貞望大橋深水陡坡裸巖筑島施工與實踐

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

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

工程概況

本項目為省道318線（原縣道658）位于望謨縣境內，貞望大橋跨越北盤江龍灘水庫。橋位區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；主墩承臺采用15.7×15.7m方形承臺，厚度5.0m，承臺頂標高360.0m。主墩基礎由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鋼護筒施工。

橋區的地貌特征是結構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，結構中密，略濕，約10.0m厚。硬土等級III。下伏基層為三疊系中統新苑組灰巖、泥巖。

項目沿線水系為珠江流域北盤江系，北盤江為測區內主要地表河，流量較大。庫區死水位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潭水庫，河谷兩側的地形陡峭。在貞望大橋施工期間，要建設大型橋梁樁基施工平臺，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”有機結合的方法搭建施工平臺。根據貞望大橋的工程地質條件和巖土的物理力學性質，方案如下：基礎處理、拋石護腳+碾壓回填土+邊坡防護。

筑島方案設計

碾壓土石體基礎在335m高程處，拋石處理在335m以下使用，采用強夯壓實。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。壩內和壩上用土夾石進行回填并碾壓。回填土的坡度比為1∶1.5。頂面高程355m。為了確保筑島巖體的透水性，在預制塊的下部放置40cm厚的碎石過渡層和20cm的砂濾層。現在選擇典型剖面處的設計下圖如圖1所示。

圖1 剖面設計圖

穩定性計算

根據《三峽庫區地質災害防治工程技術要求》，2012年7月，三峽庫區地質災害防治指揮部編制了4個工作條件：工況一，自然狀態；工況二，地震狀態；工況三，暴雨狀態；工況四，水庫水位下降狀態。

巖土力學參數選取及滑面確定

基礎拋石，濕容重17kN/m3，天然內摩擦角35°，飽和內摩擦角為32°，與內聚力無關；土石混合物的飽和容重為19.5kN/m3，天然抗剪強度指標 值分別為15kPa和32°，飽和抗剪強度指標 值分別為12kPa和30°。

穩定性計算方法

根據《三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求》（三峽庫區地質災害防治工作部，2012年7月）計算穩定性。

滑動面的折線型，基于極限平衡理論，采用折線型滑動面傳遞系數法對滑坡穩定性進行了評價，并對剩余下滑力進行了計算。公式如下：

浸潤線根據《地質災害防治工程勘察規范》（DB50/143-2003）計算，參數為：滲透系數：k=3.1×10-6，給水度：u=0.074。

當河（庫）的水位下降時，如果河（庫）的水位下降前與地下水位相同，則地下水位浸潤線依照下式進行計算：

式中：h0，0——下降前的河（庫）水位（從隔水層頂部起）（m）；

h0，t——下降后的河（庫）水位（從隔水層頂部起）（m）；

hx，t——河（庫）水位下降后的計算點的地下水位（從隔水層頂部起）(m)；

F（λ）——河（庫）水位對地下水位的影響系數；

t——河（庫）水位下降所經歷的時間 (s)；

a——導水系數 (m2/s)；

K——滲透系數（m/s）；

M——含水層厚度(m)；

μ——給水度；

x——水位下降后，計算點到河（庫）岸的距離（m）。

穩定性計算結果

填土筑島施工平臺穩定系數的計算結果如下表所示。可以看出，在自然狀態下（工況1），填土邊坡的穩定系數為1.72，岸坡處于穩定狀態；在地震狀態下(工況2)，岸坡的穩定系數為1.33，岸坡仍處于穩定狀態；在暴雨條件下(工況3)，岸坡穩定系數為1.52，岸坡仍然處于穩定狀態；最不利的情況是工況4，岸坡的穩定系數為1.20，說明其基本處于穩定狀態。因此，使用工況4作為防護工程的控制條件是合理的，也就是說，在岸坡防護設計中，應從排水和填料的角度保證筑島施工平臺的整體穩定性。

表1 各種工況填土岸坡穩定系數

圖2 河（庫）水位下降引起的地下水位浸潤線變化計算圖

穩定性計算結果分析

陡坡裸巖筑島修筑工程穩定性計算結果表明∶填土之后，陡坡裸巖筑島岸坡穩定性明顯增強；庫水位降落過程劣化陡坡裸巖筑島岸坡穩定性；陡坡裸巖筑島施工平臺工程竣工后，大部分筑島施工平臺位于水庫水位的漲落區，因此水庫水位的反復漲落將對項目的穩定性產生較大影響。

結語

在陡坡裸巖筑島建設項目中采用“填土造地”和“岸坡防護”相結合的造地型護岸技術的理念，制定了初步整治方案：基礎處理＋拋石護腳+堆石壩+碾壓回填土+邊坡防護。

選取自然狀態、地震狀態、暴雨狀態和水庫水位下降狀態這4種工況對岸坡進行穩定性計算。計算結果表明，填土后，陡坡裸巖筑島岸坡穩定性明顯增強，但是在庫水位降落過程中陡坡裸巖筑島工程仍處于欠穩定狀態。