南宁国际机场新航站楼施工勘察技术

中国建筑第八工程局有限公司广西分公司 南宁 530028

1 工程概况

1.1 工程基础概况

南宁国际机场新航站楼南北总长约329.5 m，东西总长约1 080 m。航站楼主体工程中央大厅标段总建筑面积9.6万 m2，建筑高度40 m，地下1 层，地上3 层。工程地基基础设计等级为甲级，场地类别为Ⅱ类，基础形式采用冲孔灌注桩基础。桩基总根数为1 029 根。按桩径分为800 mm、1 000 mm、1 200 mm、1 500 mm共4 种；按是否抗浮桩，分为承压灌注桩（A类桩）、承压兼抗拔灌注桩（B类桩）两类。桩端持力层为较完整中风化石灰岩层，设计要求承压灌注桩桩端进入中风化岩深度不小于0.6 m；承压兼抗拔灌注桩桩端进入中风化岩深度不小于2.5 m。

1.2 工程地质条件概况

1）根据详勘和物探断面图显示（图1），完整灰岩层顶面埋置较深，且岩面起伏较大，形态极不规则，存在大量斜岩、石芽[1]。

（1）覆盖层①层：该层主要为耕土、粉质黏土、黏土混角砾、红黏土；

（2）强岩溶发育破碎层灰岩②层：该层岩溶裂隙极发育，岩体破碎，岩溶发育形态推测以溶沟、溶槽、岩溶裂隙、溶洞为主且相互连通成网状结构，地下水较丰富，连通性好；

（3）弱岩溶发育层灰岩③层：该层岩溶裂隙发育较弱，岩溶竖向发育密度稀，水平方向延伸较短，岩体较破碎；

（4）完整灰岩④层：该层少有岩溶发育，岩体较完整-完整。

图1 物探断面示意

2）根据区域水文地质资料，地下水主要为第四系残积层中的上层滞水及深部石灰岩中的岩溶裂隙水。

（1）上层滞水：赋存于残积粉质黏土、黏土混角砾及红黏土层孔（裂）隙中，勘察期间水量较小，主要受大气降水、地表水塘（沟）水及居民区生活废水补给。

（2）岩溶裂隙水：该层地下水埋藏较深，稳定水位埋深20.50～22.00 m，赋存于石灰岩的溶蚀裂隙及洞穴中。

（3）场地内地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋也有微腐蚀性。

2 施工勘察的目的和任务

详细查明拟建航站楼建筑物每个桩位基础下是否存在软弱土、土洞及下伏基岩中破碎带、溶洞等不良地质作用的发育情况，为地基基础设计、施工提供必要的工程地质依据[2,3]。勘察主要任务为：

1）查明每根桩桩位下基底工程地质条件。

2）查明地基岩土层内不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出整治方案的建议。

3）分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力，分析基础施工条件。

4）对施工和使用期间可能发生的岩土工程问题提出建议。

3 施工勘察技术

由于工程重要等级为一级，勘察等级为甲级，勘察施工要求其钻孔深度进入完整石灰岩不少于5 m，并逐桩进行超前钻施工。因此，针对不同土层采用什么样的钻孔机具及钻孔方法；在岩溶裂隙发育区、岩体破碎区、溶洞溶槽发育区如何钻孔；发生漏浆、坍孔等问题如何处理，这些都需要前期做好策划工作，这将决定整个钻探勘察的质量及后续工程建设能否顺利进行。

3.1 钻探勘察施工工艺流程

平整场地→桩位放样→钻机就位→空位钻进→起钻、取芯→下一循环→钻至设计高程→终孔

3.2 第四系覆盖土钻探技术

第四系覆盖土层主要为耕土、粉质黏土、黏土混角砾、红黏土。

耕土层土质结构松散，以黏性土为主，混硅质岩碎屑，层厚0.40～1.00 m，采用普通钻芯管干作业回转钻进，操作方便快捷，提取芯样完整。需注意的是钻具基础应具有足够强度，必要时可回填碎石或垫设钢板片，以确保钻具摆放平整稳定，避免钻孔从一开始就偏斜。

