kl植物膠在人工填筑堆石層鉆進(jìn)中的應(yīng)用

1、2 0 1 1 年第 3 8卷第 2期 探礦工程( 巖土鉆掘工程 )3 9K L植物膠在人工填筑堆 石層鉆進(jìn)中的應(yīng)用 鄧樹 密 ( 中國(guó)水利 水電第十工程局有 限公 司基礎(chǔ)工程分局 ， 四川 都江堰 6 1 1 8 3 0 )摘 要 ： 針對(duì)伊 朗 T A L E G H A N水庫(kù)大壩觀測(cè)儀器孔在松散 、 架空 、 透水性極強(qiáng) 的堆石 層 中鉆進(jìn)存在 的取心 困難 、 泥 漿漏失嚴(yán)重 、 孔壁穩(wěn)定性差等 問題 ， 引進(jìn)以 K L植物

2、膠為主要原料的處理劑配置成無固相沖洗液 和不分散低 固相泥 漿 ， 并 配合一 系列堵漏材料在現(xiàn)場(chǎng) 的綜合應(yīng)用 ， 取得 了 良好的鉆進(jìn)效 果。介 紹 了 K L 植 物膠 的配方 、 泥漿性能指標(biāo) 及護(hù)壁堵漏效果 ， 為今后類似地層鉆孔提供 了可借鑒 的經(jīng)驗(yàn) 。關(guān)鍵詞 ： 堆石層 ； K L植 物膠 ； 不分散低 固相泥漿 ； 護(hù)壁堵漏 中圖 分 類 號(hào) ： P 6 3 4 ． 6 ； T V 6 9 8 ． 1文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 ：

3、 A文章 編 號(hào) ： 1 6 7 2— 7 4 2 8 ( 2 0 1 1 ) 0 2— 0 0 3 9— 0 4A p p l i c a t i o no fKLV e g e t a b l eC o l l o i dt oD r i l l i n gi nAr t i f i c i a lR o c k f i l l e dD a m ／ D E N GS h u — m i( S i n o h y d r oB u

4、r e a u1 0C 0 ． ， It d ． ，F(xiàn) o u n d a t i o nE n g i n e e r i n gS u b — b u r e a u ，D u j i a n g y a nS i c h u a n6 1 1 8 3 0 ， C h i n a )Ab s t r a c t ：I nr e s p e c to ft h ec o t in gd i f f i c u l t i e s ，s

5、 u c ha sh i g hc i r c u l a t i o nl o s s ，l o ws t a b i l i t y ，e n c o u n t e r e di no b s e r v a t o r yb o r e —h o l ed r i l l i n gi nl o o s eb a c k f i l l e dr u b b l e sw i t hm a n yc a v i t i e sa

6、 n dh i g ho s mo s i sa tt h eT A L E G H A NR e s e r vo i rp r o j e c ti nI R A N，as o l i d — f r e e，n o n — d i s p e r s i b l e ．Dr i l l i n gf l u i di sc o n c o c t e dwi t ht h eKLv e g e t a b l ec o l l o

7、 i da st h ema i na d d i t i v e ，w h i c h ，c o m—b i n e dw i t hs e a l i n ga g e n t s ，h a sa c h i e v e dg o o dr e s u l t sa ts i t e ． T h ec o mp o s i t i o no ft h eKLc o l l o i d，p r o p e r t i e so ft

8、h ed r i l l i n gf l u i da n dt h es e a l i n ge f f e c t i v e n e s sa r ed e s c r i b e d，p r o v i d i n gs o mee x p e r ie n c ef o rd r il l i n gi ns i mi l a rc o n d i t i o n s ．Ke ywo r d s ：r o c k f i

9、l l e dd a m ；KLv e g e t a b l ec o l l o i d；n o n — d i s p e r s i b l es o l i d — f r e emu d ；wa l lp r o t e c t i o na n ds e a l i n g1工程概 況 伊朗塔里干( T a l e g h a n ) 水庫(kù)工程位于伊 朗首都 德 黑 蘭 ( D e h r a n ) 西北 1 3 5k

