平南三橋北岸主墩水文地質問題與工程控制措施分析

李開洋，潘榮建，羅安民

(廣西交通設計集團有限公司，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，工程地質與水文地質條件復雜，基坑開挖深度大，地下水控制措施及基坑支護方案尤為重要，將直接影響工程的施工安全與進度。本文以平南三橋北岸工程地質及水文地質勘察為依托，對北岸主墩的水文地質問題進行研判，并提出相應的工程控制措施。

1 工程地質概況

平南三橋北岸主墩地質條件見表1和圖1，由上至下依次為硬塑狀粉質黏土、可塑狀粉質黏土、卵石、泥灰巖。

表1 北岸主墩地質簡要信息一覽表

圖1 北主墩地層示意圖

擬建橋梁北岸主墩基礎為整體式圓形基礎，基礎底面標高為11.0 m，基礎持力層為卵石層。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，北岸主墩基坑開挖即面臨卵石孔隙水突涌的風險。查明北岸主墩水文地質特征，以針對性地采取有效工程控制措施，對工程建設及運營相當重要。

2 水文地質條件

2.1 水文試驗方案

為查明橋址區潯江階地的地下水特征、補徑排關系、與潯江的水力聯系等，在平南三橋北主墩基礎周邊圍護區域所有鉆孔的基巖中進行壓水試驗，在北主墩卵石層布置抽水試驗。橋址區北岸主墩水文地質試驗平面布置方案見圖2。

圖2 北岸主墩水文地質試驗平面布置圖

2.2 卵石層滲透性分析

結合橋址區北岸的地質特征，本次卵石層抽水試驗采用穩定流抽水試驗方法。卵石層抽水試驗共設計3個降深段，分別為2.5 m、5.0 m和7.5 m，抽水時降深按從小到大的順序進行。通過抽水試驗成果，根據規范及相關研究[1-2]，計算出卵石層滲透系數(見表2)。

表2 卵石層抽水試驗成果一覽表

通過抽水試驗結果可知，橋址區北岸卵石層滲透系數平均值為0.054 cm/s，滲透性等級屬強透水層。卵石孔隙水穩水位與潯江水位相近，與潯江河水水力聯系較強。在抽水試驗的三組降深中，平行河流方向的滲透系數大于垂直河流方向的滲透系數，說明遠離潯江后，卵石層滲透系數降低，卵石層與潯江河水水力聯系減弱。

2.3 基巖滲透性分析

橋址區北岸基礎周邊圍護區域布置壓水試驗鉆孔，通過橋址區北岸多組壓水試驗結果，根據規范及相關研究[3-4]，計算北主墩巖層透水率平均值為37.9 Lu，滲透性等級屬中等透水。

北岸巖性以碎裂結構、變余結構的泥灰巖為主，巖石經碎裂變質，微裂隙較發育，故整體透水性較強。結合地面物探和孔間CT測試成果，橋址區北岸主墩范圍內未發現大型巖溶通道、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系一般。

3 水文地質問題與控制措施

3.1 水文地質問題

平南三橋北岸主墩基坑開挖深度約為15 m，以強透水的卵石層為基礎持力層。根據橋址區北岸地層水文地質特征，卵石孔隙水承壓水頭超出基底高程10 m以上，北岸主墩基坑開挖即面臨卵石孔隙水突涌的風險。根據水文地質參數計算，北主墩基坑無帷幕條件下總涌水量高達28 981 m3/d。卵石孔隙水的控制是項目建設的關鍵問題，其對橋梁工程的影響主要表現為對基坑突涌的影響及地下水對基坑巖土體的滲流變形作用等，需設計支擋結構及采取地下水控制措施。

3.2 控制措施

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

平南三橋北岸主墩基坑地下連續墻外徑為60.0 m，墻身厚1.2 m，地連墻按不等高設計，嵌入中風化灰巖≥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量和施工進度，確定采用銑接法連接方式，即在兩個一期槽段中間進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部分：(1)地下連續墻環形區一期注漿；(2)基底卵石層二期注漿；(3)效果檢驗后的局部補充注漿。

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。地下連續墻環狀區施工順序為由環狀區兩側向環狀區內部注漿，基底封水注漿順序為自圓形地連墻圓心向四周擴散，單排跳孔施工，完成一孔灌注一孔，嚴禁完成鉆孔后集中灌注。

注漿完成后，對其效果進行檢驗。地連墻環形區一期注漿主要檢驗注漿固結體滲透性；基底卵石層二期注漿檢測卵石注漿后的固結體滲透性及強度。固結體滲透性可以采用圍井檢查法或現場開挖進行驗證，固結體強度可以采用原位測試等方式進行驗證。局部地段驗證結果不滿足設計要求時，應對其進行補充注漿。

3.3 措施應用效果

平南三橋北岸主墩基坑開挖過程中，地下連續墻未發生滲水、變形等情況，卵石層未發生突涌等情況，基坑保持干燥狀態。對卵石固結體強度進行多組檢測試驗后，其承載力等指標有較大改善，均滿足設計要求。北岸主墩基坑圓形地下連續墻+坑底卵石層注漿方案取得了良好的應用效果，為平南三橋順利建成通車提供了有利條件。

4 結語

(1)平南三橋北岸地下水以接受潯江補給為主，卵石層屬強透水層，隨著與潯江距離的增加，地下水與潯江水力聯系逐漸減弱。中風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)地下連續墻具有防滲性能好、墻體剛度大等優點，可有效控制地下水的滲流，同時保持基坑側壁穩定。

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

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