粉质黏土、黏土混角砾和红黏土以硬塑状态为主，局部为坚硬状态，层厚8～12 m，采用普通钻芯管泥浆护壁回转钻进，回次进尺不超过2 m。使用泥浆相对密度为1.2～1.5的优质泥浆，用优质、高黏性、高稠度的黏土制作。钻孔时，保证足够的泥浆面高度，以保持孔壁稳定。

3.3 岩溶发育破碎灰岩层钻探技术

该层岩溶裂隙极发育，岩体破碎，岩溶发育形态以溶沟、溶槽、空洞、岩溶裂隙、溶洞为主且相互连通成网状结构，地下水较丰富，连通性好。

对于岩溶发育的灰岩层，钻探施工难点主要是如何在岩溶裂隙发育区，岩体破碎区及溶洞溶槽发育区堵漏、成孔，以保证岩体取样完整性、岩溶鉴别的可靠性以及岩芯采取率的准确性。

钻探机械采用低压、中慢速液压钻机，并使用双层岩芯管金钢石钻头，泥（水泥）浆护壁的钻进方法成孔。施工前准备不同直径的套管、双层岩芯管、金刚石钻头、合金钻头、黏土、水泥、化学浆液（水玻璃）等材料，以保证施工过程所需。

3.3.1 漏浆处理

漏浆一般分为岩溶裂隙漏浆和溶洞、空洞漏浆。在钻进的过程中，遇到岩溶裂隙发育区、岩溶溶洞、溶沟区域时，泥浆会迅速流失，即发生漏浆现象，使勘察施工无法进行。

1）对于岩溶裂隙漏浆，现场采用孔内回填黏土球的方法。根据物探资料显示，当钻至岩溶裂隙发育的位置时，提出钻具，投入施工现场早已准备好的黏土球；黏土球采用塑性大、高黏性黏土制作，堵漏后不易发生二次渗漏，直径与钻孔相同。黏土球投入量根据岩溶裂隙发育情况确定。然后放下钻具挤压黏土球，反复慢提快插提管，使投入孔内的黏土球基本挤进岩溶裂隙之间，少量成为泥浆。待钻杆下落至已钻深度后，再提插3 次即可开机扫孔，让黏泥挤压孔壁牢固，增加护壁，同时也为了造浆。此方法既堵住岩溶裂隙漏浆，又保证了泥浆护壁质量。

2）对于小溶洞、空洞造成的漏浆，采用回填黏土球的方法，具体操作方法同岩溶裂隙的堵漏工艺。对于较大溶洞、溶沟、空洞造成的漏浆，采用水泥浆护壁、套管跟进的钻进方法。由于套管只能打到基岩面，当岩芯钻具在基岩中钻到大型溶洞拔起钻具后，由于缺乏导向，再次钻进时，2 次钻孔极难重合，每次在洞底均相当于新钻孔，如此反复，严重影响钻孔效率，甚至折断钻具。为此，通过采用安装多层套管、变径钻进的方法，有效解决这类问题。具体方法是：首先将厚壁套管打到基岩面，用＜75 mm双层金刚石钻头钻进，遇到大溶洞、溶沟、空洞时，用镶有合金钻头的岩芯管钻进，并贯穿整个区域，直至钻入岩石15～20 cm；然后将此岩芯管作为二级套管留在钻孔内，再用双层金刚石钻头继续钻进。对于一些超大连续溶洞、多层溶洞的岩溶区域，必须严格依据物探资料，提前策划套管级数、直径、钻头形式等钻探参数。施工时采用直径不同的多级套管、早强水泥浆护壁的钻进方法。岩芯管采用带卡簧或爪簧，并镶有合金钻头的双层岩芯管，一级级循环往下钻探，钻具应慢速起落，遇阻时分析原因并采取相应措施，以提取完整芯样，保证勘察质量。

3.3.2 坍孔处理

坍孔主要发生在溶洞发育和岩体破碎区域。遇溶洞时，溶洞内无充填物或者充填软塑、流塑状的黏土，钻孔时极易坍塌；遇到岩体破碎时，因钻具扰动，承载力不强的破碎岩体也会发生坍孔现象。施工前要掌握地质资料，预防坍孔事故发生，未雨绸缪；若坍孔严重的，只能掏空封孔处理。

