超前鉆在巖溶地區的工程應用

宋均國，吳從輝，徐清清

（1.核工業湖州勘測規劃設計研究院股份有限公司，浙江 湖州 313000；2.核工業井巷建設集團有限公司，浙江 湖州 313000）

巖溶發育地區地質勘察中超前鉆是一種非常有效的勘察手段，尤其是在樁基礎施工時最為關鍵。超前鉆探的主要目的為查明樁端以下巖溶發育情況，為確定鉆孔位置基樁合理入巖深度及樁長提供依據。巖土工程勘察中XY-1鉆機應用最為普遍，但是對于巖溶發育較為復雜的地質環境，勘察時存在危險性、施工難度大、周期長及效率低等困難。

本文將長興縣某實際工程作為研究背景，通過現場試驗發現，在復雜的巖溶地區可以采用兩種不同型號鉆機進行聯合應用，可以有效地提高了工作效率、縮短工期以及保證工程安全性和取芯完整性。

1 工程概況

長興縣某工程位于水泥工廠內，擬建占地面積750m2、總建筑面積1800m2；擬建輥壓機房高度30.0m，4層鋼筋混凝土框架結構；向管支架高度50.0m，鋼框架結構；鋼廊支架高度20.0m，鋼支架。對于輥壓機房有特殊設備基礎要求以及存在動荷載。本工程采用沖擊成孔灌注樁作為樁基礎，直徑為1.0m 和1.2m 兩種，共布置20個樁位。

1.1 地質條件

場地區域構造體系主要為長興—廣德褶皺系南東的煤山復式向斜，煤山復式向斜軸向北偏東500，長約12km，區內褶皺發育，新構造運動不明顯，地震活動微弱，無活動斷裂穿越，抗震設防烈度為6度，場地地基穩定性較好。

經野外鉆探、現場原位測試及室內土工試驗等資料的綜合分析，場地勘探孔控制深度范圍內地層共分五個大層、六個地質層組，現分述如下：

第1層：雜填土。顏色較雜，以褐色為主，松散狀，以棱角分明的碎石和粘性土為主，碎石與粘性土混雜一起，碎石大小不一，0.5～7.0cm 不等。表層為廠區混凝土地面。該層分布全場地。

第2 層：含粉質粘土碎石?；尹S—灰白色，中密狀態，碎石間以粘性土及砂充填；碎石顆粒直徑1.0～6cm之間，個別達20cm，碎石成分為灰巖，棱角分明，粘性土含量約占20%～30%，砂含量約占20%左右；實測重型動力觸探試驗擊數N63.5=17～38擊/10cm，平均擊數N63.5=26.8擊/10cm；該層分布全場地。

第3層：含角礫粘土。黃褐色，飽和，硬可塑狀，約含25%～35%的角礫，顆粒直徑0.2～2.0cm，角礫成分以灰巖、砂巖為主，棱角分明；搖振反應無，土面有油脂光澤，干強度高，韌性高；該層分布全場地。

第4 層：含角礫粘土?；液谏?，飽和，流塑—軟塑狀，含大量角礫、碎石及未風化、熔蝕完全的塊狀灰巖；該層具紅粘土特性；搖振反應無，土面有油脂光澤，干強度高，韌性高；該層分布于部分場地。

第5 層：破碎中風化灰巖?；摇野咨?、肉紅色，濕，堅硬，巖芯以破碎塊狀為主，少量柱狀，巖芯表面多見溶蝕痕跡，多表現為溶隙、溶槽，巖芯隨埋深的增加而逐漸過度為柱狀為主。

第6 層：中風化灰巖?；野咨?，堅硬，巖芯多為柱狀，局部少量塊狀，鉆探進尺較慢，鉆探過程中較為平穩，巖芯采取率80%以上。結構構造清晰，礦物部分變化，裂隙較發育，隨埋深逐漸減少，裂隙面附近礦物風化痕跡明顯。

1.2 水文條件

據地質勘察資料，場地地下水存在三類地下水，即孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水。

（1）孔隙潛水。據地質勘察資料，場地地下水為孔隙潛水。主要賦存于淺部土層中，其滲透性弱。潛水主要接受大氣降水的入滲補給，以垂直蒸發排泄為主?？辈炱陂g實測水位埋深在4.80～6.50m[相當于85國家高程（二期）75.60～77.70m]之間。地下水位受大氣降水及季節影響有一定變幅，年水位變化約1.0～2.0m。

（2）基巖裂隙水?；鶐r裂隙水賦存于風化基巖裂隙中，主要接受相鄰地層入滲補給，以地下徑流為主要排泄途徑，富水性隨基巖裂隙發育程度有差異，總體水量貧乏。

（3）巖溶水。巖溶水賦存于碳酸鹽巖（灰巖）中的溶隙、溶洞中，主要接受上部地層入滲補給，以地下徑流為主要排泄途徑，富水性隨巖溶的發育程度及平面分布有差異，總體水量貧乏。

初步勘察報告中提到，因場地內大部分位置含有串珠型溶洞，若采用樁基礎應做單樁施工勘察。以詳細查明各樁位巖面埋深、溶洞發育情況及持力層厚度，樁基礎施工時樁端必須穿越溶洞，并全斷面嵌入巖，確保樁端下有5.0m+1 倍樁徑厚度的完整基巖?，F場施工如圖1所示。

