平南三橋北岸主墩水文地質(zhì)問(wèn)題與工程控制措施分析

李開(kāi)洋，潘榮建，羅安民

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

平南三橋位于廣西平南縣上游約6 km處，為廣西荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線上跨越潯江的一座特大橋。平南三橋主橋采用主跨575 m的中承式鋼管混凝土拱橋，為當(dāng)前世界建成的最大跨徑鋼管拱橋。平南三橋北岸主墩臨近潯江，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑開(kāi)挖深度大，地下水控制措施及基坑支護(hù)方案尤為重要，將直接影響工程的施工安全與進(jìn)度。本文以平南三橋北岸工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察為依托，對(duì)北岸主墩的水文地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行研判，并提出相應(yīng)的工程控制措施。

1 工程地質(zhì)概況

平南三橋北岸主墩地質(zhì)條件見(jiàn)表1和圖1，由上至下依次為硬塑狀粉質(zhì)黏土、可塑狀粉質(zhì)黏土、卵石、泥灰?guī)r。

表1 北岸主墩地質(zhì)簡(jiǎn)要信息一覽表

圖1 北主墩地層示意圖

擬建橋梁北岸主墩基礎(chǔ)為整體式圓形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面標(biāo)高為11.0 m，基礎(chǔ)持力層為卵石層。北主墩分布卵石孔隙水和巖溶裂隙水兩層地下水，均具承壓性。卵石孔隙水承壓水頭超12 m，超出基底高程10 m以上，北岸主墩基坑開(kāi)挖即面臨卵石孔隙水突涌的風(fēng)險(xiǎn)。查明北岸主墩水文地質(zhì)特征，以針對(duì)性地采取有效工程控制措施，對(duì)工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)相當(dāng)重要。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文試驗(yàn)方案

為查明橋址區(qū)潯江階地的地下水特征、補(bǔ)徑排關(guān)系、與潯江的水力聯(lián)系等，在平南三橋北主墩基礎(chǔ)周邊圍護(hù)區(qū)域所有鉆孔的基巖中進(jìn)行壓水試驗(yàn)，在北主墩卵石層布置抽水試驗(yàn)。橋址區(qū)北岸主墩水文地質(zhì)試驗(yàn)平面布置方案見(jiàn)圖2。

圖2 北岸主墩水文地質(zhì)試驗(yàn)平面布置圖

2.2 卵石層滲透性分析

結(jié)合橋址區(qū)北岸的地質(zhì)特征，本次卵石層抽水試驗(yàn)采用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)方法。卵石層抽水試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)降深段，分別為2.5 m、5.0 m和7.5 m，抽水時(shí)降深按從小到大的順序進(jìn)行。通過(guò)抽水試驗(yàn)成果，根據(jù)規(guī)范及相關(guān)研究[1-2]，計(jì)算出卵石層滲透系數(shù)(見(jiàn)表2)。

表2 卵石層抽水試驗(yàn)成果一覽表

通過(guò)抽水試驗(yàn)結(jié)果可知，橋址區(qū)北岸卵石層滲透系數(shù)平均值為0.054 cm/s，滲透性等級(jí)屬?gòu)?qiáng)透水層。卵石孔隙水穩(wěn)水位與潯江水位相近，與潯江河水水力聯(lián)系較強(qiáng)。在抽水試驗(yàn)的三組降深中，平行河流方向的滲透系數(shù)大于垂直河流方向的滲透系數(shù)，說(shuō)明遠(yuǎn)離潯江后，卵石層滲透系數(shù)降低，卵石層與潯江河水水力聯(lián)系減弱。

2.3 基巖滲透性分析

橋址區(qū)北岸基礎(chǔ)周邊圍護(hù)區(qū)域布置壓水試驗(yàn)鉆孔，通過(guò)橋址區(qū)北岸多組壓水試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)規(guī)范及相關(guān)研究[3-4]，計(jì)算北主墩巖層透水率平均值為37.9 Lu，滲透性等級(jí)屬中等透水。

北岸巖性以碎裂結(jié)構(gòu)、變余結(jié)構(gòu)的泥灰?guī)r為主，巖石經(jīng)碎裂變質(zhì)，微裂隙較發(fā)育，故整體透水性較強(qiáng)。結(jié)合地面物探和孔間CT測(cè)試成果，橋址區(qū)北岸主墩范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大型巖溶通道、大型溶洞相互貫通或與潯江河水連通，主墩巖溶裂隙水與潯江水力聯(lián)系一般。

3 水文地質(zhì)問(wèn)題與控制措施

3.1 水文地質(zhì)問(wèn)題

平南三橋北岸主墩基坑開(kāi)挖深度約為15 m，以強(qiáng)透水的卵石層為基礎(chǔ)持力層。根據(jù)橋址區(qū)北岸地層水文地質(zhì)特征，卵石孔隙水承壓水頭超出基底高程10 m以上，北岸主墩基坑開(kāi)挖即面臨卵石孔隙水突涌的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算，北主墩基坑無(wú)帷幕條件下總涌水量高達(dá)28 981 m3/d。卵石孔隙水的控制是項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題，其對(duì)橋梁工程的影響主要表現(xiàn)為對(duì)基坑突涌的影響及地下水對(duì)基坑巖土體的滲流變形作用等，需設(shè)計(jì)支擋結(jié)構(gòu)及采取地下水控制措施。

