港珠澳大橋地質(zhì)勘察特點

王輝

（武漢市城市防洪勘測設(shè)計院，湖北武漢 450050）

0 前言

海上勘察主要受風(fēng)浪、潮汐影響，對鉆探施工及勘察測試工作有一定的影響，根據(jù)橋梁工程特點和工程場地地層特點，制訂合適勘察技術(shù)方案和施工組織方案，是大橋勘察關(guān)鍵因素。港珠澳大橋工程包括橋梁部分和隧道部分，其中九州航道橋是橋梁工程中關(guān)鍵工程。九洲航道橋采用雙塔鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為85+127.5+268+127.5+85=693m。本文以港珠澳大橋工程九州航道橋為例，介紹了勘察技術(shù)特點及施工組織特點。

1 場地建設(shè)條件

1.1 地形地貌

場區(qū)為伶仃洋海域，可分為兩槽三灘，內(nèi)伶仃島以北發(fā)育中部淺灘（礬石淺灘），中部淺灘以東稱東槽，又稱礬石水道，水深大于10m，向南接暗士頓水道，水深達20～49m。中部淺灘以西為西槽，又稱伶仃水道，水深較淺，內(nèi)伶仃島以南達10m以上。九洲航道橋段水域，水下地形十分平坦，水深變化較小，九洲航道橋至江海直達船航道橋之間水深為4～5m，九洲航道橋以西水深在3～4m 之間。

1.2 氣象

擬建工程區(qū)域北靠亞洲大陸，南臨熱帶海洋，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。橋區(qū)天氣特點溫暖潮濕、氣溫年較差不大，降水量多且強度大；橋位區(qū)處于熱帶氣旋路徑上，登陸和影響橋位的熱帶氣旋十分頻繁。本區(qū)域的災(zāi)害性天氣主要有熱帶氣旋，橋位區(qū)域經(jīng)常遭遇強對流天氣帶來的龍卷、雷擊、和短時雷雨大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。

1.3 水文

伶仃洋水下地形具有西部淺、東部深的橫向分布趨勢和灣頂窄深、灣腰寬淺、灣口寬深的縱向分布特點，水下地形呈“三灘兩槽”的基本格局。

場區(qū)潮汐類型屬于不規(guī)則的半日潮混合潮型，大潮期間日潮現(xiàn)象較明顯，小潮期間半日潮現(xiàn)象顯著，中潮介于兩者之間。

1.4 工程地層巖性

場區(qū)覆蓋層為第四系全新統(tǒng)：淤泥、淤泥質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土夾砂；晚更新統(tǒng)晚期陸相沉積物，呈斷續(xù)分布，局部孔段缺失，層厚較薄，巖性主要為軟～可塑狀黏土，其下部多分布有薄層松散～中密狀的粉砂～礫砂，局部夾有透鏡體狀的圓礫土；基巖主要為燕山期花崗巖和震旦系片麻狀混合花崗巖、混合花崗巖[1]。

2 勘察方案特點

根據(jù)場地地質(zhì)特點和橋梁工程特點，勘察目的以查明橋址基巖巖性、基巖埋深、巖石物理力學(xué)性質(zhì)為主，因此勘察方案以鉆探、波速測井、室內(nèi)試驗為主，輔以必要土工試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入等原為測試。

2.1 鉆孔布置

橋梁鉆孔數(shù)量依據(jù)設(shè)計擬定的跨徑，墩臺位置和尺寸不同，在利用與分析前期已有的工程地質(zhì)成果基礎(chǔ)上按照規(guī)范進行合理布置[2]，布孔原則如下：

2.1.1 主橋橋塔

主塔基礎(chǔ)采用22根?2.5m鉆孔灌注樁，嵌巖樁，行列式布置，墩外輪廓長、寬分別為40.50m和26.10m，樁底持力層為中風(fēng)化花崗巖。

主橋橋塔鉆孔布置以控制橋梁墩位處地層為原則，鉆孔布置在基礎(chǔ)邊界轉(zhuǎn)折點、中心的樁位或中線上，每個橋塔布置9個鉆孔（見圖1），依據(jù)樁位及中心線均勻布置。

圖1 主塔鉆孔灌注樁基礎(chǔ)構(gòu)造（灰色圓點為鉆孔）

2.1.2 輔助墩

輔助墩基礎(chǔ)采用16根?2.2m鉆孔灌注樁，嵌巖樁，行列式布置，墩外輪廓長、寬分別為36.10m和16.60m，樁底持力層為中風(fēng)化花崗巖（見圖2）。

圖2 輔助墩鉆孔灌注樁基礎(chǔ)構(gòu)造（灰色圓點為鉆孔）

輔助墩鉆孔布置以控制橋梁墩位處地層為原則，鉆孔布置在基礎(chǔ)邊界線角點的樁位及墩中心樁位上，每個橋塔布置6個鉆孔（見圖2）；鉆孔依據(jù)樁位均勻布置。

2.1.3 邊墩

邊墩基礎(chǔ)采用6根?2.2m鉆孔灌注樁，嵌巖樁，行列式布置，墩外輪廓長、寬分別為17.60m和10.60m，，嵌巖2～3d。邊墩鉆孔布置以控制橋梁墩位處地層為原則，鉆孔布置在角點的樁位上，每個墩位布置2個鉆孔。

