南寧國際機場新航站樓施工勘察技術

中國建筑第八工程局有限公司廣西分公司 南寧 530028

1 工程概況

1.1 工程基礎概況

南寧國際機場新航站樓南北總長約329.5 m，東西總長約1 080 m。航站樓主體工程中央大廳標段總建筑面積9.6萬 m2，建筑高度40 m，地下1 層，地上3 層。工程地基基礎設計等級為甲級，場地類別為Ⅱ類，基礎形式采用沖孔灌注樁基礎。樁基總根數為1 029 根。按樁徑分為800 mm、1 000 mm、1 200 mm、1 500 mm共4 種；按是否抗浮樁，分為承壓灌注樁（A類樁）、承壓兼抗拔灌注樁（B類樁）兩類。樁端持力層為較完整中風化石灰巖層，設計要求承壓灌注樁樁端進入中風化巖深度不小于0.6 m；承壓兼抗拔灌注樁樁端進入中風化巖深度不小于2.5 m。

1.2 工程地質條件概況

1）根據詳勘和物探斷面圖顯示（圖1），完整灰巖層頂面埋置較深，且巖面起伏較大，形態極不規則，存在大量斜巖、石芽[1]。

（1）覆蓋層①層：該層主要為耕土、粉質黏土、黏土混角礫、紅黏土；

（2）強巖溶發育破碎層灰巖②層：該層巖溶裂隙極發育，巖體破碎，巖溶發育形態推測以溶溝、溶槽、巖溶裂隙、溶洞為主且相互連通成網狀結構，地下水較豐富，連通性好；

（3）弱巖溶發育層灰巖③層：該層巖溶裂隙發育較弱，巖溶豎向發育密度稀，水平方向延伸較短，巖體較破碎；

（4）完整灰巖④層：該層少有巖溶發育，巖體較完整-完整。

圖1 物探斷面示意

2）根據區域水文地質資料，地下水主要為第四系殘積層中的上層滯水及深部石灰巖中的巖溶裂隙水。

（1）上層滯水：賦存于殘積粉質黏土、黏土混角礫及紅黏土層孔（裂）隙中，勘察期間水量較小，主要受大氣降水、地表水塘（溝）水及居民區生活廢水補給。

（2）巖溶裂隙水：該層地下水埋藏較深，穩定水位埋深20.50～22.00 m，賦存于石灰巖的溶蝕裂隙及洞穴中。

（3）場地內地下水對混凝土結構有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋也有微腐蝕性。

2 施工勘察的目的和任務

詳細查明擬建航站樓建筑物每個樁位基礎下是否存在軟弱土、土洞及下伏基巖中破碎帶、溶洞等不良地質作用的發育情況，為地基基礎設計、施工提供必要的工程地質依據[2,3]?？辈熘饕蝿諡椋?/p>

1）查明每根樁樁位下基底工程地質條件。

2）查明地基巖土層內不良地質作用的類型、成因、分布范圍、發展趨勢和危害程度，提出整治方案的建議。

3）分析和評價地基的穩定性、均勻性和承載力，分析基礎施工條件。

4）對施工和使用期間可能發生的巖土工程問題提出建議。

3 施工勘察技術

由于工程重要等級為一級，勘察等級為甲級，勘察施工要求其鉆孔深度進入完整石灰巖不少于5 m，并逐樁進行超前鉆施工。因此，針對不同土層采用什么樣的鉆孔機具及鉆孔方法；在巖溶裂隙發育區、巖體破碎區、溶洞溶槽發育區如何鉆孔；發生漏漿、坍孔等問題如何處理，這些都需要前期做好策劃工作，這將決定整個鉆探勘察的質量及后續工程建設能否順利進行。

3.1 鉆探勘察施工工藝流程

平整場地→樁位放樣→鉆機就位→空位鉆進→起鉆、取芯→下一循環→鉆至設計高程→終孔

3.2 第四系覆蓋土鉆探技術

第四系覆蓋土層主要為耕土、粉質黏土、黏土混角礫、紅黏土。

耕土層土質結構松散，以黏性土為主，混硅質巖碎屑，層厚0.40～1.00 m，采用普通鉆芯管干作業回轉鉆進，操作方便快捷，提取芯樣完整。需注意的是鉆具基礎應具有足夠強度，必要時可回填碎石或墊設鋼板片，以確保鉆具擺放平整穩定，避免鉆孔從一開始就偏斜。

