浅谈岩土工程勘察中钻探工艺的选取

吴怒遥

（贵州地矿基础工程有限公司，贵州 贵阳 550000）

岩土工程勘察的主要目的是对施工场地的土层、类型、深度等进行全方位排查，结合工程地质特征，找出影响工程施工的质量因素。岩土工程勘察工作包括现场勘探取样、实验室分析、原位测试等多项工作环节，所获得的岩土物理力学指标与岩土特性等指标可作为工程建设的数据支持，数据信息的准确性影响着工程建设的最终质量与安全性。尤其是对于我国岩土勘察工作而言，岩土层物性变化较大，如果不合理选取钻探工艺，无法保障数据信息的可靠性，导致岩土工程勘察意义不大，因此要针对土层条件合理选取钻探工艺。

1 岩土工程勘探选取钻探工艺的重要意义

我国国土地域面积广阔，不同地区的地质条件存在明显差异，导致岩土工程勘察工作的开展存在诸多难处。随着现代科学技术的快速发展，岩土工程勘察技术也实现了优化与创新，处于不断发展与进步的阶段，在不同的地质条件下，可结合具体岩土工程需求合理选择钻探工艺技术。在此种发展基础上，岩土工程勘察工作需要工作人员在勘察时，结合不同的工程地质、环境地质、水文地质条件，保障数据获取的可靠性与准确性。但就岩土工程勘探工作的实际情况来看，现有的勘察钻探工艺技术无法满足不同地质条件的具体要求，使得岩土勘察符合最终的质量标准。因此，在开展岩土工程勘察工作时，相关工程要结合工程的实际情况以及不同地层的条件，合理选择钻探技术[1]。研究人员需要充分掌握岩土工程勘察中的各项影响因素，保障钻探工艺的有序进行，把握相关数据资料的完整性，从而提高岩土工程勘察的综合效率与质量，为工程建设提供可靠的数据信息支持，实现工程建设的稳步开展。

2 岩土工程勘察钻探中存在的问题

2.1 钻探效率低下

由于部分岩溶地区的岩体较为散碎，可能存在裂缝与溶洞，如果溶洞过大或者阻力过大，很容易导致钻具在钻探过程中出现中断问题。如果出现的裂缝、溶洞较大，且操作方式不规范时，很容易导致钻具受到碎石、溶洞泥的影响出现卡埋钻具问题，无法拔出钻具。

2.2 钻孔漏水涌水

在岩溶地区，由于地下水的联动关系较为复杂，且富含地下水，如果在低洼地区开展岩土工程勘察工作，可能会导致涌水现象，而在钻探过程中，如果存在裸露与半裸露的岩溶高地，可能会导致钻孔发生漏水问题，导致地下承压水水头较高，在钻孔中无法使用泥浆护孔，从而增加了止水难度，引发一系列问题。

2.3 场地地基不稳

在工程勘探过程中，往往需要将设备安装在一些地基不够稳定的严重区域，由于岩土地形较为复杂，存在裂缝、破碎、漏失等问题，如果在勘察过程中机械设备发生震动，所产生的荷载与冲洗液，会在冲蚀作用的影响下，导致盖层冲蚀问题，从而影响了地基的稳定性，甚至设备在运行中可能会沉入到井坑中，造成严重的成本损失[2]。

3 钻探设备与钻探方法的选取

在开展岩土工程勘察项目时，要想保障勘察工作的有序进行，就需要结合成项目建设的实际现状，选择相对应的判断方法，并按照相应的标准推动作业的有序进行，保障最终的勘察质量，获取更为精准的勘察数据信息。钻探设备直接影响着勘察工艺质量的好坏，而钻探方法则影响着勘察工程的进度，因此务必要合理选择钻探设备与钻探方法，保障岩土工程勘探工作的有序进行。

3.1 钻杆的选取

钻杆的选取首先需要对钻杆的轴线进行检查，并减少钻杆的垂直度误差，误差范围应控制在0.1%以内。根据钻机的型号，可分别配备42mm和50mm的钻杆，42mm的钻杆可应用于原位测试与钻进软土层与软硬土层；50mm的钻杆可应用于钻进与勘察硬土层，钻杆的合理选取，可有效控制钻杆脱落与折断问题的发生。

