雷振云

摘要:為保證大壩地基安全,深孔帷幕灌漿質(zhì)量保證是至關(guān)重要的。事實(shí)上,因?yàn)楦鞣矫娴脑?鉆孔與設(shè)計(jì)方向往往會(huì)產(chǎn)生不一致的偏斜變化。如果鉆孔產(chǎn)生的偏斜度很小,其影響是不大的;假如偏斜度嚴(yán)重,不僅對(duì)鉆進(jìn)質(zhì)量、事故發(fā)生率、鉆進(jìn)效率等方面產(chǎn)生不良的影響,而且會(huì)嚴(yán)重影響具有一定防滲標(biāo)準(zhǔn)的"連續(xù)帷幕"的形成,使灌漿質(zhì)量不能達(dá)到要求,以致不得不進(jìn)行一定量的補(bǔ)充灌漿,從而使帷幕的造價(jià)提高。所以,我們不得不對(duì)孔斜由發(fā)生到處理等一系列技術(shù)問題加以掌握,以便在深孔帷幕灌漿中將孔斜控制在規(guī)程要求容許偏差值內(nèi)。筆者主要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),總結(jié)性地探討深孔帷幕灌漿孔斜的原因及其處理措施,以供借鑒。

關(guān)鍵詞:鉆孔方向;孔斜成因;孔內(nèi)事故;鉆進(jìn)效率;鉆孔質(zhì)量;連續(xù)帷幕

1 孔斜成因分析

孔斜作為鉆孔事故產(chǎn)生的原因較多,視其主客觀因素可歸納為地質(zhì)條件不良,技術(shù)條件不適宜,操作方法不當(dāng)?shù)?個(gè)方面。

1.1 地質(zhì)條件不良

在地質(zhì)條件方面,集中表現(xiàn)在鉆孔內(nèi)巖石的力學(xué)性質(zhì)上,主要為:

鉆進(jìn)松散覆蓋層時(shí),覆蓋層越厚,越容易改變鉆孔的方向。其主要原因是覆蓋層具有較強(qiáng)的活動(dòng)性,鉆出的鉆孔孔徑較大時(shí),勢(shì)必對(duì)粗徑鉆具不能形成強(qiáng)有力的控制,因而不能保證鉆進(jìn)方向的一致性;在有一定傾角的、軟硬交替的巖石中鉆進(jìn),由于鉆頭在同一接觸面上有軟硬不同的巖層,因此,可鉆性不同的巖層會(huì)產(chǎn)生不同的鉆進(jìn)速度,從而改變鉆頭的鉆進(jìn)方向;在厚度大、破碎較嚴(yán)重的巖層中鉆進(jìn),其鉆孔孔徑也較大,粗徑鉆具在鉆進(jìn)方向上不容易被控制。此外,破碎巖層往往是軟硬巖層共存,因此,鉆頭容易改變方向;砂卵石層中鉆進(jìn),鉆孔最容易偏斜。因?yàn)榈[石的圓滑對(duì)鉆頭產(chǎn)生偏滑作用,形成不均衡的阻力,易改變鉆頭前進(jìn)的方向;在遇到溶蝕孔洞、大斷裂帶或老空洞等情況時(shí),亦會(huì)產(chǎn)生鉆孔的偏斜。

1.2 技術(shù)條件不適宜

因采用與實(shí)際不相宜的技術(shù)措施造成的鉆孔偏斜,主要表現(xiàn)為:

在開孔鉆進(jìn)或淺孔階段的鉆進(jìn)中,鉆機(jī)立軸與鉆孔不在同一條中心線上,這會(huì)直接影響鉆孔偏斜;使用過高的立軸鉆桿與磨損較嚴(yán)重的立軸鉆桿定向套管,容易使立軸產(chǎn)生較大的擺動(dòng),直接影響到鉆頭在孔底鉆進(jìn)時(shí)的不穩(wěn)定性;帷幕深孔一般都要安裝孔口管,如果孔口管不正,也會(huì)直接影響到開孔鉆進(jìn)時(shí)的方向;使用了彎曲的鉆具或過短的巖心管。巖心管、鉆桿等的彎曲,都會(huì)使鉆具連接后不正,從而影響鉆進(jìn)的方向。使用過短的巖心管,在孔內(nèi)歪斜時(shí),比長(zhǎng)巖心管的歪斜度更大,產(chǎn)生的孔斜度也更為嚴(yán)重;在由大孔徑換小孔徑或擴(kuò)孔鉆進(jìn)過程中,因?yàn)榭妆诟鞑坑捕炔灰?孔徑大小也不一致,換徑后的鉆頭很難保持在與原孔中心線一致的方向向下鉆進(jìn);孔徑越大,受壓鉆桿產(chǎn)生的彎曲、拉伸、扭曲也會(huì)增大,使鉆頭在孔底鉆進(jìn)時(shí)不穩(wěn)定性增強(qiáng),從而使鉆進(jìn)方向發(fā)生變化;金剛石鉆頭胎體硬度不一致與金剛石顆粒分布不均一,或硬質(zhì)合金鉆頭底出刃尺寸不同,也會(huì)直接影響到鉆進(jìn)方向的改變。

