灰岩地区勘察钻探封孔技术的探讨.pdf

E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y a n d A p p li c a t io n l工程技术与应用 I 9 5 灰岩地区勘察钻探封孑 L 技术的探讨 郑 洪 坚 广东省工程勘察院 ，广东 广州 5 1 0 5 1 0 摘要 在 灰岩地 区勘察 钻探 过程 中，岩溶对施工 和设计影 响很 大，介 绍一种新型 的钻 孔封堵 方法。 关键词 岩溶 地下 水 ；封孔 封堵 器 中图分类号 P 6 3 4 文献标志码A 文章编号2 0 9 6 - 2 7 8 9 2 0 1 8 0 5 0 0 9 5 0 2 很多灰岩地区因其地质条件复杂，土洞、岩溶发育， 地下水丰 富，土洞、溶洞的分布范围、大小 ，充填情况 等会对工程的设计与施工均影响很大，由于岩溶和土洞 共 同作用下不断发展可造成地面发生塌陷，在外部条件 和人为活动作用下能加剧地面塌陷发生，具长期性、不 可预见性、随机性和突发性等特点，其危害性大 ，因此 对钻孔进行封堵，减少外部因素对岩溶的影响很有必要 。 本文对灰岩地 区勘察钻孔封孔的技术进行探讨，给地基 处理和桩基施工提供一些探讨性的建议。 1 岩溶地区工程地质状况 1 ． 1 地层分布 灰岩地 区地层大致分布有 1 人工填土层，多为 素填土，松散状 ； 2 第 四系冲洪积层一般分布有粘 性土、粉土、砂砾等，其 中砂砾层含水量丰富，可通过 钻探孔与下层土洞、溶洞形成通道； 3 残积层粉质 粘土，多为流塑状、软塑状、可塑状，在岩土接触面受 岩溶水 的影响易形成土洞； 4 基岩层一般为灰岩、 石灰岩、炭质灰岩等，在地下水长期影响下容易导致岩 溶 发育 ，在基 岩接 触面 容 易发生 溶蚀 现象 。 1 ．2 岩溶发育特征 土洞、溶洞发育的主要 内因是地质体中存在可溶物 质，如灰岩 中的碳酸盐等 ，地下水的活动是外因。一般 来说，地质构造发育 如褶皱构造、断裂构造 使岩石 产生裂隙、节理等 ，给地下水活动提供 了通道 ，长期的 活动 中容易产生土洞、溶洞。在可溶岩 区，裂隙、节理 的发育制约着土洞、溶洞 的发育 。岩石地层 的形成与演 变经历了漫长 的历史，经过地质构造应力的反复多期的 作用 ，岩体 中的节理裂隙分布复杂多变 ，因此 ，土洞、 溶洞 的分布也是复杂多变 的。但灰岩地区的岩溶发育具 有一定的规律， 普遍表现为①自上而下发育， 上强下弱； 基岩面上分布着溶沟、溶槽，浅部基岩岩溶发育强，有 的甚至呈串珠状 自上而下分布 ，深部溶洞基本分布较少。 ②浅部溶洞多有充填 ，充填物较多，一般充填粉质粘土， 夹有强风化灰岩岩屑或者砂砾 ，深部溶洞多为空洞。③ 地质构造发育区域，由于岩石裂隙发育，岩石破碎，在 地下水活动频繁地方溶洞较发育。 1 ．3 地 下 水特 征 灰岩地区地下水一般可分为以下三种类型①上层 滞水主要存在第 四系人工填土层，结构疏松 ，含水量有 限，地下水动态受季节降雨影响，并随着潮汐变化而变 化 。主要接受大气降水、河涌水及生活用水的补给 。② 作者简介 郑洪坚 1 9 7 7 一 ， 男， 工程师， 研 究方向岩土工程。 第 四系孔隙水主要赋存于冲洪积砂层 中，富水性好，透 水性好，水量丰富。场地第 四系孔隙含水层地下水类型 为潜水类型，水力特 点为无压或局部低压，主要受大气 降水影响变化明显。③岩溶裂隙水主要赋存于溶洞、溶 蚀裂隙及暗河中的，连通性好 ，大部分由于埋藏深度大 ， 具弱承压性。主要接受地表水的渗入补给及相邻含水层 的侧 向补给，含水量较丰富，由于岩溶发育具有不均匀 性 ，导致地下水分布不均匀。 。 1 2 常规溶洞封孔技术 灰岩地区溶洞发育，勘察钻孔完成后，若没有进行 封孔，勘察钻孔将成为地下水流通通道 ，在地下水位变 动下，上部覆盖层 的土体通过钻孔流向溶洞，从而形成 土洞。勘察钻孔 已经成为工程中诱发土洞的一个重要因 素 ，因此，需要对勘察钻孔进行封孔。现有技术中，常 采用直接 回填岩芯、袋状物封堵后灌水泥浆等措施，回 填岩芯措施由于不能隔断岩溶水与上部覆盖层的水力联 系，其效果微乎其微；袋状物封堵后灌浆措施通常是采 用水泥袋或麻袋装上一定量的水泥后制成圆柱状 ，利用 钻杆将其送到灰岩面，形成隔水通道，然后对其进行灌 浆，待浆液固结后隔断上部覆盖层与岩溶水的水力联系 ， 避免钻孔成为岩溶水通道 。