3.2 岩芯管与钻头的选取

就岩土工程勘察工作的开展情况来看，在选择钻探的钻头时主要包括硬质合金取芯，还包括螺旋型钻具。在具体钻探勘察过程中要结合当地的地质情况，合理选择钻进方法，并根据钻进方法选择钻具。硬质合金取芯的应用主要是使用硬质合金钻头钻进；而螺旋型钻具主要是为了实现螺旋钻进。常见的螺旋钻包括长螺旋钻、短螺旋钻、环状螺旋钻、麻花钻、振动螺旋钻、套管螺旋钻。在开展岩土工程勘察钻探工作时，要结合不同地层科学选择钻探方案，并合理选取钻具。

（1）软弱粘性土层。如果土层处于地下水位之上，其强度也会受到影响，所以在钻进过程中可选择螺旋钻进法或者重锤冲击钻进法，其中长度旋转是钻进工具的最佳选择。如果土层处于地下水位之下，且孔深较浅的情况，可优先使用套管螺旋钻；如果孔深较深，则可使用重锤冲击钻。长螺旋钻的使用不需要应用循环液，所以在软弱粘性土层钻进作业中，其钻进效率也就较高，在取出岩芯后也可观察到天然的地质结构，且不会对地质状态与地质结构产生不良影响，同时对土层厚度与深度的判断也不会受到影响而出现偏差。如果在钻进过程中选择重锤冲击钻，需要提前配置好水泥比例，按照护壁的标准与要求，尽量减少水泵流量，从而避免水流量冲击过大而出现冲散土层、掺杂泥浆的情况。

（2）偏硬粘性土层。针对此类土层的钻探工程，可选择重锤冲击钻进行钻进，同时也需要借助小肋骨钻头。小肋骨钻头的选择应当超过岩芯管11mm～14mm，使得钻头切削粘性土的功能得到充分强化，降低对周围土层的影响，同时也不会对判断土层深度与厚度是产生影响，可实现对土体的原样提取，也能够保障分层的质量[3]。为了提高钻探工作效率，在岩土勘察工作中一般会选择使用螺旋钻，这主要是由于偏硬粘性土层的强度较高，但是螺旋钻却难以达到最终的钻探效果，也不具备高效优势，因此在钻进偏硬粘性土层时，要控制好螺旋距，从而提高钻进效率。

（3）砂层。砂层地质在勘探过程中，需要综合考虑地下水对钻探工作带来的各项影响。如果岩石处于地下水位之上，则需要综合考虑岩石的直径与粘粒含量，如果粘粒含量过大，则可优先选择螺旋钻；如果孔深较深，则可在钻进的后期选择使用直径较小的螺旋钻，从而提高砂层的钻探效率。

（4）卵石层。对于卵石层的勘察工作而言，首先需要考虑的是地下水与填充物。如果卵石层位于地下水位之上，且粘性土作为主要填充物，这时由于土层的粘结性较强，且粘土粒自身的表面张力也较大，在钻进过程中不容易出现孔壁坍塌等问题，可选择在裸孔时直接钻进，而在选择钻具时，可优先选择单管岩芯管、加厚螺旋钻。如果卵石层位于地下水位之下，土层则极易受到地下水位的影响，引发孔壁坍塌等问题，因此在钻探过程中可适当的使用泥浆开展护壁处理，而在钻进过程中可优先选择套管护壁跟管，如果出现直径较大的碎石或卵石时，可使用一字钻头直接将其击碎即可。