粉質黏土、黏土混角礫和紅黏土以硬塑狀態為主，局部為堅硬狀態，層厚8～12 m，采用普通鉆芯管泥漿護壁回轉鉆進，回次進尺不超過2 m。使用泥漿相對密度為1.2～1.5的優質泥漿，用優質、高黏性、高稠度的黏土制作。鉆孔時，保證足夠的泥漿面高度，以保持孔壁穩定。

3.3 巖溶發育破碎灰巖層鉆探技術

該層巖溶裂隙極發育，巖體破碎，巖溶發育形態以溶溝、溶槽、空洞、巖溶裂隙、溶洞為主且相互連通成網狀結構，地下水較豐富，連通性好。

對于巖溶發育的灰巖層，鉆探施工難點主要是如何在巖溶裂隙發育區，巖體破碎區及溶洞溶槽發育區堵漏、成孔，以保證巖體取樣完整性、巖溶鑒別的可靠性以及巖芯采取率的準確性。

鉆探機械采用低壓、中慢速液壓鉆機，并使用雙層巖芯管金鋼石鉆頭，泥（水泥）漿護壁的鉆進方法成孔。施工前準備不同直徑的套管、雙層巖芯管、金剛石鉆頭、合金鉆頭、黏土、水泥、化學漿液（水玻璃）等材料，以保證施工過程所需。

3.3.1 漏漿處理

漏漿一般分為巖溶裂隙漏漿和溶洞、空洞漏漿。在鉆進的過程中，遇到巖溶裂隙發育區、巖溶溶洞、溶溝區域時，泥漿會迅速流失，即發生漏漿現象，使勘察施工無法進行。

1）對于巖溶裂隙漏漿，現場采用孔內回填黏土球的方法。根據物探資料顯示，當鉆至巖溶裂隙發育的位置時，提出鉆具，投入施工現場早已準備好的黏土球；黏土球采用塑性大、高黏性黏土制作，堵漏后不易發生二次滲漏，直徑與鉆孔相同。黏土球投入量根據巖溶裂隙發育情況確定。然后放下鉆具擠壓黏土球，反復慢提快插提管，使投入孔內的黏土球基本擠進巖溶裂隙之間，少量成為泥漿。待鉆桿下落至已鉆深度后，再提插3 次即可開機掃孔，讓黏泥擠壓孔壁牢固，增加護壁，同時也為了造漿。此方法既堵住巖溶裂隙漏漿，又保證了泥漿護壁質量。

2）對于小溶洞、空洞造成的漏漿，采用回填黏土球的方法，具體操作方法同巖溶裂隙的堵漏工藝。對于較大溶洞、溶溝、空洞造成的漏漿，采用水泥漿護壁、套管跟進的鉆進方法。由于套管只能打到基巖面，當巖芯鉆具在基巖中鉆到大型溶洞拔起鉆具后，由于缺乏導向，再次鉆進時，2 次鉆孔極難重合，每次在洞底均相當于新鉆孔，如此反復，嚴重影響鉆孔效率，甚至折斷鉆具。為此，通過采用安裝多層套管、變徑鉆進的方法，有效解決這類問題。具體方法是：首先將厚壁套管打到基巖面，用＜75 mm雙層金剛石鉆頭鉆進，遇到大溶洞、溶溝、空洞時，用鑲有合金鉆頭的巖芯管鉆進，并貫穿整個區域，直至鉆入巖石15～20 cm；然后將此巖芯管作為二級套管留在鉆孔內，再用雙層金剛石鉆頭繼續鉆進。對于一些超大連續溶洞、多層溶洞的巖溶區域，必須嚴格依據物探資料，提前策劃套管級數、直徑、鉆頭形式等鉆探參數。施工時采用直徑不同的多級套管、早強水泥漿護壁的鉆進方法。巖芯管采用帶卡簧或爪簧，并鑲有合金鉆頭的雙層巖芯管，一級級循環往下鉆探，鉆具應慢速起落，遇阻時分析原因并采取相應措施，以提取完整芯樣，保證勘察質量。

3.3.2 坍孔處理

坍孔主要發生在溶洞發育和巖體破碎區域。遇溶洞時，溶洞內無充填物或者充填軟塑、流塑狀的黏土，鉆孔時極易坍塌；遇到巖體破碎時，因鉆具擾動，承載力不強的破碎巖體也會發生坍孔現象。施工前要掌握地質資料，預防坍孔事故發生，未雨綢繆；若坍孔嚴重的，只能掏空封孔處理。

