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(chǔ)概況

南寧國際機(jī)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(biāo)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(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，場地類別為Ⅱ類，基礎(chǔ)形式采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)。樁基總根數(shù)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(fēng)化石灰?guī)r層，設(shè)計(jì)要求承壓灌注樁樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖深度不小于0.6 m；承壓兼抗拔灌注樁樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖深度不小于2.5 m。

1.2 工程地質(zhì)條件概況

1）根據(jù)詳勘和物探斷面圖顯示（圖1），完整灰?guī)r層頂面埋置較深，且?guī)r面起伏較大，形態(tài)極不規(guī)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(zhì)黏土、黏土混角礫、紅黏土；

（2）強(qiáng)巖溶發(fā)育破碎層灰?guī)r②層：該層巖溶裂隙極發(fā)育，巖體破碎，巖溶發(fā)育形態(tài)推測以溶溝、溶槽、巖溶裂隙、溶洞為主且相互連通成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，地下水較豐富，連通性好；

（3）弱巖溶發(fā)育層灰?guī)r③層：該層巖溶裂隙發(fā)育較弱，巖溶豎向發(fā)育密度稀，水平方向延伸較短，巖體較破碎；

（4）完整灰?guī)r④層：該層少有巖溶發(fā)育，巖體較完整-完整。

圖1 物探斷面示意

2）根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)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?guī)r中的巖溶裂隙水。

（1）上層滯水：賦存于殘積粉質(zhì)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(qū)生活廢水補(bǔ)給。

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

（3）場地內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋也有微腐蝕性。

2 施工勘察的目的和任務(wù)

詳細(xì)查明擬建航站樓建筑物每個(gè)樁位基礎(chǔ)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(zhì)作用的發(fā)育情況，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工提供必要的工程地質(zhì)依據(jù)[2,3]?？辈熘饕蝿?wù)為：

1）查明每根樁樁位下基底工程地質(zhì)條件。

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

3）分析和評價(jià)地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載力，分析基礎(chǔ)施工條件。

4）對施工和使用期間可能發(fā)生的巖土工程問題提出建議。

3 施工勘察技術(shù)

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(jìn)入完整石灰?guī)r不少于5 m，并逐樁進(jìn)行超前鉆施工。因此，針對不同土層采用什么樣的鉆孔機(jī)具及鉆孔方法；在巖溶裂隙發(fā)育區(qū)、巖體破碎區(qū)、溶洞溶槽發(fā)育區(qū)如何鉆孔；發(fā)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(gè)鉆探勘察的質(zhì)量及后續(xù)工程建設(shè)能否順利進(jìn)行。

3.1 鉆探勘察施工工藝流程

平整場地→樁位放樣→鉆機(jī)就位→空位鉆進(jìn)→起鉆、取芯→下一循環(huán)→鉆至設(shè)計(jì)高程→終孔

3.2 第四系覆蓋土鉆探技術(shù)

第四系覆蓋土層主要為耕土、粉質(zhì)黏土、黏土混角礫、紅黏土。

耕土層土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，以黏性土為主，混硅質(zhì)巖碎屑，層厚0.40～1.00 m，采用普通鉆芯管干作業(yè)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，操作方便快捷，提取芯樣完整。需注意的是鉆具基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠強(qiáng)度，必要時(shí)可回填碎石或墊設(shè)鋼板片，以確保鉆具擺放平整穩(wěn)定，避免鉆孔從一開始就偏斜。

粉質(zhì)黏土、黏土混角礫和紅黏土以硬塑狀態(tài)為主，局部為堅(jiān)硬狀態(tài)，層厚8～12 m，采用普通鉆芯管泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，回次進(jìn)尺不超過2 m。使用泥漿相對密度為1.2～1.5的優(yōu)質(zhì)泥漿，用優(yōu)質(zhì)、高黏性、高稠度的黏土制作。鉆孔時(shí)，保證足夠的泥漿面高度，以保持孔壁穩(wěn)定。