10、m 的塔 里干 河谷 ， 河谷 長(zhǎng) 約 1 0 0k m， 整體呈 N W 向延伸 ( 壩址 區(qū)近 S N 向) 。塔 里 干 ( T a l e g h a n ) 壩 址 位 于 已有 的 三 干 壩 ( S a n g e —b a n ) 低壩下 游約 7 0 0m 處 。其 主要 建筑 物包括 粘 土 心 墻土 石壩 、 左岸無 閘開 敞式 溢 洪 道 、 導(dǎo) 流 隧洞 ( 后 期改建為泄水底孑 L ) 、 輸水隧洞和 電站廠

11、房等。設(shè) 計(jì)最大壩高 1 0 3I n ， 壩 頂高程 1 7 8 9m， 正常蓄水位 1 7 8 0m， 最 大壩高 1 1 0n l ， 大壩 軸 線 長(zhǎng) 約 1k m， 設(shè) 計(jì) 水庫(kù)庫(kù)容 4 ． 2X1 0 。 I T I， 裝機(jī) 2臺(tái)單 機(jī)容量為 8 ． 9M W 的發(fā) 電機(jī)組 。壩址區(qū)河床部位覆蓋層 由沖擊松 散漂卵石組成 ， 漂石 、 卵石成分以礫巖 、 砂巖為主 ， 磨 圓性 好 ， 硬度低 。大 壩 中 間芯墻 為 粘

12、土 防滲層 ， 兩邊 設(shè) 反 濾料 過 渡層 ， 壩殼 采用 上游 3～ 4k m河 道 內(nèi)挖 出來 的原 始 砂卵( 礫) 石填筑 ， 由于施工原 因和儀器 自身因素的影 響 ， 在大 壩填筑 至接 近壩 頂高 程時(shí) ， 埋設(shè) 在芯 墻 內(nèi) 的兩組觀測(cè)儀器無 法讀數(shù) ， 為不破壞芯墻 ， 經(jīng)與設(shè) 計(jì) 、 業(yè) 主 溝 通 達(dá) 成 在 大 壩 上 下 游 壩 殼 料 層 上 高 程 1 7 0 0I n位置各補(bǔ)埋 3 只儀器 ， 進(jìn)行大壩

13、沉降測(cè)斜和 滲流觀測(cè)。根據(jù)設(shè)計(jì) 圖紙要求 ， 鉆孔深入原始河床 覆 蓋層不 小 于 2 0I n， 鉆孔 總深 度 分 別 為 7 3 、 1 1 0和 1 3 5I n。2 鉆 孔 特點(diǎn)及存 在 的主要 問題 根據(jù) 設(shè) 計(jì)要 求 和 現(xiàn)場(chǎng) 情況 ， 鉆孑 L 地層 上 部 為建 壩所填 筑 壩殼料 ， 該 層 以卵石 、 大塊 石 堆 積 為主 ， 夾 雜少 量砂礫 石 ， 雖 有碾 壓 ， 但 無 固結(jié) ， 存在 架空情 況 ，透水

14、性 極 強(qiáng) ， 該層 最 深 的孔達(dá) 1 0 0m 以上 。下部 為 河床原始砂卵( 礫 ) 石層 ， 是河流的沖積物、 坡積物 、沖溝 出 口洪 積物 的 不均 勻 混 合沉 積 物 ， 主 要 由粉 細(xì) 砂 、 礫 石 、 卵 石 和少 量 漂 石 組 成 。根 據(jù) 地 層 結(jié) 構(gòu) 分 析 ， 在上下兩種不 同地層結(jié)構(gòu)成孔均有難度， 尤其是 上部人 工堆 積地 層 ， 目前還 沒 有 找 到類 似 結(jié)構(gòu) 地 層 中的鉆孔先例， 沒有

15、成功的經(jīng)驗(yàn)可借鑒 ， 在這樣的地 層 中成孔非常困難。主要 問題是 ： ( I ) 孑 L 壁極端不 穩(wěn)定 ， 極易塌孔 ， 鉆孔要安放測(cè)斜儀和沉 降儀 ， 不允 許 套管 留在孔 內(nèi) ， 不能采 用 跟 管鉆 進(jìn) 的方 法 ； ( 2 ) 地 層 物質(zhì) 松散 ， 塊石 堅(jiān)硬 ， 極 易 由于鉆 頭克取 的巖石 軟 硬不均而導(dǎo)致鉆孔彎曲， 因此 ， 在這樣的地層中鉆孔 有很 大 的挑 戰(zhàn)性 ， 也 存在 較 大風(fēng) 險(xiǎn) ； ( 3 ) 鉆