3.2 控制措施

根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，結(jié)合相關(guān)案例研究[5-6]，推薦平南三橋北岸主墩基坑采用圓形地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)(兼作懸掛式截水帷幕)+坑底卵石層注漿隔水封底措施。地下連續(xù)墻具有防滲性能好、墻體剛度大等優(yōu)點(diǎn)，墻體幾乎不透水，且可以承受很大的土壓力，極少發(fā)生基坑塌方事故。卵石層注漿的目的：(1)為了輔助地下連續(xù)墻成槽施工，避免地下連續(xù)墻施工時(shí)卵石層坍塌；(2)降低坑底卵石層的滲透性，達(dá)到基底防滲的目的，同時(shí)提高卵石層的承載力指標(biāo)。

平南三橋北岸主墩基坑地下連續(xù)墻外徑為60.0 m，墻身厚1.2 m，地連墻按不等高設(shè)計(jì)，嵌入中風(fēng)化灰?guī)r≥4.0 m，地連墻頂面高程為24.0 m，底面高程為-11.0～-5.0 m，墻高29.0～35.0 m。地連墻施工槽段分一期和二期兩種槽段：一期槽段采用普通三銑成槽；二期槽段采用一銑成槽。為了確保地連墻的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，確定采用銑接法連接方式，即在兩個(gè)一期槽段中間進(jìn)行二期槽段成槽施工，銑掉一期槽段端頭的部分混凝土形成鋸齒形搭接。

北岸主墩基坑注漿工程分為三個(gè)部分：(1)地下連續(xù)墻環(huán)形區(qū)一期注漿；(2)基底卵石層二期注漿；(3)效果檢驗(yàn)后的局部補(bǔ)充注漿。

北岸主墩基坑注漿工程均采用靜壓雙液注漿，自下而上栓塞分段灌漿。地下連續(xù)墻環(huán)狀區(qū)施工順序?yàn)橛森h(huán)狀區(qū)兩側(cè)向環(huán)狀區(qū)內(nèi)部注漿，基底封水注漿順序?yàn)樽詧A形地連墻圓心向四周擴(kuò)散，單排跳孔施工，完成一孔灌注一孔，嚴(yán)禁完成鉆孔后集中灌注。

注漿完成后，對(duì)其效果進(jìn)行檢驗(yàn)。地連墻環(huán)形區(qū)一期注漿主要檢驗(yàn)注漿固結(jié)體滲透性；基底卵石層二期注漿檢測(cè)卵石注漿后的固結(jié)體滲透性及強(qiáng)度。固結(jié)體滲透性可以采用圍井檢查法或現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖進(jìn)行驗(yàn)證，固結(jié)體強(qiáng)度可以采用原位測(cè)試等方式進(jìn)行驗(yàn)證。局部地段驗(yàn)證結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

3.3 措施應(yīng)用效果

平南三橋北岸主墩基坑開(kāi)挖過(guò)程中，地下連續(xù)墻未發(fā)生滲水、變形等情況，卵石層未發(fā)生突涌等情況，基坑保持干燥狀態(tài)。對(duì)卵石固結(jié)體強(qiáng)度進(jìn)行多組檢測(cè)試驗(yàn)后，其承載力等指標(biāo)有較大改善，均滿足設(shè)計(jì)要求。北岸主墩基坑圓形地下連續(xù)墻+坑底卵石層注漿方案取得了良好的應(yīng)用效果，為平南三橋順利建成通車提供了有利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)平南三橋北岸地下水以接受潯江補(bǔ)給為主，卵石層屬?gòu)?qiáng)透水層，隨著與潯江距離的增加，地下水與潯江水力聯(lián)系逐漸減弱。中風(fēng)化基巖屬中等透水層，透水率主要受裂隙和巖溶等控制，巖體裂隙越大，巖層的透水性越大。

(2)地下連續(xù)墻具有防滲性能好、墻體剛度大等優(yōu)點(diǎn)，可有效控制地下水的滲流，同時(shí)保持基坑側(cè)壁穩(wěn)定。

(3)北岸主墩卵石層注漿后，滲透性顯著降低，承載力等指標(biāo)有較大改善，基坑開(kāi)挖過(guò)程中未發(fā)生突涌等情況，基坑保持干燥狀態(tài)。

(4)平南三橋北岸主墩水文地質(zhì)試驗(yàn)所獲參數(shù)與實(shí)際情況吻合，為平南三橋建設(shè)提供了可靠資料，可為類似工程建設(shè)提供參考。