3.3 巖溶發(fā)育破碎灰?guī)r層鉆探技術(shù)

該層巖溶裂隙極發(fā)育，巖體破碎，巖溶發(fā)育形態(tài)以溶溝、溶槽、空洞、巖溶裂隙、溶洞為主且相互連通成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，地下水較豐富，連通性好。

對于巖溶發(fā)育的灰?guī)r層，鉆探施工難點(diǎn)主要是如何在巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，巖體破碎區(qū)及溶洞溶槽發(fā)育區(qū)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(zhǔn)確性。

鉆探機(jī)械采用低壓、中慢速液壓鉆機(jī)，并使用雙層巖芯管金鋼石鉆頭，泥（水泥）漿護(hù)壁的鉆進(jìn)方法成孔。施工前準(zhǔn)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(xué)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(jìn)的過程中，遇到巖溶裂隙發(fā)育區(qū)、巖溶溶洞、溶溝區(qū)域時(shí)，泥漿會(huì)迅速流失，即發(fā)生漏漿現(xiàn)象，使勘察施工無法進(jìn)行。

1）對于巖溶裂隙漏漿，現(xiàn)場采用孔內(nèi)回填黏土球的方法。根據(jù)物探資料顯示，當(dāng)鉆至巖溶裂隙發(fā)育的位置時(shí)，提出鉆具，投入施工現(xiàn)場早已準(zhǔn)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(fā)生二次滲漏，直徑與鉆孔相同。黏土球投入量根據(jù)巖溶裂隙發(fā)育情況確定。然后放下鉆具擠壓黏土球，反復(fù)慢提快插提管，使投入孔內(nèi)的黏土球基本擠進(jìn)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(jī)掃孔，讓黏泥擠壓孔壁牢固，增加護(hù)壁，同時(shí)也為了造漿。此方法既堵住巖溶裂隙漏漿，又保證了泥漿護(hù)壁質(zhì)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(hù)壁、套管跟進(jìn)的鉆進(jìn)方法。由于套管只能打到基巖面，當(dāng)巖芯鉆具在基巖中鉆到大型溶洞拔起鉆具后，由于缺乏導(dǎo)向，再次鉆進(jìn)時(shí)，2 次鉆孔極難重合，每次在洞底均相當(dāng)于新鉆孔，如此反復(fù)，嚴(yán)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(jìn)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(jìn)，遇到大溶洞、溶溝、空洞時(shí)，用鑲有合金鉆頭的巖芯管鉆進(jìn)，并貫穿整個(gè)區(qū)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(nèi)，再用雙層金剛石鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)。對于一些超大連續(xù)溶洞、多層溶洞的巖溶區(qū)域，必須嚴(yán)格依據(jù)物探資料，提前策劃套管級數(shù)、直徑、鉆頭形式等鉆探參數(shù)。施工時(shí)采用直徑不同的多級套管、早強(qiáng)水泥漿護(hù)壁的鉆進(jìn)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(huán)往下鉆探，鉆具應(yīng)慢速起落，遇阻時(shí)分析原因并采取相應(yīng)措施，以提取完整芯樣，保證勘察質(zhì)量。

3.3.2 坍孔處理

坍孔主要發(fā)生在溶洞發(fā)育和巖體破碎區(qū)域。遇溶洞時(shí)，溶洞內(nèi)無充填物或者充填軟塑、流塑狀的黏土，鉆孔時(shí)極易坍塌；遇到巖體破碎時(shí)，因鉆具擾動(dòng)，承載力不強(qiáng)的破碎巖體也會(huì)發(fā)生坍孔現(xiàn)象。施工前要掌握地質(zhì)資料，預(yù)防坍孔事故發(fā)生，未雨綢繆；若坍孔嚴(yán)重的，只能掏空封孔處理。

