海口市红城湖越江通道地下水特征浅析

黎 奇

(海南地质综合勘察设计院,海南 海口 570000)

1 概况

红城湖越江通道位于海口市南渡江中部,琼州大桥与海瑞大桥之间,横穿南渡江和司马坡岛,连接主城区和江东新区。红城湖越江通道是城市中心骨干路网环线的一个组成部分。对海口市城区组团结构发展起到至关重要的作用,是海口中心区城市东西发展主轴,是连接长流组团、中心组团、江东组团的城市准快速化通道,是海口市主城区对外联系的重要快速通道。

2 区域构造与地震

红城湖越江通道工程地处海口市南渡江下游,横穿南渡江,位于琼北凹陷盆地的东部,区域构造格局由近东西向、南北向、北西向和北东向四组断裂构造组成,近东西向断裂控制着断陷盆地的形成和发展,而北西、北东向断裂构造控制盆地内次级构造的形成和分布。项目沿线所经地貌单元有滨海堆积平原、河床等。地抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.30 g,设计地震分组为第二组[1]。

3 区域水文

场地穿越南渡江,南渡江是海南岛的第一大河流,其流经琼中、澄迈、定安、海口等市县,全长344 km,流域面积大于7 033 km2,场区位于其下游,距出海口约9 km。根据龙塘水文站2009-2015年资料,南渡江最小日迳流量14.2～24×108m3,平均日迳流量70.6～255×108m3。据调查,南渡江水位受涨落潮影响,勘察期间项目区南渡江水位为0.81～1.90 m,日变幅约1.50 m,根据收集资料,项目区南渡江的百年一遇最高洪水水位为7.01 m(85高程)。

4 地下水特征类型

根据场地地形地貌,本次勘察场地分为主城区、河床区及江东区三个水文地质单元和3个含水层组,分别为松散岩类孔隙-裂隙潜水、松散岩类孔隙微承压水、松散-半固结岩类孔隙承压水,其含水介质特征主要为:

4.1 松散岩类孔隙-裂隙潜水(Ⅰ)

富水性强,主要受大气降水及地表水补给,水位变化因气候、季节而异。由于孔隙潜水与地表水、河水有密切的水力联系,尤其靠近南渡江边的地下水位受潮汐水影响相对较大,潮涨时水位上升,潮落时水位随之下降,水位不稳定。地下水总体自南向北径流,向琼州海峡排泄;靠近南渡江边的地下水自西向东径流,向南渡江排泄。本次勘察期间所测地下静止水位埋深为0.30～4.80 m,相应水位标高为1.20～5.55 m,地下水年变幅约3 m。

4.2 松散岩类孔隙微承压水(Ⅱ)

富水性中等;主要受上层渗透和侧向补给,自西南向北径流,向琼州海峡排泄,水位变化因气候、季节而异。本次勘察期间所测地下静止水位埋深为3.20～12.00 m,相应水位标高为-1.91～0.08 m,该含水层顶板标高-17.67～-6.35 m,地下水年变幅约3 m。该层地下水位于相对隔水层淤泥质粉质黏土层下,水位高于顶板,为微承压水。但相对隔水层局部厚度较薄(仅2.5 m),且局部不均匀含有中细砂,该层地下水与上层孔隙潜水会存在一定的水力联系该层地下水对隧道基坑开挖和盾构施工影响较大。

4.3 松散-半固结岩类孔隙承压水(Ⅲ)

富水性强,主要接受侧向补给,水位变化因气候、季节而异。自南向北径流,向琼中海峡中排泄。本次勘察期间所测地下静止水位埋深为5.20～14.00 m,相应水位标高为-3.95～-0.09 m,地下水年变幅约2 m。

上述三种地下水并不存在完全各自独立的地下水位,而是相互之间具有一定的水力联系,共同作用。

5 室内外水文地质测试

本次勘察为查明场地主要含水层的透水性和富水性,选择了对海陆交互相沉积土、海相沉积土、中等风化玄武岩层进行了水文地质试验。试验方法采用注水试验和单孔完整井稳定流抽水试验。

