港珠澳大桥地质勘察特点

2021-08-30王辉

建材与装饰 2021年25期

王辉

（武汉市城市防洪勘测设计院，湖北武汉 450050）

0 前言

海上勘察主要受风浪、潮汐影响，对钻探施工及勘察测试工作有一定的影响，根据桥梁工程特点和工程场地地层特点，制订合适勘察技术方案和施工组织方案，是大桥勘察关键因素。港珠澳大桥工程包括桥梁部分和隧道部分，其中九州航道桥是桥梁工程中关键工程。九洲航道桥采用双塔钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为85+127.5+268+127.5+85=693m。本文以港珠澳大桥工程九州航道桥为例，介绍了勘察技术特点及施工组织特点。

1 场地建设条件

1.1 地形地貌

场区为伶仃洋海域，可分为两槽三滩，内伶仃岛以北发育中部浅滩（矾石浅滩），中部浅滩以东称东槽，又称矾石水道，水深大于10m，向南接暗士顿水道，水深达20～49m。中部浅滩以西为西槽，又称伶仃水道，水深较浅，内伶仃岛以南达10m以上。九洲航道桥段水域，水下地形十分平坦，水深变化较小，九洲航道桥至江海直达船航道桥之间水深为4～5m，九洲航道桥以西水深在3～4m 之间。

1.2 气象

拟建工程区域北靠亚洲大陆，南临热带海洋，属南亚热带海洋性季风气候区。桥区天气特点温暖潮湿、气温年较差不大，降水量多且强度大；桥位区处于热带气旋路径上，登陆和影响桥位的热带气旋十分频繁。本区域的灾害性天气主要有热带气旋，桥位区域经常遭遇强对流天气带来的龙卷、雷击、和短时雷雨大风等灾害性天气。

1.3 水文

伶仃洋水下地形具有西部浅、东部深的横向分布趋势和湾顶窄深、湾腰宽浅、湾口宽深的纵向分布特点，水下地形呈“三滩两槽”的基本格局。

场区潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型，大潮期间日潮现象较明显，小潮期间半日潮现象显著，中潮介于两者之间。

1.4 工程地层岩性

场区覆盖层为第四系全新统：淤泥、淤泥质黏土和淤泥质黏土夹砂；晚更新统晚期陆相沉积物，呈断续分布，局部孔段缺失，层厚较薄，岩性主要为软～可塑状黏土，其下部多分布有薄层松散～中密状的粉砂～砾砂，局部夹有透镜体状的圆砾土；基岩主要为燕山期花岗岩和震旦系片麻状混合花岗岩、混合花岗岩[1]。

2 勘察方案特点

根据场地地质特点和桥梁工程特点，勘察目的以查明桥址基岩岩性、基岩埋深、岩石物理力学性质为主，因此勘察方案以钻探、波速测井、室内试验为主，辅以必要土工试验、标准贯入等原为测试。

2.1 钻孔布置

桥梁钻孔数量依据设计拟定的跨径，墩台位置和尺寸不同，在利用与分析前期已有的工程地质成果基础上按照规范进行合理布置[2]，布孔原则如下：

2.1.1 主桥桥塔

主塔基础采用22根ϕ2.5m钻孔灌注桩，嵌岩桩，行列式布置，墩外轮廓长、宽分别为40.50m和26.10m，桩底持力层为中风化花岗岩。

主桥桥塔钻孔布置以控制桥梁墩位处地层为原则，钻孔布置在基础边界转折点、中心的桩位或中线上，每个桥塔布置9个钻孔（见图1），依据桩位及中心线均匀布置。

图1 主塔钻孔灌注桩基础构造（灰色圆点为钻孔）

2.1.2 辅助墩

辅助墩基础采用16根ϕ2.2m钻孔灌注桩，嵌岩桩，行列式布置，墩外轮廓长、宽分别为36.10m和16.60m，桩底持力层为中风化花岗岩（见图2）。

图2 辅助墩钻孔灌注桩基础构造（灰色圆点为钻孔）

辅助墩钻孔布置以控制桥梁墩位处地层为原则，钻孔布置在基础边界线角点的桩位及墩中心桩位上，每个桥塔布置6个钻孔（见图2）；钻孔依据桩位均匀布置。

2.1.3 边墩

边墩基础采用6根ϕ2.2m钻孔灌注桩，嵌岩桩，行列式布置，墩外轮廓长、宽分别为17.60m和10.60m，，嵌岩2～3d。边墩钻孔布置以控制桥梁墩位处地层为原则，钻孔布置在角点的桩位上，每个墩位布置2个钻孔。