16、 孔 直徑 要 求 大 ， 終 孔直 徑 需 要 大 于 1 1 01 ／ 1 1 1 1 才 能 滿 足 儀 器 埋 設(shè) 最s I ~ ： Y L 徑要 求 ， 因此 必 須 用 大 口徑 金 剛石 開 孔 鉆 收稿 日期 ： 2 0 1 0—1 2—1 5： 修 回日期 ： 2 0 1 0—1 2— 2 8作者簡(jiǎn)介 ： 鄧樹密( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ( 漢族) ， ! ~ lJ i l }安人 ， 中國(guó)水利水 電第十工程

17、局基 礎(chǔ)工程分局 總工程 師、 高級(jí)工程師 ， 勘察工程專業(yè) ， 從事水 利水 電、 市政 、 工民建等領(lǐng)域地基處理與基礎(chǔ)加固施工技術(shù)管理工作 ， 四J 1 f 省都江堰市蒲陽路 1 5 4號(hào) ， d e n g s h u m i @1 6 3 ． C O I T I 。2 0 1 1 年 第 3 8卷第 2期 探礦 工程 ( 巖土鉆 掘 工程 )4 l于 K L植 物膠 和 P H P的加入 ， 泥漿 的潤(rùn) 滑 減 阻作 用 良好

18、 ， 能夠 滿 足金 剛石鉆進(jìn) 時(shí) 開高轉(zhuǎn) 速 的需要 。6 鉆 進(jìn)工 藝 6 ． 1 鉆進(jìn) 技術(shù)參 數(shù) 鑒 于本 工程 地 層 的特 殊 性 ， 以人 工 填 筑 堆石 層 為主 ， 為確 保安全 順利 鉆進(jìn) 并取 出大 直徑巖 心 ， 確 定 鉆進(jìn)參 數(shù)應(yīng) 遵 循 “ 中速 、 中壓 、 中泵 量 ” 的原 則 。根 據(jù)不 同的鉆 頭直徑 ， 采 用 的轉(zhuǎn)速 為 3 0 0～ 8 0 0r ／ r ai n ，鉆壓 為 4～1 0k

19、 N， 泵 量 為 5 0～ 7 0L ／ m i n ， 此 外 根 據(jù) 孔 內(nèi)情 況 ， 及 時(shí)調(diào) 整 鉆 壓 、 轉(zhuǎn) 速 和泵 量 ， 并 適 當(dāng)控 制 給進(jìn)速度 。6 ． 2 操 作技術(shù) 要領(lǐng) ( 1 ) 控制合理的起 下鉆速度 ， 操作卷揚(yáng) 機(jī)要平 穩(wěn) ， 盡量 減小 慣性 作 用 ， 防 止孔 內(nèi)鉆 具 抽 吸漿 液 ， 回 灌漿液時(shí)避免沖刷孔壁。( 2 ) 鉆 進(jìn) 時(shí)隨鉆 調(diào) 整泥 漿性 能 ， 保 持 孑 L 底 清潔

20、，避免 鉆頭 或 鉆 具 上 部 “ 泥 包 ” 。 由于 鉆 進(jìn) 時(shí)孔 內(nèi)巖 粉較多 ， 避免提鉆前長(zhǎng)時(shí)間沖孔 ， 防止孔壁擴(kuò)大。( 3 ) 下 鉆或提 鉆 時(shí) ， 嚴(yán) 禁 鉆 頭猛 沖孔底 ， 當(dāng) 由于 巖心 堵塞 而無進(jìn) 尺 時(shí) ， 可 以上 下 往復(fù) 提 動(dòng) 5～1 0c m后再 鉆進(jìn) 。( 4 ) 經(jīng) 常檢查 雙管 鉆具 的單 動(dòng)性 能 尤 其是 軸 承 的靈 活性 ， 及 時(shí) 拆 洗 加 油 ， 更 換 密封 圈 。合 理

