平南三桥北岸主墩水文地质问题与工程控制措施分析

李开洋，潘荣建，罗安民

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

平南三桥位于广西平南县上游约6 km处，为广西荔浦至玉林高速公路平南北互通连接线上跨越浔江的一座特大桥。平南三桥主桥采用主跨575 m的中承式钢管混凝土拱桥，为当前世界建成的最大跨径钢管拱桥。平南三桥北岸主墩临近浔江，工程地质与水文地质条件复杂，基坑开挖深度大，地下水控制措施及基坑支护方案尤为重要，将直接影响工程的施工安全与进度。本文以平南三桥北岸工程地质及水文地质勘察为依托，对北岸主墩的水文地质问题进行研判，并提出相应的工程控制措施。

1 工程地质概况

平南三桥北岸主墩地质条件见表1和图1，由上至下依次为硬塑状粉质黏土、可塑状粉质黏土、卵石、泥灰岩。

表1 北岸主墩地质简要信息一览表

图1 北主墩地层示意图

拟建桥梁北岸主墩基础为整体式圆形基础，基础底面标高为11.0 m，基础持力层为卵石层。北主墩分布卵石孔隙水和岩溶裂隙水两层地下水，均具承压性。卵石孔隙水承压水头超12 m，超出基底高程10 m以上，北岸主墩基坑开挖即面临卵石孔隙水突涌的风险。查明北岸主墩水文地质特征，以针对性地采取有效工程控制措施，对工程建设及运营相当重要。

2 水文地质条件

2.1 水文试验方案

为查明桥址区浔江阶地的地下水特征、补径排关系、与浔江的水力联系等，在平南三桥北主墩基础周边围护区域所有钻孔的基岩中进行压水试验，在北主墩卵石层布置抽水试验。桥址区北岸主墩水文地质试验平面布置方案见图2。

图2 北岸主墩水文地质试验平面布置图

2.2 卵石层渗透性分析

结合桥址区北岸的地质特征，本次卵石层抽水试验采用稳定流抽水试验方法。卵石层抽水试验共设计3个降深段，分别为2.5 m、5.0 m和7.5 m，抽水时降深按从小到大的顺序进行。通过抽水试验成果，根据规范及相关研究[1-2]，计算出卵石层渗透系数(见表2)。

表2 卵石层抽水试验成果一览表

通过抽水试验结果可知，桥址区北岸卵石层渗透系数平均值为0.054 cm/s，渗透性等级属强透水层。卵石孔隙水稳水位与浔江水位相近，与浔江河水水力联系较强。在抽水试验的三组降深中，平行河流方向的渗透系数大于垂直河流方向的渗透系数，说明远离浔江后，卵石层渗透系数降低，卵石层与浔江河水水力联系减弱。

2.3 基岩渗透性分析

桥址区北岸基础周边围护区域布置压水试验钻孔，通过桥址区北岸多组压水试验结果，根据规范及相关研究[3-4]，计算北主墩岩层透水率平均值为37.9 Lu，渗透性等级属中等透水。

北岸岩性以碎裂结构、变余结构的泥灰岩为主，岩石经碎裂变质，微裂隙较发育，故整体透水性较强。结合地面物探和孔间CT测试成果，桥址区北岸主墩范围内未发现大型岩溶通道、大型溶洞相互贯通或与浔江河水连通，主墩岩溶裂隙水与浔江水力联系一般。

3 水文地质问题与控制措施

3.1 水文地质问题

平南三桥北岸主墩基坑开挖深度约为15 m，以强透水的卵石层为基础持力层。根据桥址区北岸地层水文地质特征，卵石孔隙水承压水头超出基底高程10 m以上，北岸主墩基坑开挖即面临卵石孔隙水突涌的风险。根据水文地质参数计算，北主墩基坑无帷幕条件下总涌水量高达28 981 m3/d。卵石孔隙水的控制是项目建设的关键问题，其对桥梁工程的影响主要表现为对基坑突涌的影响及地下水对基坑岩土体的渗流变形作用等，需设计支挡结构及采取地下水控制措施。

3.2 控制措施

根据工程地质及水文地质条件，结合相关案例研究[5-6]，推荐平南三桥北岸主墩基坑采用圆形地下连续墙围护结构(兼作悬挂式截水帷幕)+坑底卵石层注浆隔水封底措施。地下连续墙具有防渗性能好、墙体刚度大等优点，墙体几乎不透水，且可以承受很大的土压力，极少发生基坑塌方事故。卵石层注浆的目的：(1)为了辅助地下连续墙成槽施工，避免地下连续墙施工时卵石层坍塌；(2)降低坑底卵石层的渗透性，达到基底防渗的目的，同时提高卵石层的承载力指标。

平南三桥北岸主墩基坑地下连续墙外径为60.0 m，墙身厚1.2 m，地连墙按不等高设计，嵌入中风化灰岩≥4.0 m，地连墙顶面高程为24.0 m，底面高程为-11.0～-5.0 m，墙高29.0～35.0 m。地连墙施工槽段分一期和二期两种槽段：一期槽段采用普通三铣成槽；二期槽段采用一铣成槽。为了确保地连墙的施工质量和施工进度，确定采用铣接法连接方式，即在两个一期槽段中间进行二期槽段成槽施工，铣掉一期槽段端头的部分混凝土形成锯齿形搭接。

北岸主墩基坑注浆工程分为三个部分：(1)地下连续墙环形区一期注浆；(2)基底卵石层二期注浆；(3)效果检验后的局部补充注浆。

北岸主墩基坑注浆工程均采用静压双液注浆，自下而上栓塞分段灌浆。地下连续墙环状区施工顺序为由环状区两侧向环状区内部注浆，基底封水注浆顺序为自圆形地连墙圆心向四周扩散，单排跳孔施工，完成一孔灌注一孔，严禁完成钻孔后集中灌注。

注浆完成后，对其效果进行检验。地连墙环形区一期注浆主要检验注浆固结体渗透性；基底卵石层二期注浆检测卵石注浆后的固结体渗透性及强度。固结体渗透性可以采用围井检查法或现场开挖进行验证，固结体强度可以采用原位测试等方式进行验证。局部地段验证结果不满足设计要求时，应对其进行补充注浆。

3.3 措施应用效果

平南三桥北岸主墩基坑开挖过程中，地下连续墙未发生渗水、变形等情况，卵石层未发生突涌等情况，基坑保持干燥状态。对卵石固结体强度进行多组检测试验后，其承载力等指标有较大改善，均满足设计要求。北岸主墩基坑圆形地下连续墙+坑底卵石层注浆方案取得了良好的应用效果，为平南三桥顺利建成通车提供了有利条件。

4 结语

(1)平南三桥北岸地下水以接受浔江补给为主，卵石层属强透水层，随着与浔江距离的增加，地下水与浔江水力联系逐渐减弱。中风化基岩属中等透水层，透水率主要受裂隙和岩溶等控制，岩体裂隙越大，岩层的透水性越大。

(2)地下连续墙具有防渗性能好、墙体刚度大等优点，可有效控制地下水的渗流，同时保持基坑侧壁稳定。

(3)北岸主墩卵石层注浆后，渗透性显著降低，承载力等指标有较大改善，基坑开挖过程中未发生突涌等情况，基坑保持干燥状态。

(4)平南三桥北岸主墩水文地质试验所获参数与实际情况吻合，为平南三桥建设提供了可靠资料，可为类似工程建设提供参考。