3.3 钻探方法

在开展岩土工程勘察工作时，钻探方法主要是指在钻进、破碎孔与井底岩石所选择的一种方法，而钻探的主要目的是获得岩层孔和岩石破碎的样品，完成取样操作。在钻进过程中可结合各工艺、磨料、岩芯等展开，钻探方法从工艺角度的出发，可将其划分为正/反循环回转钻进、冲击钻进、螺旋钻进潜水钻进等方法；从岩芯角度出发可将钻探方法划分为有取芯、不取芯钻进方法；从磨料角度出发可将钻探方法划分为硬质合金钻进、钻粒钻进、金刚石钻进法。在进行岩土工程勘察工作是需要结合具体的钻进需求，合理选择钻进方法。如果钻进属于机械碎岩，在钻进过程中可选择冲压钻进、回转冲压钻进等钻进方法；如果需要获取岩芯，可选择提钻取芯、反循环连续取芯等取芯方法；如果需要满足磨料的要求，可选择硬质合金钻进、金刚石钻进法。

4 影响钻孔质量的主要技术因素

4.1 钻压

在岩土工程勘察钻探环节，受到钻孔质量的影响，可能会对整个钻探工程项目质量造成负面影响，导致钻孔质量不符合标准的主要原因为钻压，在岩土工程钻进过程中，如果钻压过大，可能会导致钻孔不够均匀，从而影响了整个钻孔的实际质量[4]。另外，由于低层土质质量较为松软，在钻进过程中，钻孔岩芯可能会出现堵塞问题，如果不解决钻压问题，则可能对钻孔质量产生直接影响，引发磨损等问题。

4.2 转速

在岩土工程勘察钻进过程中，需要控制好转速，确保钻孔的综合质量。在实际操作过程中，由于施工人员没有意识到控制转速的重要性，导致钻探设备与孔壁之间的缝隙越来越大。如果在转速过快则会导致设备出现大幅度摆动，最终钻孔的质量也会受到影响。

4.3 操作技术

在开展钻孔工作中，需要对施工技术不断进行完善，并规范钻孔的施工流程。但是在实际钻进过程中，部分施工人员只是按照施工经验开展钻孔钻进工作，同时也缺乏必要的规范约束施工人员行为，导致操作流程科学，钻孔质量无法保障。另外，在钻孔过程中，操作技术的应用不够科学合理，在钻进中可能会出现岩芯脱落的问题。

5 不同底层选用的钻探工艺

5.1 软弱粘性土层

由于软弱粘性土层的强度较低，压缩性能加大，导致其渗透系数较小，流变性较大，此时在钻进过程中，可选择重锤冲击钻进法，或者长、短螺旋钻进。如果软弱粘性土层位置在地下水位以下，在钻进过程中可选择套管螺旋钻进法，或者选择冲击回转钻进法。选择重锤冲击钻进法可能会对孔底底层造成扰动作用，而且实际钻进效率较低。螺旋增减阀需要在电动机的带动下，地层可逐步根据螺旋线进行切削，在切削过程中会产生土质碎屑，并在螺旋叶片的作用下返回孔口位置，此种钻进方法具有较高的钻进效率，同时也不需要对设备进行清洗。在选择钻进的长螺旋钻时，其只直径应当在1m以内，钻进的深度应当控制在15m～20m之间。如果选择的短螺旋钻属于非连续性钻机，其钻进效率较低，且孔径一般在2m～3m左右，能够钻进的深度在30m以内，最深也不会超过50m。选用冲击回转钻进行钻进，需要泥浆比例符合实际标准，从而防止在钻进过程中，土层冲散水流进入形成泥浆。在完成钻进后（？），可在必要的情况下停止送水，并将干钻进尺距离适当增加，从而获得土层样品，又或者可使用双动双管取芯（芯）钻具达到目标。

5.2 偏硬粘性土层

偏硬粘性土层由于粘性较大，在选用螺旋钻进行钻进时，容易引发钻杆折断或埋钻等问题，同时也会对土层产生较大的扰动作用，因此在钻进过程中可选择小肋骨钻头或冲击回转钻。液动、气动以及气液混合动力是冲击回转钻进技术主要的方法，钻进效率高，钻头的应用寿命长，能够减少孔内事故的发生[5]。液动冲击回转钻进技术的应用，其动力来源为清水或泥浆的高压作用；气动冲击回转钻进技术的应用，其动力来源为高压空气；在实际钻进中，需要先慢速钻进，待钻头进入土层后可选择中速钻进，不断加快钻进速度，减小钻具的阻力。

