浅谈砂卵石地层钻探常见问题及应对措施

浅谈砂卵石地层钻探常见问题及应对措施

杨波

浙江煤炭地质局勘探二队  浙江省杭州市  310000

摘要：浙江长兴地区大多数桥梁以砂卵石层为基础持力层，加强砂卵石地层的钻探技术研究具有重要意义。为此，本文将对砂卵石地基钻探过程中常见的问题进行论述，并应用工程实例进行分析，具有一定的指导意义。

关键词：砂卵石地层；钻孔勘探；钻孔冲洗液漏失；孔壁不稳

浙江地形自西南向东北呈阶梯状倾斜，西南以山地为主，中部以丘陵为主，东北部是低平的冲积平原，“七山一水两分田”是浙江地形的概貌。作为山区河流冲积盆地中的砂卵石土层，与平原地区河流冲积成因的砂卵石土，有许多共性特征，但由于水动力条件不一样，山区河谷盆地中的砂卵石土，有它的个性特征。比如，沉积韵律不明显，平面分布的微观特征不均匀．尤其是漂砾组合量较多．给勘探和测试技术带来了很大困难。

长兴长湖申线蝴蝶大桥位于长兴县小浦镇蝴蝶渡附近，设计道路等级：二级公路；设计速度60km/h，通航标准四级；桥梁总宽12.00米，桥梁全长504.48米，桥梁布跨为：8×20m+49m+80m+49m+7×20m；拟采用钻孔灌注桩基础；主桥墩7000kN，引桥3000~4000 kN。由中交第二航务工程勘察设计院有限公司设计。鉴于工程重要性，对现场钻探质量提出了很高的要求。经施钻，在场地23m以下范围钻机跳动剧烈，漏水较严重，根据钻探取芯情况，技术员将该范围统一定性为卵石。

砂卵石层的特点是岩性不均，软硬不一，结构松散．特别是近代冲积(堆积)层，有的级配均匀，孔隙比很大；有的级配无规律．粒间充填着砾石、砂和粘性土。勘察钻探时，孔壁容易掉块，提钻后孔壁容易坍塌；遇到大漂石层．常由于震动而发生位移，无法再下钻。这种地层一旦被钻开．就很易破坏原来的相对稳定或平衡状态．使孔壁失去约束而产生不稳定在这种地层中钻进的关键是选择合理的钻进方法．采用先进的钻进技术．重点预防钻进时的冲洗液漏失及孔壁坍塌。

由于砂卵石颗粒大、硬度高．钻进时速度慢而取芯率又很低．若不采用适当的措施保护孔壁．砂卵石极易从孔壁脱落掉人孔内．造成孔壁的失稳。塌落下来的砂卵石聚积在环状间隙，阻塞泥浆循环通路，使泵压增高．时常造成岩芯堵塞现象。同时钻进过程中钻具旋转不灵提动困难．起钻时负荷增加，有“滞涩”的感觉，严重时发生卡钻。钻具提离孔底．砂卵石塌落将使钻孔局部堵塞，钻具下放容易“搁浅”而下不到底。更为严重的是易酿成恶性卡钻；钻具折断后，不易摸到断头；在塌陷处继续钻进很容易使钻孔偏离设计轴线，发生钻孔弯曲。

在砂卵石地层钻进，造成孔壁失稳的原因很多。主要有：地层应力作用、液动压力、泥浆、其它如钻进工艺因素等。这些因素有时共同起作用．有时是某一因素起着主导作用．应对各种情况作不同分析。钻孔内的各种压力主要有静液柱压力、上覆土层总压力、地下水压力。静液柱压力是钻孔内泥浆柱产生的压力，大小受泥浆的重度及泥浆柱的垂直高度影响上覆土层总压力是指覆盖在该地层以上的土和孔隙中水的总重量造成的压力(相当于饱和上体总应力产生的压力)。地下水压力包括地层孔隙内水的静液柱压力及地下水流动时产生的动压力。在一定深度的岩土层处于受压状态而存在原始应力．当地层被钻开后，孔壁周围的岩土层必须承受由于维持新的应力平衡而重新分配的应力．如果地层中土本身强度不够，孔壁将被破坏。在砂卵石这种松散地层．当孔内液柱压力不足时，在上覆土层总压力作用下，就被压成碎粒而掉落孔内，造成孔壁扩大，起下钻遇阻，孔内被坍塌物充填，俗称塌孔事故。

稳定孔壁的方法很多．在实际钻进过程中，为保证砂卵石不稳定地层的孔壁稳定．应注意以下几下问题：

(1)尽力保持钻孔一地层间的压力平衡。关键是调整合适的泥浆比重．确保泥浆比重在平衡地层侧压力所必须的最小值，在相当程度上是可以保持孔壁稳定的。同时在起下钻时因压力激动易使压力失去平衡．故既要控制合理的起下钻速度．又要坚持提钻回灌制度，尽力维持钻孔一地层的压力平衡关系

(2)选用合适的泥浆。对泥浆的要求一般要具有低失水、高矿化度、适当的比重和粘度。低失水及高矿化度减少了地层的水化作用。适当的比重可保证有必须的静液柱压力泥浆粘度要适当．过小了泥浆液流冲蚀孔壁的力量大．对孔壁破坏大，坍塌物在泥浆中沉降过快；过大又会使泵压升高，排量减少．钻速下降，裸孔时间加长，压力激动增大，不利于防塌。

(3)坚持合理的钻进工艺措施。尽力做好以下几点：①控制合理的起下钻速度，特别是经过复杂地层时．应更给予重视。操作升降机要平稳，尽量减少惯性效应：②钻进时注意随时调整冲洗液性能．保持孔底清洁，避免钻头或钻具上部造成泥包砂卵石层钻进往往孔内岩粉多．避免起钻前长时间冲孔．防止孔壁扩大；③钻进时不能使用弯曲的钻杆。以免造成钻具回转时对孔壁的碰撞敲打：④深孔钻进特别在使用泥浆洗孔时，开泵要稳．防止水泵脉动压力过大；⑤当孔壁出现事故预兆时，要及时采取预防性措施．不能马虎凑合．造成事故扩大化；

⑥钻进复杂地层时．在可能条件下．实行快速通过．并终孔，以缩短不稳定岩土层裸露时间．这是保持孔壁相对稳定的一项积极性措施。

由于砂卵石层岩性不均、软硬不一，致使常规原位测试方法所得到的数据离散性很大，不具有代表性，很难得到正确的数据。所以，必须选择合适的勘探与试验方法，以保证勘察成果的可靠性与适用性。

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