1.3 操作方法不當(dāng)

操作方法的不當(dāng)往往是產(chǎn)生鉆孔偏斜的直接原因。

鉆進(jìn)時(shí)過大的加壓,使鉆桿產(chǎn)生多段處的嚴(yán)重彎曲,特別是在不利的地質(zhì)條件下,對(duì)產(chǎn)生鉆孔偏斜的影響會(huì)更大;

使用磨損過鈍的金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn),會(huì)因在金剛石顆?；蚝辖鹆Ｏ驇r石內(nèi)切入不穩(wěn)定的情況下,容易改變鉆頭的鉆進(jìn)方向;

在松散易坍塌的巖層中鉆進(jìn),沖洗液的排量過大,壓力過高,特別是使用粘度很小的泥漿或清水作沖洗液時(shí),會(huì)較嚴(yán)重地破壞孔壁,造成孔內(nèi)某一局部的坍塌,使孔徑擴(kuò)大。

由此不易控制鉆桿過大的彎曲,致使粗徑鉆具容易產(chǎn)生偏斜。

2 孔斜的預(yù)防與處理措施

控制鉆孔鉆進(jìn)方向,使之不發(fā)生嚴(yán)重偏斜是一項(xiàng)很復(fù)雜的技術(shù)工作。采取何種技術(shù)措施防止鉆孔偏斜或鉆孔產(chǎn)生嚴(yán)重偏斜后如何處理,都必須將影響鉆孔偏斜的3方面因素結(jié)合起來全面加以考慮。

2.1 預(yù)防孔斜的措施

鉆機(jī)的安裝要水平牢固,立軸中心與鉆孔中心應(yīng)在同一條垂直線上,并按要求的孔向?qū)?zhǔn)孔位開孔,以使鉆進(jìn)中不擺不晃;孔口管必須牢固并滿足要求,在開孔鉆進(jìn)與淺孔階段鉆進(jìn)中,立軸鉆桿不能太長(zhǎng),否則鉆進(jìn)時(shí)擺動(dòng)性大,致使立軸轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn),造成鉆具擺動(dòng)性增大;使用符合規(guī)格的各種鉆孔器具,并隨時(shí)檢查,如發(fā)現(xiàn)有彎曲的鉆具或有磨損較嚴(yán)重的立軸導(dǎo)管時(shí),應(yīng)及時(shí)更換。在淺孔鉆進(jìn)階段,一般情況下,使用的巖心管長(zhǎng)度較大一些為宜;孔較深以后,即開始需要從地面減壓鉆進(jìn)時(shí),特別要注意鉆壓的調(diào)整,同時(shí)要注意提升吊環(huán)必須與立軸及鉆孔中心線在一條直線上;鉆進(jìn)中,當(dāng)巖石換層時(shí),不論是由軟變硬還是由硬變軟,或者是由完整變破碎,破碎變完整等情況,均應(yīng)減壓減速鉆進(jìn),對(duì)其進(jìn)尺的速度和沖洗液的流量及壓力也應(yīng)加以適當(dāng)?shù)目刂?鉆進(jìn)中,應(yīng)勤檢查鉆機(jī)有無(wú)移動(dòng),立軸鉆進(jìn)的方向有無(wú)變化,發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)糾正;為防止孔斜發(fā)生,必須熟悉所使用機(jī)械性能和鉆孔方法的特點(diǎn),經(jīng)常研究,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。在深孔帷幕的鉆孔中,應(yīng)對(duì)孔斜及時(shí)測(cè)量,及時(shí)準(zhǔn)確地掌握鉆孔的偏斜情況,以利于及時(shí)處理。

2.2 孔斜的處理措施

2.2.1 擴(kuò)孔糾偏法

此種方法適合于淺孔階段中(一般不超過10m)鉆孔已偏斜嚴(yán)重的情況。采取加長(zhǎng)粗徑鉆具,并使用比原鉆具直徑至少大一級(jí)的鉆具,從孔口或從孔口管底部位置擴(kuò)下去?？梢詳U(kuò)大處理符合要求的鉆孔,矯正鉆孔的方向,防止在繼續(xù)鉆進(jìn)中該孔偏斜嚴(yán)重發(fā)展的情況出現(xiàn)。