1）在溶洞區(qū)域易發(fā)生坍塌。為預(yù)防坍塌事故發(fā)生，施工時(shí)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(hù)壁的鉆進(jìn)方法。泥漿采用優(yōu)質(zhì)、高黏性、高稠度的黏土制作，鉆孔時(shí)，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(qiáng)度的泥漿壓力，以平衡鉆孔土側(cè)壓力，減少對巖體的擾動(dòng)。提取巖芯時(shí)，慢提巖芯管，以防應(yīng)力促變，造成坍孔。

2）在巖體較破碎區(qū)域采用雙層巖芯管、水泥漿護(hù)壁的鉆進(jìn)方法；對嚴(yán)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(jìn)方法。施工到破碎巖層區(qū)域時(shí)，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(jìn)尺為0.5～0.8 m，同時(shí)使用水泥漿和水玻璃漿液全程跟進(jìn)護(hù)壁堵漏，有效避免鉆孔坍塌。當(dāng)需要加鉆桿時(shí)，要求每根鉆桿接頭絲必須緊固，保證絲扣處不漏水、不跑風(fēng)。漏水和跑風(fēng)極易將孔壁圍巖沖塌。整個(gè)破碎巖體鉆進(jìn)過程中，操作上要減壓不停慢進(jìn)，并時(shí)刻觀察孔內(nèi)返風(fēng)、返水排粉情況，避免堵鉆頭、堵鉆孔情況發(fā)生，做到一鼓作氣連續(xù)不停頓運(yùn)轉(zhuǎn)，避免鉆孔時(shí)間過長導(dǎo)致坍孔發(fā)生。

3.4 完整灰?guī)r層

該層少有巖溶發(fā)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(jié)合套管，泥漿護(hù)壁的液壓回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)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(jìn)行飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，故必須保證巖芯樣的完整性和準(zhǔn)確性。該巖體較堅(jiān)硬，厚度較大，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)難度大，采用普通套管打入時(shí)容易卷口，因此現(xiàn)場使用壁厚1 cm的套管。

施工鉆到完整灰?guī)r頂層時(shí)，打入套管，然后鉆進(jìn)1～2 m巖體，提起鉆頭，同時(shí)通過鉆具通氣、通泥漿，再打入套管，反復(fù)如此，直至提取巖芯達(dá)到5 m。第2次打入套管時(shí)，在套管邊緣往往夾有巖體，此時(shí)應(yīng)采用反絲扣緊套管，以防止套管脫落。取樣時(shí)，采用雙動(dòng)三重管取樣器提取不擾動(dòng)試樣，并保證取樣過程中鉆機(jī)平穩(wěn)，鉆具垂直、平穩(wěn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

4 復(fù)雜巖溶地區(qū)施工勘察的設(shè)想

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

在南寧機(jī)場航站樓樁基施工中發(fā)現(xiàn)，相隔20 cm的鉆芯結(jié)果截然不同，如何更加明確樁基直徑范圍內(nèi)樁底巖面的完整性，是我們施工一線需要考慮的問題。經(jīng)過分析并結(jié)合三角形穩(wěn)定性原理，我們提出一個(gè)設(shè)想：采取一樁三孔的方式進(jìn)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(gè)點(diǎn)處于完整巖面上，并增加了勘察的巖樣準(zhǔn)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(jié)語

本工程在物探的勘察基礎(chǔ)上，再利用超前鉆探技術(shù)，合理設(shè)計(jì)、精心施工、嚴(yán)格監(jiān)控，做到勘察資料幾乎符合地質(zhì)實(shí)際情況，為工程后期設(shè)計(jì)及施工提供可靠、客觀的巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。對于復(fù)雜的巖溶地質(zhì)鉆探施工，必須提前做好具有針對性的鉆探技術(shù)方案，在巖溶裂隙發(fā)育區(qū)、巖體破碎區(qū)、溶洞溶槽發(fā)育區(qū)鉆探施工，必須準(zhǔn)備好漏漿、坍孔的應(yīng)急材料及應(yīng)急方案，做到施工萬無一失。在巖溶地區(qū)鉆探，應(yīng)不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高鉆探水平，以推動(dòng)勘察科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步[4,5]。