新型鉆探工具在河道勘察中的應用

陳麗麗，鄒海文

(沈陽市勘察測繪研究院有限公司，遼寧 沈陽 110004)

1 引 言

伴隨城市發展，修建的明渠、人工湖、運河水系等日益增多，但是這類水系防護坡過低或者不堅固甚至有些人工河沒有任何護坡措施，進而導致河道兩岸塌陷，河道越來越窄，同時部分地區雨污分流沒有很好完成，污水未經處理排入河道，致使河道受污染嚴重，河道底部淤泥沉積加劇。近些年各地區大規模開展河道整治工作，進行河道清淤清障、拓寬河道、修建水閘、修建污水處理泵站、新建橋梁以及修建護岸邊坡等配套工程，綜合提升河道周圍區域的生態環境。

勘察過程中發現對于部分人工河以及明渠，由于河道本身寬度不大且河水較淺，造成了無法在河道內搭設水上作業平臺進行河底淤泥勘察。若采用截斷上游河水的方式，由于河道底部存在淤泥，土質較差，機器設備鉆探施工困難太大，針對這類問題，現采用一種新型的鉆探工具對河道內淤泥進行勘察工作。

2 勘察鉆探常用的設備

目前勘察行業常用的鉆進方法主要有回轉鉆進、沖擊鉆進、錘擊鉆進、震動鉆進、沖洗鉆進。對于要求需要采取巖芯的鉆孔，應采用回轉鉆進；對于黏性土可根據地區經驗采用螺旋鉆進或錘擊鉆進的方法；對于碎石土可采用金剛石單動雙管鉆具鉆進。

對于河道治理工程主要采用回轉和沖擊鉆進的方法。沈陽地區回轉鉆進主要采用XY150型號和GJ200型號，沖擊鉆進主要采用SH30型號。

XY150型鉆機最大鉆深150 m，是一種具有油壓給進的高速輕便鉆機，適用廣泛、液壓給進鉆機，具有動力大、提升力大(2T)、傳遞扭矩大等特點，適合鐵路、水利、橋梁、壩基等建筑物的工程地質勘察。

GJ-200型鉆機最大鉆深200 m，具備各種淺孔鉆機的主要功能和特點，結構堅固、簡單，操作方便，鉆進能力強，適合各種復雜地層鉆進的新型、輕便回轉式多功能鉆機。

SH30型鉆進最大鉆深30 m，在工業建筑和民用建筑勘察、公路、水利、鐵路勘察使用非常普遍，實用性強，可適用于耕土、黏性土、砂卵石等第四系覆蓋層。

3 河道清淤勘察新型鉆探工具

在河道綜合整理勘察中，河道清淤清障部分的勘察主要目的是查清河道底部淤泥以及污染土厚度和污染程度。對于一些河道寬度和水深適當的區域可以采用水上作業進行勘察，然而對于不具備水上作業條件的河道勘察，可以采用一種新型工具進行鉆探取樣，查清淤泥厚度。

3.1 新型鉆進工具簡介

該小型鉆探工具主要是由鋼材制作而成，鋼管直徑 2 cm～5 cm，該鉆進工具可鉆進 3 cm～5 cm，鉆桿可采用 1.0 m一段鋼管通過螺紋連接，便于鉆進施工。鋼管為半合管，取出鉆具后可以打開便于觀察、測量和取擾動樣，第一節鉆桿鉆頭采用刃角設計便于鉆進，同時巖芯管距離鉆頭 20 cm處將巖芯管制開出一個長 10 cm左右的孔，便于提鉆時觀察地層。

該工具可采用沖擊鉆進也可以采用回轉鉆進，在鉆具螺紋連接處連接沖擊墊塊時可采用錘子沖擊鉆進，沖擊鉆進主要適合填土、淤泥、砂類土地層；當螺紋連接處連接動力設備可進行回轉鉆進，回轉鉆進適合填土、淤泥、砂類土、碎石土地層。

該鉆探設備可以鉆進成孔和取擾動樣，目前主要采用沖擊鉆進，在河道內無水的區域勘探時，可以回次進尺，鉆進 1 m后可以提鉆取樣測量地層，然后通過螺紋連接鉆具繼續進行鉆探。在有水取樣勘探時，若不能一次鉆探到位，提鉆后水下無法準確找到之前的鉆孔，同時水下淤泥性質較差，提鉆后鉆孔很可能塌陷，故需要一次鉆進到原狀無污染地層，再提取鉆具一次性取樣和測量地層。

圖1 河道淤泥勘察新型鉆探工具

3.2 新型鉆進工具優缺點

該鉆進工具可進行河道、人工湖等淤泥勘察，小巧便攜便于鉆探施工。不僅河道底部無水時可進行作業，對于中小型人工湖河，河水水深較淺時也可進行鉆探作業。鉆進成孔可取擾動樣，進行污染指標分析。缺點是該鉆進工具無法取原狀樣，無法進行原位測試。

4 新型鉆探工具在工程應用

4.1 工程概況

滿堂河屬于渾河一級支流，發源于上木匠村，經渾南區、沈河區后于王家灣橡膠壩匯入渾河，河流長 23.5 km，控制面積 62.73 km2。滿堂河生態環境提升改造工程主要治理沈河區段滿堂河(三環繞城高速公路橋-新開河-渾河口)區間，治理段全場 8.76 km，主要包括河道清淤清障工程、水閘、蓄水池、護岸、景觀橋、雨污管線、橋梁工程等。該項目主要解決河道淤泥、護岸及生態環境提升，河道寬 5 m～15 m，河道不足 6 m的拓寬河道，超過 6 m的參考現狀河道進行清淤清障。