2.2 波速测井

（1）剪切波速测试。剪切波速目的主要为划分场地土类型，判别场地类别。剪切波测钻孔布置原则，从地貌单元、地层岩性、覆盖层厚度三个方面考虑，所进行测试的钻孔具有代表性，本次勘察进行剪切波速测试钻孔，2个主塔各布置1孔，辅助墩引桥布置2～4孔，进行钻孔剪切波测试，测点间距1m。

（2）声波测井。主要目的是查明基岩岩体完整性程度，特别破碎岩体发育特征，为桥梁基础持力层选型提供地质依据。本次勘察在以基岩为桩基持力层桥墩进行，主塔墩每墩不少于2孔，辅助墩不少于1孔，引桥对于揭示有破碎基岩的钻孔，应进行声波测试，以便于准确分层，并划分基岩的完整性。

2.3 原位测试及室内试验

原位测试工作主要为标准贯入试验、重型动力触探，其目的是结合覆盖层钻探、室内试验进行地层划分，提供岩土物理力学参数，选1/3钻孔进行。室内试验主要进行岩石的饱和单轴抗压强度、密度、吸水率试验。

3 勘察施工组织特点

3.1 钻探施工平台

海上地质钻探首先要选择合适的施工平台，施工平台求既能抵御海潮及较大的海浪、涌浪，确保施工或台风来临前或驶离现场避风，确保施工安全，又能满足钻探及原位测试施工工艺要求[3]。

3.1.1 钻探船舶及设备的选定

鉴于港珠澳大桥海况复杂，为确保生产安全和效率，水上钻探选用满足以下指标的工程船舶和钻探设备：①钻探船舶和交通辅助船，应满足现场复杂海域钻探需要，为非内河船，船舶具有抗七级风的能力[4]；②勘探工作船舶额定载重能力应注意其适宜性，部分浅水区段宜采用吃水浅的船舶；③钻机钻深能力应不小于500m。

3.1.2 钻探船的设计与拼装

①在海船一侧的中部伸出平台；②平台伸出船舷边的距离为3m，钻孔中心离船舷边400mm，平台伸出船舷部分的面积为3m×6m；③平台由12根Ⅰ20（20#工字钢）做为骨架；平台全部由4cm木板覆盖。

3.1.3 钻探船的锚固定位

①钻船定位锚具：锚重一般应在1t左右，锚型应根据流速及河床底质决定，锚绳采用ϕ28mm钢丝绳，长应大于5倍水深。整个锚系一般呈“*”型，必要时还应增设锚具；②锚固过程的调整：由于海域涨落潮水流方向的变化，在实施过程中应根据潮流适当松紧锚绳，或抛置备用锚，确保在涨落潮期间或水流紊乱时将船锚固住；③锚绳长度应控制在100～300m之间。

3.2 钻孔定位与高程测量

海上勘察施工受潮汐、风浪影响，钻孔定位和高程测量勘察工作中的难点[5]。

本次勘察拟采用TRIMBLER8双频GPS接收机进行钻孔定位工作。定位基准应以HZMB-CORS和港珠澳大桥首级控制网为依据。具体工作时，先将钻孔坐标、锚位坐标等已知数据输入控制电脑中，由TRIMBLER8GPS接收机、HD-370超声波数字测深仪及导航成图软件实时显示船只运行轨迹、航向、航速以及船只偏离设计航线的距离等，引导、指挥施工船移动，在施工船到达预定位置后即可抛锚；待钻船稳定后即进行钻孔的校位，并确保钻孔平面位置满足勘察技术要求（不超过0.5m），然后下入外层保护套管（ϕ180mm）。

在套管稳定后测量人员对孔口位置的坐标、高程进行测量，同时采用测深仪测量出水深，计算其孔口高程。