圖1 現場照片

2 超前鉆施工工藝

2.1 工藝原理

超前鉆屬于施工勘察，主要是針對巖溶地區的基樁，在成樁之前采用鉆探方法探明樁底基巖情況?？碧缴疃葢恍∮跇兜滓韵?倍樁徑并不小于5.0m?？辈炜孜换旧鲜且粯兑豢?、大樁多孔。采用機械成孔并取樣，現場做好編錄以及送樣進行室內實驗分析。

2.2 HDL-160K鉆機和XY-1鉆機聯合應用

（1）施工準備。根據甲方提供設計圖紙及相關要求，制定合理的施工方案。溝通協調確定采用HDL-160K 鉆機和XY-1 鉆機同時施工，鉆機、貨車及相關輔助設備同時進場。后期視工程實際情況變化，適當改變施工工藝，以確?？辈旖Y果合理有效。安排進場1臺HDL-160K鉆機和3臺XY-1鉆機。

（2）測量定位。根據設計單位提供的總圖圖示坐標，用GPS 全球定位系統RTK 測量定位?；鶞庶c為甲方提供的相對坐標，本次測量定位采用85國家黃海高程，54 坐標系統，水平位置偏差小于20mm，標高誤差小于20mm；并采用竹簽插入土中以及在竹簽上用標記筆標記好孔位號，確保施工過程中清晰可見。同時在施工過程中，需要對各個點位的位置進行復核，確保工程順利施工。

（3）HDL-160K鉆機施工。HDL-160K多功能履帶鉆機具有強大的動力性、多樣的鉆具應用性、靈活的機動性以及鉆進過程可不用提鉆、直接磨碎沖洗鉆具內巖芯。首先是根據前期勘察的報告以及當地施工經驗，采用直徑146mm 鉆具進行開孔并鉆進；設計要求直接取5.0m+1倍樁徑厚度的完整基巖，因此本臺鉆機在基巖面以上不需取樣，也是本臺鉆機一大優點，強大動力以及沖洗研磨功能，可以直接鉆進到基巖面。另外需要XY-1鉆機進行基巖的取芯功能，此時利用XY-1鉆機完整取樣的優勢。HDL-160K 鉆機的鉆具留在鉆孔內作為XY-1鉆機的套管護壁。

（4）XY-1 鉆機施工。對于鉆進到基巖面時，采用XY-1鉆機使用金剛石、復合片以及隨著深度的不斷增加而改變鉆具直徑的大小以適應取芯效果。每個回次鉆進小于2.0m，巖芯采取率85%左右，鉆探深度達到樁端連續穩定的中風化巖石面以下5.0m+1 倍樁徑厚度的完整基巖。如果遇到相鄰樁底持力層起伏變化較大的情況，鉆探深度可適當加深。

（5）HDL-160K鉆機與XY-1鉆機聯合施工。HDL-160K 鉆機鉆進基巖面時，鉆桿留在鉆孔中，然后移至下一個孔位繼續鉆進；此時XY-1鉆機利用前面鉆機留下的鉆桿作為護壁裝置，108mm 鉆具進行開孔至2.0m，接著用91mm鉆具鉆進基巖取樣，如果是較深孔位，再往下鉆進將采用75mm鉆具取芯。

3 項目實施效果

本工程孔位20個，總進尺527.3m，于2019年12月18 日進場，于2020 年1 月2 日出場，歷時15d。先后開動3 臺XY-1 型鉆機，1 臺HDL-160K 多功能履帶鉆機。鉆探過程中上部覆蓋層不取芯，上部填土跟管鉆進、全孔泥漿護壁。溶洞變化復雜以及樁徑較大，選定了5 個特殊孔位進行了補鉆?，F場情況統計，平均一天1 臺HDL-160K 多功能履帶鉆機可以開孔3～5 個樁位，1 臺XY-1 型鉆機可以在前者鉆具護壁情況下鉆進取芯一個樁位。其中有兩個樁位深度分別是Z7 孔位鉆進深度72.0m、Z15 孔位鉆進深度66.0m（見圖2），先用HDL-160K 多功能履帶鉆機鉆進到完整基巖面，再采用XY-1 型鉆機進行取芯，共同作用下僅用3d 時間完成取芯任務。如果采用XY-1型鉆機，需要反復提鉆取芯，工作時間長達一個星期之久。有了HDL-160K多功能履帶鉆機，可以有效地提高了工作效率，保證了施工安全。

圖2 鉆孔柱狀圖

4 結語

巖溶發育地區基樁進行超前鉆是非常有必要的，對樁基工程也是最重要的檢驗手段。

本文以巖溶地區某待建工程為背景，將HDL-160K鉆機與XY-1鉆機聯合應用于實際工程中，重點介紹了超前鉆施工工藝。通過現場實施效果分析可知，在確保施工安全、可靠的前提下，加快了施工速度、保證了取芯樣品的可靠性。此工程的應用可為類似工程施工提供借鑒和參考。