1）在溶洞區域易發生坍塌。為預防坍塌事故發生，施工時可采用雙層巖芯套管或多級套管（具體視溶洞大小而定）、泥漿護壁的鉆進方法。泥漿采用優質、高黏性、高稠度的黏土制作，鉆孔時，泥漿液面始終保持在地下水位以上，控制濾失量，并保留足夠強度的泥漿壓力，以平衡鉆孔土側壓力，減少對巖體的擾動。提取巖芯時，慢提巖芯管，以防應力促變，造成坍孔。

2）在巖體較破碎區域采用雙層巖芯管、水泥漿護壁的鉆進方法；對嚴重破碎的巖體，則采用在水泥漿中摻加水玻璃漿液堵漏的鉆進方法。施工到破碎巖層區域時，套管打至破碎巖層頂面以上20～30 cm，再用巖芯管鉆入取芯，回次進尺為0.5～0.8 m，同時使用水泥漿和水玻璃漿液全程跟進護壁堵漏，有效避免鉆孔坍塌。當需要加鉆桿時，要求每根鉆桿接頭絲必須緊固，保證絲扣處不漏水、不跑風。漏水和跑風極易將孔壁圍巖沖塌。整個破碎巖體鉆進過程中，操作上要減壓不停慢進，并時刻觀察孔內返風、返水排粉情況，避免堵鉆頭、堵鉆孔情況發生，做到一鼓作氣連續不停頓運轉，避免鉆孔時間過長導致坍孔發生。

3.4 完整灰巖層

該層少有巖溶發育，巖體較完整-完整。對于此巖層，采用配置合金鉆頭的雙層巖芯管結合套管，泥漿護壁的液壓回轉鉆進方法。由于該巖層作為樁基持力層，鉆取厚度為5 m，所取巖樣須進行飽和單軸抗壓強度試驗，故必須保證巖芯樣的完整性和準確性。該巖體較堅硬，厚度較大，回轉鉆進難度大，采用普通套管打入時容易卷口，因此現場使用壁厚1 cm的套管。

施工鉆到完整灰巖頂層時，打入套管，然后鉆進1～2 m巖體，提起鉆頭，同時通過鉆具通氣、通泥漿，再打入套管，反復如此，直至提取巖芯達到5 m。第2次打入套管時，在套管邊緣往往夾有巖體，此時應采用反絲扣緊套管，以防止套管脫落。取樣時，采用雙動三重管取樣器提取不擾動試樣，并保證取樣過程中鉆機平穩，鉆具垂直、平穩回轉鉆進。

4 復雜巖溶地區施工勘察的設想

巖溶發育地區地質條件極其復雜，巖面起伏很大，存在大量的斜巖、石芽、溶洞和空洞。傳統的施工勘察一般采用一樁一孔鉆探方式，在樁中心點開鉆。當該樁位處于斜巖、起伏巖面、溶洞位置時，將只能反映鉆孔直徑范圍內的地質情況，極易造成持力層巖樣誤判，難以保證巖樣真實反映地質情況，如圖2、圖3所示。

在南寧機場航站樓樁基施工中發現，相隔20 cm的鉆芯結果截然不同，如何更加明確樁基直徑范圍內樁底巖面的完整性，是我們施工一線需要考慮的問題。經過分析并結合三角形穩定性原理，我們提出一個設想：采取一樁三孔的方式進行施工勘察，鉆孔位置布置在距離樁中心0.5d～0.7d（d為樁基直徑），呈等邊三角形布置，保證樁底有3 個點處于完整巖面上，并增加了勘察的巖樣準確性，如圖4所示。

圖2 斜巖、溶洞多造成持力層誤判

圖3 相鄰巖面起伏大

5 結語

本工程在物探的勘察基礎上，再利用超前鉆探技術，合理設計、精心施工、嚴格監控，做到勘察資料幾乎符合地質實際情況，為工程后期設計及施工提供可靠、客觀的巖土物理力學性質參數。對于復雜的巖溶地質鉆探施工，必須提前做好具有針對性的鉆探技術方案，在巖溶裂隙發育區、巖體破碎區、溶洞溶槽發育區鉆探施工，必須準備好漏漿、坍孔的應急材料及應急方案，做到施工萬無一失。在巖溶地區鉆探，應不斷地總結經驗，提高鉆探水平，以推動勘察科學技術的進步[4,5]。