2.2.2 短鉆具法

在松軟巖層或厚度大的覆蓋層中鉆進(jìn)時(shí),當(dāng)鉆孔產(chǎn)生一定偏斜后,可利用較短的粗徑鉆具進(jìn)行矯正。因?yàn)樵谏鲜龅刭|(zhì)條件下鉆孔,孔徑一般比較大,而短鉆具在較大孔徑內(nèi)較易改變方向。主要通過用輕壓力慢轉(zhuǎn)速的操作方法,鉆具會(huì)因自重垂向鉆進(jìn)。使用的巖心管長(zhǎng)度一般可為1~1.5m,鉆進(jìn)3~5m后進(jìn)行鉆孔測(cè)斜。如果孔斜度已減少,則可使用正常鉆具鉆進(jìn);如果沒有矯正過來,則可加長(zhǎng)粗徑鉆具,從開始矯正位置掃孔后,即或按原孔斜度鉆進(jìn)。

2.2.3 換徑法

換徑法主要是用比原正常鉆進(jìn)用的粗徑鉆具小一級(jí)或二級(jí)直徑且長(zhǎng)度短于1.5m的粗徑鉆具鉆進(jìn)。因?yàn)槎碳?xì)的粗徑鉆具可在較大的孔徑內(nèi)成接近于垂直狀態(tài)。

在進(jìn)行矯正前,先把孔內(nèi)巖心取凈。鉆進(jìn)時(shí)要輕壓慢速控制給進(jìn)。鉆進(jìn)3~5m后進(jìn)行測(cè)斜。如果孔斜沒有減少,可用原正常鉆具擴(kuò)下去,待條件成熟后再進(jìn)行矯正。如果新孔孔斜度有所減少,可換用帶有導(dǎo)向裝置的鉆具進(jìn)行擴(kuò)孔,擴(kuò)完后換用正常鉆具鉆進(jìn)。在容許的情況下,也可用換徑的鉆具加長(zhǎng)后鉆進(jìn),直至終孔。

2.2.4 控制法

控制法主要是在考慮進(jìn)行其它矯正方法時(shí)有很大困難,或還有不多的距離就抵達(dá)終孔的情況下應(yīng)用。這一方法的主要措施是加長(zhǎng)粗徑鉆具。一般情況下,加長(zhǎng)后的粗徑鉆具不小于原鉆具的2倍。加長(zhǎng)粗徑鉆具后,無(wú)疑會(huì)增大孔壁對(duì)整個(gè)粗徑鉆具按原方向繼續(xù)鉆進(jìn)的控制力,使原有的孔斜度不再繼續(xù)擴(kuò)大,但在操作方法上要嚴(yán)格注意。

2.2.5 掃孔法

掃孔法是在某一灌漿段鉆孔結(jié)束時(shí)進(jìn)行孔斜測(cè)量,發(fā)現(xiàn)偏斜值超過允許值時(shí),先不進(jìn)行糾偏處理,按正常程序繼續(xù)進(jìn)行灌漿,當(dāng)接近灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí),用比例為0.5(或0.6)∶1的濃漿(可加適量的速凝劑)置換出孔內(nèi)稀漿,并待凝24~48h后再掃孔,掃孔時(shí)注意控制鉆壓并隨時(shí)檢測(cè)孔斜,可使已偏斜的鉆孔段得到有效的糾正。但此種辦法耗時(shí)較長(zhǎng),一般在上述幾種方法處理無(wú)效的情況下采用。

2.2.6 補(bǔ)孔法

補(bǔ)孔法有兩種情況:

在灌漿施工中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜嚴(yán)重時(shí),為防止嚴(yán)重的孔斜對(duì)灌漿質(zhì)量產(chǎn)生影響,可在該孔附近補(bǔ)鉆新的灌漿孔,一般與原灌漿孔的距離應(yīng)不大于50cm,但補(bǔ)鉆灌漿孔前應(yīng)封填好原偏斜灌漿孔。此種情況適用于淺孔階段中就嚴(yán)重偏斜且在采取多種矯正方法均無(wú)效的灌漿孔。補(bǔ)鉆新的灌漿孔后在與原偏斜孔相對(duì)應(yīng)的孔深位置以上的各灌漿段一般可不再灌漿;

在灌漿施工結(jié)束對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收時(shí),通常的方法是采用打質(zhì)量(效果)檢查孔。檢查孔位置的選定,既要考慮到有代表性和普遍性,又要照顧到薄弱環(huán)節(jié)。這時(shí),可結(jié)合對(duì)灌漿施工資料的綜合分析,在因孔斜可能使灌漿不足的地方布置檢查孔,使其得到一次補(bǔ)強(qiáng)的機(jī)會(huì),因?yàn)闄z查孔也要灌漿。同時(shí),通過檢查孔的壓水試驗(yàn),也能獲知因孔斜對(duì)灌漿質(zhì)量的影響程度。