袋状物封堵后灌浆技术在一 定程度上可以封堵钻孔，但实际实施 时，袋状物封堵头 常会因变形或者岩面不平 ，有时甚至整个封堵头掉入溶 洞，浆液容易沿接触面流入溶洞 ，造成钻孔没有浆液不 能达到封堵钻孔效果。 3 采用简易加工封堵器进行封堵技术探讨 3 ． 1 封堵器封孔的原理 采用封堵器进行封孔的技术方案是该技术用于勘 察钻孔在灰岩地区岩面处的封孔，主要装置包括封堵器、 封孔粘土球、推进器、封孔浆液。灰岩地 区勘察钻孔在 上覆地层中采用较大孔径施工至灰岩岩面，到灰岩岩面 时采用较小孔径继续钻进，这样在灰岩与上覆地层形成 了变径 台阶，待钻孔完成后，利用封堵器推送到灰岩面 变径界面处，然后依次向钻孔投放粘土球和推进器，利 用钻机钻杆将推进器和粘士球压送至封堵器，将粘土球 挤压使其与封堵器形成隔水装置，最后利用钻杆 ，将水 泥浆液 由下往上灌满钻孔，待水泥浆液固结后阻止地下 水从钻孔流入溶洞，防止土洞的产生，达到封孔的目的。 3 ． 2 封堵器封孔工艺流程 通常封堵器为变径圆柱体，为防止封堵器在钻孔内 翻转，其长度应大于钻孔上部孔径；为方便将封堵器送 至灰岩面，其大头直径应小于上部孔径；为防止封堵器 9 6 l工程技术与应用 l E n g i n e e r in g T e c h n o l o g y a n d A p p li c a t io n 掉入溶洞 ，其大头直径应大于下部孔径 ；一般大头直径 取变径处上下孔径的平均值；小头直径应 小于下部孔径， 一 般可取下部孔径 的一半，或者制成圆锥形 。封堵器应 有一定的抗剪强度 ，需能承受上部钻杆送推进器的压力。 粘土球要应采用粘土制成，若条件 限制，需采用粉 质粘土时，应采用薄层塑料薄膜将粘土球裹住 再放入孔 中，防止粉质粘土遇水散开 ，不能成为隔水层。粘土球 球径大小与封堵器的大小相当， 应略小于 1 3 0 ram的孔径。 推进器是为 了将粘土球挤开，使粘土球沿钻孔四周 挤开，使粘土与孔壁、封堵器紧密结合 ，阻断钻孔上部 地下水与灰岩岩溶水的水力联系，防止水泥浆液流失 。 推进器一般为圆柱体，其直径一般与粘土球球体直径相 当，长度一般要大于钻孔孔径，防止推进器在孔内翻转。 封孔效果如图 1所示。 3 ． 3 实施实例 如图 I 所示，钻机钻孔在覆盖层 1 中采用 1 3 0 mm 孔径钻至灰岩岩 面 2 ，然后采用 1 1 O mm孔径继续在 灰岩 3 中钻进 ，直至钻孔完成，提 出钻杆 7 ，采 用钻杆 7 将堵塞器 4 推送至灰岩岩面 2 ，提 出 b 卿 c 图 1封 孔效 果 图中1 ． 灰岩，2 ． 灰岩岩面，3 ． 覆盖层， 4 堵塞器， 5 ． 粘土球， 6 ． 推进器 7 ．钻杆，8 ．粘土 止水体，9 ．水泥浆液。 钻杆 7 ，然后投放粘土球 5 ，再投入推进器 6 ， 利用钻杆 7 将推进器 6 和粘土球 5 送至堵塞器 4 上面 ，适当加压，利用推进器 6 将粘土球 7 挤开， 填 满 堵 塞器 和推 进 器 与孔 壁 之 间 的空 隙 ，形 成 粘土 止 水 体 8 ，最后利用钻杆 7 作为灌浆通道，将水泥浆 液 9 从推进器 6 由下往上灌满钻孔，从而达到封 孔的 目的。 3 ． 4 封 堵 器应 用效 果 采用封堵器和粘土球彻底隔断了上部地下水与岩溶 水 的水力联系，水泥浆液没有渗透通道不会流失，可 以 形成完整 的固结体 ，解决 了以往水泥浆液流失的缺陷 。 另外 ，本技术施 工方法非常简单、无需专 门培训，任何 机 台工人均可 以实施。采用该技术所用到 的材料一般是 木材、粘土和水泥浆液，需要用到的材料到处可以购买 或就地取材，封堵成本很低 。 4 结论 综上所述，采封堵器和粘土球在灰岩 区域封孔，采 用该技术能彻底解决现有技术浆液流失的缺陷。还具有 施工简单、质量可靠等特点。且所 需材料比较便宜且容 易找 到，工人简单培训一下即可操作 。能在花费 比较少 的成本和时间的情 况下，产生 比较好 的封堵效果。对场 地安全和桩基施工起到一定的保障作用 。 参考文献 [ 1 ]高兵．井下水文地质钻孔封孔有新法[ J ] ．当代矿工， 2 0 0 1 ， 1 2 1 ． [ 2 ]辜晓燕．岩土工程勘察灰岩地 区复杂地 质条件对桩基施工 的影响及相应措施 [ J ] ．广东科技， 2 0 1 0 ， 1 9 1 0 1 8 3 1 8 4 ． [ 3 ] 英伟，李静． 灰岩地 区岩土工程 勘察应注意的若干问题 [ J ] ．广 东建材 ， 2 0 0 6 ， 1 2 2 2 4 ．