5.1 抽水试验

采用单孔完整井稳定流抽水,均进行三次降程试验,试验程序和稳定时间符合规范要求。根据水文地质条件和试验模式,依据《工程地质手册》第五版选用相关公式进行了水文地质参数计算,计算公式如下[2]:

潜水完整井单井抽水试验:

无边界潜水完整井公式(无观测孔):

(1)

(2)

承压水完整井单井抽水试验:

(3)

(4)

上述式子中:K为渗透系数(m/d);Q为涌水量(m3/d);R为影响半径(m);r为抽水孔半径,为0.054 m;H为含水层厚度(m);M为含水层厚度(m);s为抽水孔水位降深(m)

通过潜水和承压完整井稳定流计算渗透系数K值和影响半径R值。抽水试验成果见表1和表2。

表1 抽水试验成果表(潜水)

表2 抽水试验成果表(承压水)

5.2 注水试验

本次勘察在钻孔严重漏水孔段和卵石层进行钻孔注水试验,共进行5个孔注水试验,其计算结果见表3,计算采用以下公式[2]:

地下水位以上:

(5)

地下水位以下:

(6)

式中:K为试验岩土层的渗透系数,cm/s;Q为注入流量,L/min;H为试验水头,m;等于试验水位与地下水位之差;A为形状系数,m;L为试验段长度,m;r为钻孔半径m。

5.3 室内渗透试验

本次勘察在砂土和主要黏土层共采取土样进行渗透试验,其成果统计见下表4。

5.4 含水层水文参数综合确定

通过本次勘察水文地质试验和室内试验,参照《城市轨道交通岩土工程勘察规范》(GB50307-2012)第10.3.5条[3],并结合当地经验综合确定区间各主要岩土层水文参数,详见表5。

6 地下水的腐蚀性评价

本次勘察在主城区、河床区、江东区分别在钻孔中采取地下水潜水、承压水水样,在1、2、3#抽水试验井中采取水样,分别于涨落潮的时候采取南渡江河水样,据《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-2011)附录K.0.2节[4]进行水的腐蚀性评价,按Ⅱ类环境、强透水层(A)判别,其判定结果详见表6。

由以上判别结果,综合评价为:Ⅰ层地下水对混凝土结构均具弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋均为微腐蚀性;

Ⅱ层地下水对混凝土结构均具弱腐蚀性,在长期浸水的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性,干湿交替的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性;

Ⅲ层地下水对混凝土结构均具弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性;

南渡江水对混凝土结构均具弱腐蚀性,在长期浸水的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性,干湿交替的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性。

7 结语

(1)本场地地下水情况复杂,对本工程影响极大。根据本次勘察可知,场地的地下水类型可分为松散岩类孔隙-裂隙潜水(Ⅰ)、松散岩类孔隙微承压水(Ⅱ)、松散-半固结岩类孔隙承压水(Ⅲ)。三种地下水并不存在完全各自独立的地下水位,而是相互之间具有一定的水力联系,共同作用。

(2)根据本次所采取水样水质分析成果,判定结果为:拟建场地属Ⅱ类环境,Ⅰ层地下水对混凝土结构均具弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋均为微腐蚀性;Ⅱ层地下水对混凝土结构均具弱腐蚀性,在长期浸水的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性,干湿交替的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性;Ⅲ层地下水对混凝土结构均具弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性;南渡江水对混凝土结构均具弱腐蚀性,在长期浸水的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性,干湿交替的条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性。

(3)盾构段穿越的含水层与南渡江水有较强的水力联系,涌水量大,施工时需做好隔水和排水措施;盾构段上部相对隔水层主要为淤泥质粉质黏土,该层厚度薄、且水平存在较大差异。物理力学性质差,总体降水安全性及可靠性较低。区域上不排除存在地质缺失的情况,即存在地表南渡江江水涌入隧道的可能性。建议加强地下水的超前探测或预报;盾构段两端顶板地层直接与江水两通,施工前应做好隔水止水措施。