2.2 波速測井

（1）剪切波速測試。剪切波速目的主要為劃分場地土類型，判別場地類別。剪切波測鉆孔布置原則，從地貌單元、地層巖性、覆蓋層厚度三個方面考慮，所進行測試的鉆孔具有代表性，本次勘察進行剪切波速測試鉆孔，2個主塔各布置1孔，輔助墩引橋布置2～4孔，進行鉆孔剪切波測試，測點間距1m。

（2）聲波測井。主要目的是查明基巖巖體完整性程度，特別破碎巖體發(fā)育特征，為橋梁基礎(chǔ)持力層選型提供地質(zhì)依據(jù)。本次勘察在以基巖為樁基持力層橋墩進行，主塔墩每墩不少于2孔，輔助墩不少于1孔，引橋?qū)τ诮沂居衅扑榛鶐r的鉆孔，應(yīng)進行聲波測試，以便于準(zhǔn)確分層，并劃分基巖的完整性。

2.3 原位測試及室內(nèi)試驗

原位測試工作主要為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、重型動力觸探，其目的是結(jié)合覆蓋層鉆探、室內(nèi)試驗進行地層劃分，提供巖土物理力學(xué)參數(shù)，選1/3鉆孔進行。室內(nèi)試驗主要進行巖石的飽和單軸抗壓強度、密度、吸水率試驗。

3 勘察施工組織特點

3.1 鉆探施工平臺

海上地質(zhì)鉆探首先要選擇合適的施工平臺，施工平臺求既能抵御海潮及較大的海浪、涌浪，確保施工或臺風(fēng)來臨前或駛離現(xiàn)場避風(fēng)，確保施工安全，又能滿足鉆探及原位測試施工工藝要求[3]。

3.1.1 鉆探船舶及設(shè)備的選定

鑒于港珠澳大橋海況復(fù)雜，為確保生產(chǎn)安全和效率，水上鉆探選用滿足以下指標(biāo)的工程船舶和鉆探設(shè)備：①鉆探船舶和交通輔助船，應(yīng)滿足現(xiàn)場復(fù)雜海域鉆探需要，為非內(nèi)河船，船舶具有抗七級風(fēng)的能力[4]；②勘探工作船舶額定載重能力應(yīng)注意其適宜性，部分淺水區(qū)段宜采用吃水淺的船舶；③鉆機鉆深能力應(yīng)不小于500m。

3.1.2 鉆探船的設(shè)計與拼裝

①在海船一側(cè)的中部伸出平臺；②平臺伸出船舷邊的距離為3m，鉆孔中心離船舷邊400mm，平臺伸出船舷部分的面積為3m×6m；③平臺由12根Ⅰ20（20#工字鋼）做為骨架；平臺全部由4cm木板覆蓋。

3.1.3 鉆探船的錨固定位

①鉆船定位錨具：錨重一般應(yīng)在1t左右，錨型應(yīng)根據(jù)流速及河床底質(zhì)決定，錨繩采用?28mm鋼絲繩，長應(yīng)大于5倍水深。整個錨系一般呈“*”型，必要時還應(yīng)增設(shè)錨具；②錨固過程的調(diào)整：由于海域漲落潮水流方向的變化，在實施過程中應(yīng)根據(jù)潮流適當(dāng)松緊錨繩，或拋置備用錨，確保在漲落潮期間或水流紊亂時將船錨固?。虎坼^繩長度應(yīng)控制在100～300m之間。

3.2 鉆孔定位與高程測量

海上勘察施工受潮汐、風(fēng)浪影響，鉆孔定位和高程測量勘察工作中的難點[5]。

本次勘察擬采用TRIMBLER8雙頻GPS接收機進行鉆孔定位工作。定位基準(zhǔn)應(yīng)以HZMB-CORS和港珠澳大橋首級控制網(wǎng)為依據(jù)。具體工作時，先將鉆孔坐標(biāo)、錨位坐標(biāo)等已知數(shù)據(jù)輸入控制電腦中，由TRIMBLER8GPS接收機、HD-370超聲波數(shù)字測深儀及導(dǎo)航成圖軟件實時顯示船只運行軌跡、航向、航速以及船只偏離設(shè)計航線的距離等，引導(dǎo)、指揮施工船移動，在施工船到達預(yù)定位置后即可拋錨；待鉆船穩(wěn)定后即進行鉆孔的校位，并確保鉆孔平面位置滿足勘察技術(shù)要求（不超過0.5m），然后下入外層保護套管（?180mm）。

在套管穩(wěn)定后測量人員對孔口位置的坐標(biāo)、高程進行測量，同時采用測深儀測量出水深，計算其孔口高程。

4 結(jié)語

海上橋梁工程勘察，制定合適的勘察技術(shù)方案和合適施工平臺是勘察成功的保證，港珠澳大橋是我國世紀(jì)工程，根據(jù)橋梁工程特點和地層特征及勘察的重點，將傳統(tǒng)的鉆探、聲波測井、室內(nèi)試驗等的綜合應(yīng)用，同時選用抗風(fēng)能力達到7級的鉆探平臺，經(jīng)濟可靠，順利完成海上測試項目，為設(shè)計提供地質(zhì)資料，目前橋梁已經(jīng)通車運營。