1）在溶洞区域易发生坍塌。为预防坍塌事故发生，施工时可采用双层岩芯套管或多级套管（具体视溶洞大小而定）、泥浆护壁的钻进方法。泥浆采用优质、高黏性、高稠度的黏土制作，钻孔时，泥浆液面始终保持在地下水位以上，控制滤失量，并保留足够强度的泥浆压力，以平衡钻孔土侧压力，减少对岩体的扰动。提取岩芯时，慢提岩芯管，以防应力促变，造成坍孔。

2）在岩体较破碎区域采用双层岩芯管、水泥浆护壁的钻进方法；对严重破碎的岩体，则采用在水泥浆中掺加水玻璃浆液堵漏的钻进方法。施工到破碎岩层区域时，套管打至破碎岩层顶面以上20～30 cm，再用岩芯管钻入取芯，回次进尺为0.5～0.8 m，同时使用水泥浆和水玻璃浆液全程跟进护壁堵漏，有效避免钻孔坍塌。当需要加钻杆时，要求每根钻杆接头丝必须紧固，保证丝扣处不漏水、不跑风。漏水和跑风极易将孔壁围岩冲塌。整个破碎岩体钻进过程中，操作上要减压不停慢进，并时刻观察孔内返风、返水排粉情况，避免堵钻头、堵钻孔情况发生，做到一鼓作气连续不停顿运转，避免钻孔时间过长导致坍孔发生。

3.4 完整灰岩层

该层少有岩溶发育，岩体较完整-完整。对于此岩层，采用配置合金钻头的双层岩芯管结合套管，泥浆护壁的液压回转钻进方法。由于该岩层作为桩基持力层，钻取厚度为5 m，所取岩样须进行饱和单轴抗压强度试验，故必须保证岩芯样的完整性和准确性。该岩体较坚硬，厚度较大，回转钻进难度大，采用普通套管打入时容易卷口，因此现场使用壁厚1 cm的套管。

施工钻到完整灰岩顶层时，打入套管，然后钻进1～2 m岩体，提起钻头，同时通过钻具通气、通泥浆，再打入套管，反复如此，直至提取岩芯达到5 m。第2次打入套管时，在套管边缘往往夹有岩体，此时应采用反丝扣紧套管，以防止套管脱落。取样时，采用双动三重管取样器提取不扰动试样，并保证取样过程中钻机平稳，钻具垂直、平稳回转钻进。

4 复杂岩溶地区施工勘察的设想

岩溶发育地区地质条件极其复杂，岩面起伏很大，存在大量的斜岩、石芽、溶洞和空洞。传统的施工勘察一般采用一桩一孔钻探方式，在桩中心点开钻。当该桩位处于斜岩、起伏岩面、溶洞位置时，将只能反映钻孔直径范围内的地质情况，极易造成持力层岩样误判，难以保证岩样真实反映地质情况，如图2、图3所示。

在南宁机场航站楼桩基施工中发现，相隔20 cm的钻芯结果截然不同，如何更加明确桩基直径范围内桩底岩面的完整性，是我们施工一线需要考虑的问题。经过分析并结合三角形稳定性原理，我们提出一个设想：采取一桩三孔的方式进行施工勘察，钻孔位置布置在距离桩中心0.5d～0.7d（d为桩基直径），呈等边三角形布置，保证桩底有3 个点处于完整岩面上，并增加了勘察的岩样准确性，如图4所示。

图2 斜岩、溶洞多造成持力层误判

图3 相邻岩面起伏大

5 结语

本工程在物探的勘察基础上，再利用超前钻探技术，合理设计、精心施工、严格监控，做到勘察资料几乎符合地质实际情况，为工程后期设计及施工提供可靠、客观的岩土物理力学性质参数。对于复杂的岩溶地质钻探施工，必须提前做好具有针对性的钻探技术方案，在岩溶裂隙发育区、岩体破碎区、溶洞溶槽发育区钻探施工，必须准备好漏浆、坍孔的应急材料及应急方案，做到施工万无一失。在岩溶地区钻探，应不断地总结经验，提高钻探水平，以推动勘察科学技术的进步[4,5]。