4.2 清淤清障工程勘察重點難點

清淤清障勘察工程部分主要目的是查清河道底部雜填土、沖填土、淤泥以及受污染地層的厚度。對于該工程滿堂河(三環繞城高速公路橋-新開河入河口)區間河底存在淤泥地層、而其他區間主要以雜填土、沖填土為主。

對于回填土區間勘察可以把上游水閘關閉，鉆機進入河道底部進行鉆探勘察。

對于淤泥地層區間鉆探存在以下問題：河道寬度不夠沒有足夠作業面進行施工；河道河水較淺無法搭設水上鉆探平臺進行鉆探施工；河道底部存在淤泥呈軟塑流塑狀態，承載力過低機器無法在上面進行鉆探施工。針對這些問題現場采用上述新型鉆探工具對河道底部地層進行勘探，該工具可以鉆探取擾動樣，取擾動樣后可進行砂樣顆粒分析以及污染性分析。圖2為現場鉆探施工圖片：

圖2 現場鉆探圖片

4.3 地層結構及其分布特征

護岸、水閘、蓄水池、河道內填土區間采用SH30進行鉆探，河道底部采用上述工具進行鉆探。考慮成因、時代、地貌單元以及巖性，劃分依據為野外原始編錄、土工試驗成果，同時參照原位測試指標變化。根據鉆探揭示，揭露地層主要為河泥①、雜填土①1、雜填土②、粗砂③、粉質黏土④、粗砂⑤、礫砂⑥和圓礫⑦，各地層具體分布詳見工程地質剖面圖。地層描述如下：

河泥①：黑色，流塑狀態，飽和。性質不均，具臭味，含少量保存較好的植物殘體，含腐殖質，比重輕。該層在場區不連續分布，可見厚度范圍 0.1 m～2.0 m，可見層底埋深0.1 m～2.0 m。

雜填土①1：雜色，松散，稍濕。主要由黏性土、砂類土、碎磚、建筑垃圾等組成。均勻性差，主要為人工亂排，形成河道障礙。該層在場區不連續分布，可見厚度范圍 0.6 m～0.9 m，可見層底埋深 0.6 m～0.9 m。

雜填土②：黑色～灰黑色，松散，濕～飽和。主要由黏性土、砂類土、碎磚、建筑垃圾等組成。均勻性差，主要為河流沖填形成，厚度變化較大。該層在場區不連續分布，可見厚度范圍 0.3 m～2.5 m，可見層底埋深 0.5 m～2.9 m。

粗砂③：以灰黑色為主，局部黃褐色，飽和，松散狀態，礦物成分以石英、長石為主，均粒結構，局部含少量黏性土。該層在場區內不連續分布，可見厚度范圍 0.2 m～3.1 m，可見層底埋深 1.0 m～4.0 m。

粉質黏土④：灰褐色，軟塑狀態，高壓縮性，局部為有機質土和黏土。切面稍有光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，含鐵錳質結核。該層在場區內不連續分布，可見厚度范圍 0.3 m～3.5 m，可見層底埋深 1.9 m～5.0 m。

粗砂⑤：以黃褐色為主，局部灰色，稍濕，稍密狀態，礦物成分以石英、長石為主，均粒結構，局部含少量黏性土。該層在場區內不連續分布，可見厚度范圍 0.5 m～3.1 m，可見層底埋深 2.6 m～5.0 m。

礫砂⑥：以黃褐色為主，局部灰色，稍濕，中密狀態，礦物成分以石英、長石為主，級配差，混粒結構。該層在場區內連續分布，本次勘察未穿透該層，最大揭露厚度 4.0 m，最大揭露深度 5.0 m。

圓礫⑦：以黃褐色為主，局部灰色，中密狀態。母巖為結晶巖，級配好，亞圓形，排列緊密，中粗砂充填，局部夾礫砂薄層，一般粒徑 2 mm～20 mm，可見最大粒徑約 60 mm。該層在場區內連續分布，本次勘察未穿透該層，最大揭露厚度 3.9 m，最大揭露深度 5.0 m。

4.4 各巖土層原位測試數理統計表

砂類土和碎石土顆粒分析統計如表1所示，標準貫入試驗統計如表2所示。

表1 砂類土和碎石土顆粒分析統計表

表2 標準貫入試驗統計表

原位測試統計結果表明：粗砂③呈松散狀態、粗砂⑤呈稍密狀態、礫砂⑥呈中密狀態、圓礫⑦呈中密狀態。

4.5 地層處理建議方案

(1)河泥①、雜填土①1和雜填土②成分復雜，性質不均，均勻性差，受一定的污染，建議挖除處理。

(2)粗砂③、粉質黏土④、粗砂⑤、礫砂⑥和圓礫⑦局部為灰黑色，受一定的污染，可根據設計要求采取相應的處理措施。

(3)對河道的清淤后期施工，可采用分段圍堰的措施。

5 結 論

本文結合滿堂河生態環境提升改造工程，有條件區域采用SH30及XY150鉆探設備進行鉆探，不具備施工條件區域采用上述新型鉆探工具進行鉆探，兩者結合很好地解決了河道治理工程的勘察工作。

今后河道清淤清障工程，人工湖清淤工程等類似工程都可采用上述工具進行鉆探，根據項目具體情況結合傳統鉆進設備鉆探能在滿足技術要求的基礎上很好的解決野外鉆探的問題。