21、調(diào) 節(jié) 內(nèi)、 外管的間隙 ， 在人工堆石層 中， 將卡簧座與鉆頭 間隙增 大 到 8～1 0t o n i ， ， 原 始砂 卵 ( 礫 ) 石層 中控 制 在 3～ 5m m 為 宜 ， 避 免水 路 堵 塞 ， 發(fā) 現(xiàn) 有 堵 塞 前 兆 時(shí) ， 應(yīng)立 即提 鉆 。( 5 ) 注意泥漿維護(hù) ， 每班清理循環(huán)槽 ， 每周清理 沉 淀箱及 水源 箱 ， 并 進(jìn)行 換漿 。7 漏漿 的處理 人工填筑塊石層基本無粘土、 砂礫等固結(jié)物， 透

22、水性極 強(qiáng) ， 鉆進(jìn) 時(shí)漏漿 特別 嚴(yán)重 。嚴(yán) 重時(shí) ， 每鉆進(jìn) 不 到 1m 就發(fā)生 大 量 漏 漿 ， 加 大 排 量 至 1 0 0L ／ r ai n時(shí) 孔 口 仍不返漿 ， 漿 池內(nèi)泥漿很快就消耗完 。鑒于這 種情況 ， 我們對(duì)使用 的 K L植物膠不分散低 固相泥 漿 加濃 ， 適 當(dāng)增 加 膨 潤(rùn) 土 用 量 和 N a—C MC增 粘 劑 的摻量 ， 提 高 混合 泥 漿 粘 度 ， 孔 口直 接 投 膨 潤(rùn) 土 泥 球

23、 、 在漿液中加核桃殼 、 鋸末粉 、 纖維素、 廢棄報(bào)紙等 堵漏材料， 但經(jīng)使用仍無法起到封堵漏失通道的作 用 ， 致使鉆孔無法正常鉆進(jìn)。最后經(jīng)過反復(fù)研究考 慮 ， 采用 稠水 泥砂漿 外 摻 水 玻璃 速 凝 劑來 封 堵 漏失 通 道 ， 通 過調(diào)節(jié) 水玻璃 摻量 控制凝 結(jié) 時(shí)間 ， 縮 短掃孔 時(shí) 間間 隔等 。經(jīng) 過 多 次試 驗(yàn) ， 水 泥 砂漿 封 堵 段 長(zhǎng)度 一 般 1 ～2m， 不應(yīng) 低 于 1m， 掃 孔 由最

24、初 2 4h縮 短 到最 快 4h ， 一般 6～ 8h 。封堵水 泥砂漿 在孔 口現(xiàn)場(chǎng) 人工攪拌 ， 按照由稀到濃的原則向孔內(nèi)傾倒 ， 完成后 上部 空孔 用水柱 加壓 。采用 此法 成功地解 決 了人工 填筑堆 石層 內(nèi)泥 漿大量 漏失 的難題 。8 大 直徑鉆 孔巖 心 的處 理 由于本 工 程 鉆 孔 直 徑 大 ( 開 孔 直 徑 分 別 達(dá) 到 1 5 0mm和 1 7 0m m) ， 采 用金 剛石鉆進(jìn) 巖心 采取 比較

25、困難 ， 尤其是 直 徑 超 過 1 5 0m i l l 的鉆 孑 L 國(guó) 內(nèi)還 沒 生 產(chǎn)相應(yīng)的雙管取心鉆具 。根據(jù) 以往經(jīng)驗(yàn) ， 如果不在 金 剛石 單管鉆 頭上 想 辦 法 ， 在人 工 填 筑 直徑 大 小 不 同的塊 石層 中取心 一 般 只 能靠 運(yùn) 氣 ， 提 鉆后 如 果 該 回次提 鉆前遇 到直 徑 大 于孔 徑 的塊 石 ， 則 可 以將 上 部細(xì)小的塊石 、 碎石和礫石隨單層巖心管帶出孔外 ，但這 具有 一定 風(fēng)

26、 險(xiǎn) 。為保 證 每 回次均 能 采 取 到大 、小不 同 直 徑 的 巖 心 ， 我們 在 1 5 0m r l l 和 01 7 1m m的單 管金 剛石鉆 頭 體 或擴(kuò) 孔 器 上加 工 了幾個(gè) 小 孔 ，橫穿 幾根 細(xì) 的鋼 絲 繩 ( 在 鉆頭 中心 位 置 剪 斷 ) 來 保 證巖 心 的采 取 ( 如 圖 1 a ) ， 后 又根據(jù) 實(shí) 際 的應(yīng) 用情 況 在卡 簧上做 了改 進(jìn) ， 加 工 出一 種 前端 帶 弧 形爪