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湛江组亚黏土工程特性剖析及钻进速度提升策略探究

一、引言

1.1研究背景与意义

在各类工程建设中，如桥梁、高层建筑、港口码头等，桩基工程是基础施工的关键环节，其施工质量和效率直接影响到整个工程的稳定性与工期进度。湛江组亚黏土作为一种广泛分布于中国南方尤其是湛江地区的特殊土层，具有独特的工程特性，在桩基钻进等工程作业中，带来了诸多挑战。

湛江组亚黏土属于强结构性土，具有强度高、含水量大以及压缩性小的特点。在湛江海湾大桥桩基钻孔施工时，当钻进至亚黏土层和黏土层，就出现了一系列难题。土体切割极为困难，导致钻进速度缓慢，严重拖慢施工进程；“糊钻”现象频繁发生，钻头在钻进过程中不断被黏土吸附、堆积，使得施工中需要频繁提钻清理，不仅降低了施工效率，还增加了施工成本；泥浆循环也遭遇阻碍，排渣口容易堵塞，影响正常的排渣和护壁效果；钻头磨损严重，增加了设备损耗和更换成本。这些问题在湛江地区的其他工程建设中也屡见不鲜，严重制约了工程的顺利开展。

研究湛江组亚黏土的工程特性具有重要的理论与实践意义。从理论层面来看，目前关于湛江组亚黏土的研究虽有一定成果，但在其微观结构与工程特性的内在联系等方面仍存在研究空白，深入探究有助于完善特殊土工程特性的理论体系。从实践角度出发，明确其工程特性，能为工程勘察、设计和施工提供精准依据。例如在建筑地基处理中，依据其强度和压缩性指标，合理设计地基加固方案，可保障建筑物的稳定性；在道路工程中，根据其特性选择合适的路基处理方法，能提高道路的承载能力和耐久性。

提高在湛江组亚黏土中的钻进速度同样至关重要。在桩基施工中，钻进速度的提升意味着工期的缩短，可有效减少人力、设备租赁等成本支出。以大型桥梁建设为例，若能将钻进速度提高一定比例，整个工程的工期可能会大幅缩短，从而节省大量的资金。而且，快速、高效的钻进施工还能减少因长时间施工对周边环境的影响，降低施工风险，保障工程顺利进行，对推动区域基础设施建设和经济发展具有积极作用。

1.2国内外研究现状

在工程特性研究方面，国外针对特殊黏土的研究开展较早，积累了较为丰富的经验与理论成果。对于黏土的微观结构与力学性质的关联研究较为深入，运用先进的微观测试技术，如扫描电子显微镜（SEM）、压汞仪（MIP）等，揭示了黏土颗粒排列、孔隙分布等微观特征对其强度、压缩性等宏观力学性质的影响机制。例如在对北欧地区冰川黏土的研究中，通过SEM观察发现黏土颗粒的定向排列与地层历史中的冰川作用密切相关，这种特殊的微观结构导致冰川黏土具有独特的力学各向异性。在黏土的水理性质研究上，国外也取得了显著成果，明确了黏土中结合水的含量、形态以及与土颗粒表面电荷的相互作用对黏土膨胀、收缩等水理特性的影响。

国内对湛江组亚黏土的研究起步相对较晚，但近年来随着南方地区工程建设的大规模开展，相关研究逐渐增多。在物理力学性质方面，通过大量室内试验，明确了湛江组亚黏土具有高抗剪强度、高含水量和低压缩性的特点。有学者研究发现，湛江组亚黏土的黏聚力指数c显著高于一般黏土，甚至近似于软岩的强度，这使得在工程施工中对其进行土体切割极为困难。在微观结构研究上，国内学者利用SEM等技术，观察到湛江组亚黏土颗粒间存在较强的分子黏结力，包括带正电的游离态氧化物与带负电的黏土胶体相互吸引、土粒间利用带正电的边、胶与带负电的挤免的静电吸引，以及粒间胶体的黏结力，这些微观结构特征是其具有高强度和特殊工程性质的重要原因。

在钻进问题研究方面，国外在钻孔技术和设备研发上处于领先地位，不断推出新型高效的钻孔设备，如智能自动化钻机，通过先进的传感器和控制系统，实时监测钻进参数并自动调整，提高钻进效率和精度。在钻进工艺上，研发了多种针对不同地层的钻进方法，如空气钻进、泡沫钻进等，有效解决了复杂地层的钻进难题。

国内针对湛江组亚黏土钻进问题的研究主要围绕工程实践中出现的难题展开。针对湛江海湾大桥桩基钻孔施工中遇到的土体切割困难、“糊钻”、泥浆循环困难和钻头磨损严重等问题，国内学者从多个角度进行了分析和研究。有学者通过对刮刀刀片的受力分析，推导出刀片入土深度函数，分析了刀片几何参数对钻进功率的影响，并以刀片入土深度最大和钻进功率最小为目的，对刮刀刀片的几何参数进行了优化，以提高钻进效率。在泥浆性能改良方面，通过泥浆黏度试验，分析了水溶液中钠离子和PH值对泥浆黏度的影响，并用多元线性回归方法拟合了黏度与钠离子浓度、PH值的关系，通过数学方法得到了满足规范要求的钠离子浓度、PH值的取值区域，从而改善泥浆的护壁和排渣性能。

尽管国内外在湛江组亚黏土工程特性及钻进问题研究上取得了一定成果，但仍存在不足与空白。在工程特性研究方面，对于湛江组亚黏土在复杂环境条件下，如长期干湿循环、温度变化以及地震等动力荷载作用下的工程特性变化规律研究较少