貞望大橋深水陡坡裸巖筑島施工與實(shí)踐

文/中交路橋建設(shè)有限公司、中交路橋南方工程有限公司 李永春 梁俊杰 趙紫強(qiáng) 王立偉 劉宇

本文以貴州省省道318線望謨至貞豐公路改擴(kuò)建工程中的貞望大橋主墩樁基施工為例，介紹了橋梁樁基礎(chǔ)在深水陡坡裸巖條件下的筑島施工技術(shù)，采用“填土造地”和“岸坡防護(hù)”相結(jié)合的造地型護(hù)岸技術(shù)的理念，提出了“基礎(chǔ)處理和拋石護(hù)腳+碾壓回填土+邊坡防護(hù)”，并對(duì)筑島平臺(tái)在不同工況下進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

工程概況

本項(xiàng)目為省道318線（原縣道658）位于望謨縣境內(nèi)，貞望大橋跨越北盤江龍灘水庫(kù)。橋位區(qū)位于龍灘水電站上游約185km處。5#、6#主墩為雙薄壁墩，墩身寬8.0m，厚2.2m，相鄰兩薄壁墩凈距6.0m，最大墩高49.09m；主墩承臺(tái)采用15.7×15.7m方形承臺(tái)，厚度5.0m，承臺(tái)頂標(biāo)高360.0m。主墩基礎(chǔ)由9根直徑為2.8m鉆孔灌注樁組成，以排架形式布置，樁間中心距5.6m，采取φ3.2m鋼護(hù)筒施工。

橋區(qū)的地貌特征是結(jié)構(gòu)剝蝕和溶蝕地山河谷地貌，沿河岸有不同大小的水壩。覆蓋層為殘坡積層碎土（Qel+dl）：褐黃色，結(jié)構(gòu)中密，略濕，約10.0m厚。硬土等級(jí)III。下伏基層為三疊系中統(tǒng)新苑組灰?guī)r、泥巖。

項(xiàng)目沿線水系為珠江流域北盤江系，北盤江為測(cè)區(qū)內(nèi)主要地表河，流量較大。庫(kù)區(qū)死水位330.0m，最低通航水位355.0m，龍灘電站一期最高水位375.0m。

施工方案研究

貞望大橋橫跨北盤江龍?zhí)端畮?kù)，河谷兩側(cè)的地形陡峭。在貞望大橋施工期間，要建設(shè)大型橋梁樁基施工平臺(tái)，在裸巖傾斜，深水及交通條件受到限制的條件下施工難度大。因此，貞望大橋工程采用的“填土筑島”與“岸坡防護(hù)”有機(jī)結(jié)合的方法搭建施工平臺(tái)。根據(jù)貞望大橋的工程地質(zhì)條件和巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，方案如下：基礎(chǔ)處理、拋石護(hù)腳+碾壓回填土+邊坡防護(hù)。

筑島方案設(shè)計(jì)

碾壓土石體基礎(chǔ)在335m高程處，拋石處理在335m以下使用，采用強(qiáng)夯壓實(shí)。拋填塊石高程335m～345m的頂部采用堆石壩，堆石壩底部高程為335m，頂部高程為345m，高為10m。迎水面坡度比為1∶1.5，背水面斜率為1∶1。大壩頂部寬4m，底部寬16m。壩內(nèi)和壩上用土夾石進(jìn)行回填并碾壓?；靥钔恋钠露缺葹?∶1.5。頂面高程355m。為了確保筑島巖體的透水性，在預(yù)制塊的下部放置40cm厚的碎石過(guò)渡層和20cm的砂濾層。現(xiàn)在選擇典型剖面處的設(shè)計(jì)下圖如圖1所示。

圖1 剖面設(shè)計(jì)圖

穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)《三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)要求》，2012年7月，三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治指揮部編制了4個(gè)工作條件：工況一，自然狀態(tài)；工況二，地震狀態(tài)；工況三，暴雨?duì)顟B(tài)；工況四，水庫(kù)水位下降狀態(tài)。

