海上工程勘察技术特点和施工工艺

摘要：近些年来海上勘察项目不断涌现，出现许多新工艺、新方法也遇到了很多新问题。下面通过对地围海造地工程项目的实地作业来阐述一下海上勘察的特点。

关 键 词：海上勘察；施工方法

0 前言

随着沿海城市经济的蓬勃发展，沿海地区的围海造田工程、港口码头、海上风电场等海上项目逐渐增多。这些工程的建设对地质勘察行业提出了更高的要求，也为行业的发展提供了新的机遇和挑战。海上勘察在浮动平面上作业，受天气、波浪等不利条件影响，造成海上勘察施工难度大，施工进度慢等特点。本文以“秦皇岛开发区东区山海关港区4000亩地围海造地工程项目”为例，来谈一谈海上工程勘察的特点和方法。

1 工程项目概况

该项目场地位于山海关船厂东南侧，占地约2.67km2，主要进行的是勘察钻孔的施工，共完成勘探钻孔11个，钻探进尺110.00m。

施工海域平均水深约9m；潮差1-2m，潮流流速2-3m/s，海域潮大流急，水流不稳，浪涌较大。

施工区岩土物质组成为第四系全新统滨海相沉积的淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹粉细砂层（Q4m）；第四系全新统冲洪积河流相沉积的中砂、粗砂、圆砾层和卵石层（Q4al），下伏太古界混合花岗岩(Ar)见有煌斑岩、伟晶岩侵入。

2 施工平台的选择

海上地质钻探首先要选择合适的施工平台。海上勘探一般用来施工的有大型工程勘探船和小型的自制组装的铁驳船或木船。大船能较好的抵御海潮及较大的海浪、涌浪，确保施工安全，但不适合近海和较浅海域施工，并且费用高，机动性差，筹备时间长；而采用小型木船的特点是可以就近租借民用船只改装，设备安装简便，筹备时间短，费用较低，且机动性好，移位方便，遇到大风浪或台风来临前或驶离现场避风。但因此平台漂浮于水面自重较小，受风浪影响较大，稍大的风浪即会影响施工，因此某些原位测试项目在其上受一定限制，这样船身的加固对于本次勘察很重要。

本工程为近海浅孔施工，且工期短工作量大，因此我们选用加配重的木制船两条，把两条船并排，用钢管或圆木横向搭在俩船上并用绳索捆绑扎牢固，形成“双体船”。船长约10m，宽2.5m，最大吃水深度1m，单锚200kg。这样既能有效的抵抗风浪又能满足钻探及原位测试施工工艺要求，同时高效、便捷、拆装容易。

3 施工设备的选定

海上钻探设备应根据钻孔深度、场地工程地质条件、施工水域水文条件综合确定。本次海上施工钻孔深度多为20m至30m浅孔，场地工程地质条件较中等，地层岩性简单，基岩埋深较浅，因此我们采用GJ-200型钻机及配套设备。将钻机搭建在俩船衔接处，用绳索绑扎牢固，利用俩船间的缝隙下钻具进行勘探（详见图1）。

4 钻孔定位和操作平台的固定

海上施工作业是在一个浮动的平面上，没有固定的基准点，所以钻孔的定位不能使用全站仪和经纬仪来测定，而是采用精度为5m的手持GPS定位。根据甲方给定的坐标，输入仪器内，使用GPS的导航功能，引领船到相应的钻孔处就位。

船到达钻孔位置后要对船身进行进一步加固。首先，要让船身迎着潮水的方向停放；第二，分别在船身前后四个方向抛锚，稳固船身，让船身和四个绳索呈X字形。第三，调整锚绳长度和松紧，进行孔位校正，收紧固定锚绳进行钻进施工。钻探施工过程中应注意随潮水涨退，均匀地收放各个锚绳。（钻探船放置图：见图1））。

5 钻进工艺

1）下设套管

抛锚定好孔位后的工艺流程就是下保护套管，这是能否顺利施工的关键。保护套管起到导向定位、抵抗水流影响的作用，一般下入海底1～3m。浅水域一般采用Φ219mm无缝钢管作保护管。当浪涌大时下套管，长管柱的下部会被水流冲向下游而离开原孔位，此时应采用保护绳把管柱的下部拉住，使管柱保持垂直。保护绳一端拴在管柱的中、下部，一端固定于船上的绞车或系缆木桩上。在保护管内下入Φ146mm 套管，此管在回转钻进并取芯后跟进，其下入深度视地层情况而定，一般应穿过软土层和砂层到达透水性差且较厚的粘土层或基岩上，这样就可以防止底部反浆。

套管直接下到基岩层里3～4m处，套管上口接三通管作回收泥浆之用。由于海上潮水经常涨落，因此应多准备几根0.5～1.0m 的套管，随着潮水涨落而加长或卸短。下好套管后一般采用Φ108mm开孔，Φ75mm终孔。若地质条件较复杂或孔深较大时可用Φ127mm 开孔，下部遇岩溶、破碎带等需止水时，可考虑采用Φ127mm 套管止水，再用Φ108mm 或Φ75mm钻进。泥浆在循环钻进时，采取小泵量冲孔无泵取芯钻机，并且要根据地层变化情况调节泥浆的浓度，这样可大大简化船上泥浆循环系统的安装，减少施工成本。

2）岩芯钻进和采取

钻进取芯是描述土层、划分地层最直观的方法,因此要求有较高的岩芯采取率，每钻进0.50～1.00m提取岩土芯进行描述编录，划分层位。一般淤泥质土、软―可塑粘性土、松散砂土及粉土等可采用无泵回转压入钻进；硬塑粘性土或中密―密实状砂土层可采用泥浆冲洗回转钻进；岩石较完整时可采用金钢石单管钻具钻进；岩石较破碎时宜采用金钢石单动双管钻具钻进。回次进尺视取样密度要求而定，一般控制在1.5～2.0m。遇到岩芯破碎地段，回次进尺控制在1.0m 左右。

对不同的地层, 取样采用不同的方法。淤泥质土等软土层宜用

3）原位测试

由于海上勘察项目所处海域自然条件恶劣，海域潮大流急,水流不稳,浪涌较大,所以最宜于选用标准贯入实验法,为判别液化、提供土的强度和桩基参数、评价工程性质提供依据。

标贯试验应严格按照操作规程进行施工,其主要关键工序如下:①选择风浪较小时施工,避免风浪影响。②标贯试验时采用规范规定的42 mm的钻杆。③成孔宜垂直,孔径不应小于76 mm。④每钻进一定深度后,应进行扫孔修壁,以保证孔壁圆滑、规则,防止出现缩径现象。钻进至试验深度以上15cm时停钻,清除孔底残土。⑤应使用泥浆护壁,泥浆比重宜为1.00～1.15。⑥采用水冲法钻进时,清孔时水冲头离孔底不宜小于30cm。下标贯器时应缓慢下放,避免扰动孔底原状土。

6结语

本次勘察施工历时47天，全部顺利完成设计要求，达到甲方满意，说明上述施工工艺是行之有效的。由于海上勘察施工难度大，受各方面未知因素影响比较多，因此要充分了解施工海域的风浪、潮流、气象、海底地形、地层、航道及光电缆分布等情况，为勘察做好前期准备工作，并选用合适的海上钻探船只和设备，用合理的施工方法和原位测试手段，保证工程质量和进度，为设计提供详实准确的地层资料。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。