5.3 砂层

砂层钻探技术的应用与砂粒粒径之间存在密切关联，同时也会受到地下水的影响。针对砂土粘粒含量较高，且粉细砂为主要砂粒的地质环境可选择螺旋钻进法，如果需要进行深孔钻进，可在钻进后期将螺旋钻换为小直径螺旋钻。如果土质为粉细砂掺杂粘性土，则需要适当降低钻速，使得钻进压力逐渐减小，并将泵量调整在合适位置。在完成钻进以后，可对钻孔泥浆进行清洗，将泥浆池内的孔内悬浮粉细砂带出后即可停泵，控制沉砂卡钻的问题的发生，在停泵后，需要继续干钻0.3m～0.5m，控制岩芯脱落问题。如果砂土位于地下水位以下，且砂土组成主要为中粗砂，钻头的选择可使用硬质合金钻头，保持低钻速反复循环的钻进，在钻进过程中需要不断浮动钻具，形成空底反循环。由于在钻进过程中钻头外径较大，所以能够对岩芯管起到有效的约束作用，维护岩芯的结构，在用泥浆对钻孔进行清洗时，能够去除其中的砾沙，减少沉砂卡钻问题。

5.4 卵石层

卵石层的钻探工程会受到地层厚度、含水率以及粘性土层填充情况的影响，因此需要针对不同地层情况选择恰当的钻探工艺。如果地层厚度不高，可选择泥浆护壁回转钻进法；如果地层厚度较高，可选择跟管钻进法，跟管的长度为3m～6m，钻速控制在30r/min～60r/min，保障钻进的连续性。如果地层密实度较高，则选择回转钻进法，为了有效避免孔壁坍塌问题，可适当投入粘土球，起到有效的保护作用；如果出现塌孔问题，则要适当的增加泥浆浓度。

6 钻探工程工艺技术要点

6.1 钻进工艺控制

在进行岩土工程勘探钻探工艺时，已经初步控制了钻头质量与钻管质量，钻头的选择为金刚石钻头，口径为127mm，钻孔的尺寸选择分别为130mm、110mm，钻头的隔离设计能够保护这种钻探工艺的效果，而在钻探过程中，也要合理设计钻探钻头，比如可使用废旧磨损钻头解决钻探清空问题，提高钻探工艺效果。在实施钻探工艺中要合理选择循环液，可使用sm植物胶浆液作为主要的循环液，从而保持孔壁的稳定性，为后续钻进施工提供支持。

6.2 泥浆的合理控制

在开展钻探工艺施工中，要有效的控制泥浆，使得钻探工艺的进行更为合理。比如在处理泥浆时，可选择sm植物胶与膨润土，通过混合配置完成泥浆的制作，而在配比过程中，sm植物胶的浓度为0.8%，膨润土的浓度可控制在5%左右[6]。而在实际配比泥浆过程中，可适当的增加羟甲基纤维素，并控制好实际增加量，保障泥浆配置的合理性。

6.3 漏浆问题处理

泥浆漏浆是钻探工艺施工中常见的问题，也是影响综合质量的主要问题，在开展钻探工艺时，为了保障钻探工作的有序进行，就应当有序处理漏浆问题。比如可将膨润土与羟甲基纤维素相混合制成浆液，并将混合后的浆液注入到钻孔中，使得孔壁问题得到有效控制，保障钻探工程的高效进行。

6.4 工艺参数设计

钻探工艺工程的开展需要合理设置钻探参数，参数设计包括转速的控制与钻压的控制，转速可控制在250r/min～300r/min之间，钻压可控制在4～7KN之间，通过合理设计工艺参数，确保钻探工程的有序进行，使得钻探工艺的效果得到充分展现。

7 结语

综上所述，岩土工程勘察是保障工程建设质量的重要环节，但由于许多岩土工程的位置属于较为复杂的岩溶地区，导致其地质条件也就较为复杂，所以在勘察钻探过程中，需要合理选择钻探工艺，保障岩土勘察工作的有序进行。勘察工程可结合不同地质环境、勘察任务需求合理选择钻探方案，通过对周围地质材料的详细收集以及钻探方案的及时修正，实现勘探工作的有序进行。