巖土力學(xué)參數(shù)選取及滑面確定

基礎(chǔ)拋石，濕容重17kN/m3，天然內(nèi)摩擦角35°，飽和內(nèi)摩擦角為32°，與內(nèi)聚力無(wú)關(guān)；土石混合物的飽和容重為19.5kN/m3，天然抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 值分別為15kPa和32°，飽和抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 值分別為12kPa和30°。

穩(wěn)定性計(jì)算方法

根據(jù)《三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)技術(shù)要求》（三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作部，2012年7月）計(jì)算穩(wěn)定性。

滑動(dòng)面的折線型，基于極限平衡理論，采用折線型滑動(dòng)面?zhèn)鬟f系數(shù)法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并對(duì)剩余下滑力進(jìn)行了計(jì)算。公式如下：

浸潤(rùn)線根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》（DB50/143-2003）計(jì)算，參數(shù)為：滲透系數(shù)：k=3.1×10-6，給水度：u=0.074。

當(dāng)河（庫(kù)）的水位下降時(shí)，如果河（庫(kù)）的水位下降前與地下水位相同，則地下水位浸潤(rùn)線依照下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：h0，0——下降前的河（庫(kù)）水位（從隔水層頂部起）（m）；

h0，t——下降后的河（庫(kù)）水位（從隔水層頂部起）（m）；

hx，t——河（庫(kù)）水位下降后的計(jì)算點(diǎn)的地下水位（從隔水層頂部起）(m)；

F（λ）——河（庫(kù)）水位對(duì)地下水位的影響系數(shù)；

t——河（庫(kù)）水位下降所經(jīng)歷的時(shí)間 (s)；

a——導(dǎo)水系數(shù) (m2/s)；

K——滲透系數(shù)（m/s）；

M——含水層厚度(m)；

μ——給水度；

x——水位下降后，計(jì)算點(diǎn)到河（庫(kù)）岸的距離（m）。

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

填土筑島施工平臺(tái)穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如下表所示?？梢钥闯觯谧匀粻顟B(tài)下（工況1），填土邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.72，岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在地震狀態(tài)下(工況2)，岸坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.33，岸坡仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨條件下(工況3)，岸坡穩(wěn)定系數(shù)為1.52，岸坡仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)；最不利的情況是工況4，岸坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.20，說(shuō)明其基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，使用工況4作為防護(hù)工程的控制條件是合理的，也就是說(shuō)，在岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)從排水和填料的角度保證筑島施工平臺(tái)的整體穩(wěn)定性。

表1 各種工況填土岸坡穩(wěn)定系數(shù)

圖2 河（庫(kù)）水位下降引起的地下水位浸潤(rùn)線變化計(jì)算圖

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析

陡坡裸巖筑島修筑工程穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明∶填土之后，陡坡裸巖筑島岸坡穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)；庫(kù)水位降落過(guò)程劣化陡坡裸巖筑島岸坡穩(wěn)定性；陡坡裸巖筑島施工平臺(tái)工程竣工后，大部分筑島施工平臺(tái)位于水庫(kù)水位的漲落區(qū)，因此水庫(kù)水位的反復(fù)漲落將對(duì)項(xiàng)目的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

結(jié)語(yǔ)

在陡坡裸巖筑島建設(shè)項(xiàng)目中采用“填土造地”和“岸坡防護(hù)”相結(jié)合的造地型護(hù)岸技術(shù)的理念，制定了初步整治方案：基礎(chǔ)處理＋拋石護(hù)腳+堆石壩+碾壓回填土+邊坡防護(hù)。

選取自然狀態(tài)、地震狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)和水庫(kù)水位下降狀態(tài)這4種工況對(duì)岸坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，填土后，陡坡裸巖筑島岸坡穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，但是在庫(kù)水位降落過(guò)程中陡坡裸巖筑島工程仍處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。