贞望大桥深水陡坡裸岩筑岛施工与实践

文/中交路桥建设有限公司、中交路桥南方工程有限公司 李永春 梁俊杰 赵紫强 王立伟 刘宇

本文以贵州省省道318线望谟至贞丰公路改扩建工程中的贞望大桥主墩桩基施工为例，介绍了桥梁桩基础在深水陡坡裸岩条件下的筑岛施工技术，采用“填土造地”和“岸坡防护”相结合的造地型护岸技术的理念，提出了“基础处理和抛石护脚+碾压回填土+边坡防护”，并对筑岛平台在不同工况下进行稳定性分析。

工程概况

本项目为省道318线（原县道658）位于望谟县境内，贞望大桥跨越北盘江龙滩水库。桥位区位于龙滩水电站上游约185km处。5#、6#主墩为双薄壁墩，墩身宽8.0m，厚2.2m，相邻两薄壁墩净距6.0m，最大墩高49.09m；主墩承台采用15.7×15.7m方形承台，厚度5.0m，承台顶标高360.0m。主墩基础由9根直径为2.8m钻孔灌注桩组成，以排架形式布置，桩间中心距5.6m，采取φ3.2m钢护筒施工。

桥区的地貌特征是结构剥蚀和溶蚀地山河谷地貌，沿河岸有不同大小的水坝。覆盖层为残坡积层碎土（Qel+dl）：褐黄色，结构中密，略湿，约10.0m厚。硬土等级III。下伏基层为三叠系中统新苑组灰岩、泥岩。

项目沿线水系为珠江流域北盘江系，北盘江为测区内主要地表河，流量较大。库区死水位330.0m，最低通航水位355.0m，龙滩电站一期最高水位375.0m。

施工方案研究

贞望大桥横跨北盘江龙潭水库，河谷两侧的地形陡峭。在贞望大桥施工期间，要建设大型桥梁桩基施工平台，在裸岩倾斜，深水及交通条件受到限制的条件下施工难度大。因此，贞望大桥工程采用的“填土筑岛”与“岸坡防护”有机结合的方法搭建施工平台。根据贞望大桥的工程地质条件和岩土的物理力学性质，方案如下：基础处理、抛石护脚+碾压回填土+边坡防护。

筑岛方案设计

碾压土石体基础在335m高程处，抛石处理在335m以下使用，采用强夯压实。抛填块石高程335m～345m的顶部采用堆石坝，堆石坝底部高程为335m，顶部高程为345m，高为10m。迎水面坡度比为1∶1.5，背水面斜率为1∶1。大坝顶部宽4m，底部宽16m。坝内和坝上用土夹石进行回填并碾压。回填土的坡度比为1∶1.5。顶面高程355m。为了确保筑岛岩体的透水性，在预制块的下部放置40cm厚的碎石过渡层和20cm的砂滤层。现在选择典型剖面处的设计下图如图1所示。

图1 剖面设计图

稳定性计算

根据《三峡库区地质灾害防治工程技术要求》，2012年7月，三峡库区地质灾害防治指挥部编制了4个工作条件：工况一，自然状态；工况二，地震状态；工况三，暴雨状态；工况四，水库水位下降状态。

岩土力学参数选取及滑面确定

基础抛石，湿容重17kN/m3，天然内摩擦角35°，饱和内摩擦角为32°，与内聚力无关；土石混合物的饱和容重为19.5kN/m3，天然抗剪强度指标 值分别为15kPa和32°，饱和抗剪强度指标 值分别为12kPa和30°。

稳定性计算方法

根据《三峡库区地质灾害防治工程设计技术要求》（三峡库区地质灾害防治工作部，2012年7月）计算稳定性。

滑动面的折线型，基于极限平衡理论，采用折线型滑动面传递系数法对滑坡稳定性进行了评价，并对剩余下滑力进行了计算。公式如下：

浸润线根据《地质灾害防治工程勘察规范》（DB50/143-2003）计算，参数为：渗透系数：k=3.1×10-6，给水度：u=0.074。

当河（库）的水位下降时，如果河（库）的水位下降前与地下水位相同，则地下水位浸润线依照下式进行计算：

式中：h0，0——下降前的河（库）水位（从隔水层顶部起）（m）；

h0，t——下降后的河（库）水位（从隔水层顶部起）（m）；

hx，t——河（库）水位下降后的计算点的地下水位（从隔水层顶部起）(m)；

F（λ）——河（库）水位对地下水位的影响系数；

t——河（库）水位下降所经历的时间 (s)；

a——导水系数 (m2/s)；

K——渗透系数（m/s）；

M——含水层厚度(m)；

μ——给水度；

x——水位下降后，计算点到河（库）岸的距离（m）。

稳定性计算结果

填土筑岛施工平台稳定系数的计算结果如下表所示。可以看出，在自然状态下（工况1），填土边坡的稳定系数为1.72，岸坡处于稳定状态；在地震状态下(工况2)，岸坡的稳定系数为1.33，岸坡仍处于稳定状态；在暴雨条件下(工况3)，岸坡稳定系数为1.52，岸坡仍然处于稳定状态；最不利的情况是工况4，岸坡的稳定系数为1.20，说明其基本处于稳定状态。因此，使用工况4作为防护工程的控制条件是合理的，也就是说，在岸坡防护设计中，应从排水和填料的角度保证筑岛施工平台的整体稳定性。

表1 各种工况填土岸坡稳定系数

图2 河（库）水位下降引起的地下水位浸润线变化计算图

稳定性计算结果分析

陡坡裸岩筑岛修筑工程稳定性计算结果表明∶填土之后，陡坡裸岩筑岛岸坡稳定性明显增强；库水位降落过程劣化陡坡裸岩筑岛岸坡稳定性；陡坡裸岩筑岛施工平台工程竣工后，大部分筑岛施工平台位于水库水位的涨落区，因此水库水位的反复涨落将对项目的稳定性产生较大影响。

结语

在陡坡裸岩筑岛建设项目中采用“填土造地”和“岸坡防护”相结合的造地型护岸技术的理念，制定了初步整治方案：基础处理＋抛石护脚+堆石坝+碾压回填土+边坡防护。

选取自然状态、地震状态、暴雨状态和水库水位下降状态这4种工况对岸坡进行稳定性计算。计算结果表明，填土后，陡坡裸岩筑岛岸坡稳定性明显增强，但是在库水位降落过程中陡坡裸岩筑岛工程仍处于欠稳定状态。