冲击钻进或螺旋钻进的方式来完成钻探工作。对于前者来说，由于设备自身的限制，重锤冲击钻进的效率整体较低，同时，在使用这一工艺钻进的过程中，孔底附近地层将会产生振动。螺旋钻进方式具体的钻进过程如下：电动机带动螺旋钻杆在钻压的作用下使钻头回转吃入地层，将地层按螺旋线逐步切削，切削下的土质碎屑沿螺旋叶片上返到孔口。对这一过程进行分析不难发现，螺旋钻进方式的应用相对于重锤钻进效率更高，设备也更易于清洗，进而大大的节省了勘察过程中所要消耗的人力和物力资源。对于长螺旋钻进与短螺旋钻进的选择来说，当钻进直径小于1m且钻进深度在15～20m之间时，勘探人员就可以选择长螺旋钻进。除了以上两种钻进方法之外，当钻探环境位于地下水位以下时，勘察人员就可以选择套管螺旋钻进或冲击回旋钻进的方式来完成这一工作。冲击回旋钻进对泥浆比例的要求相对较高，为了避免水流将钻进土层冲散混入泥浆，勘察人员可以在钻进过程中使用双动双管取心钻具。

2.2 砂层

对于砂层钻探工艺的选择来说，勘察人员主要应对施工地的砂粒直径及地下水分布情况进行考察。①对于砂土中粘粒含量较高且砂粒主要为粉细砂的环境来说，勘察人员可以选择螺旋钻进的方式来完成这一工作。由于粉细砂自身的特质，在实际的钻进过程中，相关工作人员应适当的降低钻速、减小钻进压力，避免沉砂卡钻事故的发生概率。在回次终了前，工作人员应使用泥浆对钻孔进行清洗，确保将孔内悬浮的粉细砂带入泥浆池之后才能停泵。②对于中粗砂、砾沙以及地下水位以下的沙土来说，勘察人员尽可以使用品字形硬质合金钻头来完成钻探工作。具体的操作方式如下：适当调低钻速，不断的浮动钻具，并保证慢提快放，进而形成空底反循环钻进。对于这一方法的使用来说，勘察人员在进行操作的过程中仍需要使用泥浆对钻孔进行清洗，以此来去除钻孔中悬浮的粗沙和砾沙。

2.3 卵石层

卵石层主要由颗粒大小不一、形状不规则、风化程度各有不同的岩石碎屑、石英、长石等组成，也正是因为这样的结构，卵石地层存在孔隙大、压缩性低、透水性强等特点，对于本文所讨论的问题来说，卵石土层钻进过程中钻具极易出现磨损或断裂的状况，严重情况下将会出现卡钻、埋钻、漏浆等问题。针对这些问题来说，勘察人员应采用分级钻进的方法来完成此类地层的钻进工作。在实际的工作过程中，施工人员可以通过短螺旋钻头的使用来尽量避免钻具在钻进过程中出现磨损或断裂的问题。为了避免孔壁坍塌或漏浆的状况出现，施工人员在操作的过程中应避免将钻斗的旋转速度设置的过快，进而导致孔内泥浆高速冲刷孔壁，破坏孔壁泥皮。

在对比较密实的卵石土层进行勘察的过程中，普通的钻进方法极有可能出现钻进困难的问题。由于这种土层中骨架颗粒含量巨大且交错密集排列，钻头难以钻入到卵石块的孔隙之中，进而出现钻进速度缓慢、打滑、钻头磨损等现象。这样的问题不但会导致整体施工进度受到影响，钻具等设备的磨损也会造成一定程度经济上的损失，为了避免这些问题的出现，勘察人员可以使用冲击钻进或正反交替转动的方式来完成这一工作。对于后者来说，当正转遇到的阻力较大时，设备就会立刻进行反转，而当反转遇到阻力过大时，设备也将自发的进入正转过程，通过不断的正反交替转动，钻进工作自然就能够很好的展开。

3 结语

综上所述，在对岩土工程勘探工作展开过程中所要应用到的钻探设备及工艺进行简要介绍的基础上，本文结合土层的不同分类从粘性土、砂层、卵石层三方面对具体钻探工艺的选取进行了论述。总的来说，在对钻探工艺进行选取的过程中，勘察人员除了要针对施工地土层及地下水分布的状况进行考量之外，还应将具体的钻进效率以及钻进工具的磨损状况也视作具体的考量因素之一，通过对这些因素的综合分析，钻探工艺的选取将更为恰当。

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