某大桥工程承台降水方案比选及设计
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【摘要】结合某大桥工程实例，对水文地质条件、承台降水工程量增加情况、承台降水方案的比选及降水方案的设计进行了论述。
【关键词】设计；承台降水；比选
一、工程概况：
希望路位于新区伊滨区中部，东西贯穿整个新区，往西可至偃南产业区，是新区内一条重要的东西向交通干道，是新区伊滨区东西向的对外联系通道，并承担过境交通功能。希望路全段约5143.87m，道路规划为城市主干路。希望路跨伊河大桥工程位于希望路西段，洛龙区槐树湾村与偃师市诸葛镇裴村附近，起止点桩号K1+449.145～2+260.145,桥长811m，桥梁面积32440m2，工程造价将近2亿。
二、水文地质条件
（一） 水文条件
地质勘察期间经27个钻孔水位观测，地下水主要赋存于②层、④层卵石及以下各层中，地下水埋藏深度0.60～4.70m，水位136.51～137.96m。地下水类型为孔隙潜水，主要接受大气降水和伊河河水补给。勘察期间伊河河水位为136.18～137.98m，根据区域水文地质资料和调查，伊河河水水位年变幅为2m～3m。
（二）桥位区工程地质条件
桥位区位于伊河中下游，由于河水的游荡冲刷，河道较宽阔。现河道以东多为鱼塘、采砂坑，河道以西多为耕地、果园及苗圃。 6#墩以西属伊河Ⅰ级阶地，地形平坦，地面高程为141.62～142.96m，以东地形有起伏，地面高程为137.29～142.78m。地貌单元属伊河河床、河漫滩及Ⅰ级阶地。拟建桥位区根据钻探揭露，在勘探深度内，地层共分13个主层，上部以第四系全新统、上更新统冲洪积形成的卵石为主，下部为上第三系洛阳组粘土岩、砂岩、砾岩为主。
三、承台降水工程量增加情况：
希望路跨伊河大桥工程招投标过程中，招标图中主河槽宽度为200m，主河槽中承台设计标高是按现状河道断面控制的。从工程地质勘察报告知，伊河常水位为138.045m，招标图中主河槽内承台顶标高为138.688～138.970m，与常水位基本持平。中标后，收到的正式施工图中，主河槽宽度却变更为了450m，更主要的是，4～12#承台的设计顶标高下调了4.5～6.4m，如果按此情况施工，不光承台基坑开挖土方工程量将增加，承台降水工程量也将显著增加，降水难度也明显增大。
根据正式施工图和现场地形情况，4～12#每个桥墩处须开挖一个下口长、宽约43m、11m，上口长、宽约60m、30m，基底高程约为130.5m，边坡坡度为1:1的土石方承台基坑。基坑开挖深度约为10m，现况地下水位高程约为135.5m，地下水位以下开挖深度超过5m，须先进行降水、止水才能实现干地施工开挖，故需要进行基坑降水施工。根据施工开挖要求，将开挖范围的地下水位降至基坑基底高程以下1m，即129.5m左右，确保在基坑施工过程当中，场地始终处于干燥状态。按目前这种情况，进行4～12#桥墩承台施工时，不能再按原先投标时承诺的施工方案进行施工，需进行专题研究，选择更合适的降水方案。
四、承台降水方案的比选
（一）确定方案的原则
1、系统考虑原则。整个承台施工是个系统工程，降水施工不光要考虑把水位降下去，还需保证在承台钢筋、模板和砼施工期间，作业人员操作的安全和方便。
2、方案应同时满足安全、可行、经济、环保的原则。
3、基坑维护结构的安全系数按二级考虑的原则。
（二）可供比较的降水方案
大方向有两点，要么强排水，要么隔水加上小规模明排水。通过渗流稳定分析，完全降水对大面积基坑抗渗流稳定有影响，若选择隔水作用的结构代替完全降水，就可使大面积基坑抗渗流稳定性得以保证，所以我们主要考查了隔水的方案.
（三）方案的确定
通过对可供选择方案的深入分析、比较和综合评价，确定方案为：
4～6#墩地处伊河Ⅰ级阶地，地形平坦，受伊河河水影响较小，按常规做法，4～6#墩采用管井降水方案，管井降水经济、有效，通过基坑涌水量的计算，大致确定了所需降水井的数量，因左右幅承台间距较近，为避免重复施工，一个桥墩处的左右幅承台同时进行施工，每个墩台处需要布置降水井22眼，每眼降水井25m，共计1650m，另需配套投入水泵、电缆线、配电柜等材料和设备。
7～12#墩附近施工场地④卵石层分布变化幅度较大，从7#～12#墩附近钻孔的工程地质纵剖面图可知，④卵石层厚度仅为4m左右，厚度最大处7m，位于9#墩附近，而⑤卵石层普遍缺失，下伏土层即为粘土岩，可以做为隔水层使用。上下地层渗透系数差异过大，含水层厚度偏小，此种地层使用管井降水效果不佳。7～12#墩改用截渗墙隔水方案。在距拟开挖基坑底部承台周围设置防渗墙，深度进入粘土岩，此法可以显著阻止坑外的地下水涌入坑内，坑内只需使用小规模明泵排水即可。此法对于含水层厚度小的地层效果甚佳，施工简单，造价合理。
五、降水方案的设计
（一）管井降水
降水井的主要目的是有效降低卵石层的潜水水位，使开挖工作面处于一个相对干燥状态，保证基坑底板承台施工的顺利进行；同时降水井还可以拦截补给基坑坡脚的地下水源，消除基坑边坡的渗透涌水，提高边坡的稳定。综合考虑工程场区的水文地质条件、开挖方法、开挖断面特点、现场施工条件、基坑降水涌水量估算结果、基坑降水要求等因素，具体设计如下：
承台基坑开挖采用二级放坡，降水井布置于4～6#墩基坑的二级台阶上，拟建承台外侧，距二级放坡坡顶边缘2m，井深25m，井间距5～6.5m，降水井待基坑开挖至一级放坡坡底（绝对标高136.0）后开始施工。工序流程及要求如下：
（1）定位：井位偏差小于50cm。钻井设备就位后，必须平正、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动；
（2）钻井：采用冲击钻井机成孔，要求孔底不留沉渣，井孔要求正、圆、直、孔斜率＜1%。严格控制护壁土料粘粒含量及泥浆比重，在容易产生泥浆渗漏的地层中及时采取维持孔壁稳定的措施；
（3）冲孔换浆：利用钻具将稀泥浆压入井底，由下而上将井里稠泥浆逐渐顶替换稀；
（4）下管：按设计长度下管，管口露出地面0.5m，每两根管绑一道扶正器。井管居中，不偏不斜。
（5）填滤及止水：井管下到孔底后，按降水井结构要求在过滤器段填充滤料（砂卵石层填滤规格一般以含水层颗粒直径d70-90的8～10倍为宜），非过滤器段用粘土球封堵。
（6）洗井：利用泥浆泵反吹洗井，井内沉渣不得大于0.20m。
（7）安装水泵（水泵下置深度为井底以上2m）、真空泵、排水管，遮盖、密封（真空泵运行前）井口，使降水井进入工作状态。
（二）截渗墙
承台基坑开挖采用二级放坡，降水井布置于基坑的二级台阶上，拟建承台外侧，距二级放坡坡顶边缘2m，布置防渗墙，深度控制在进入粘土岩50cm，待基坑开挖至一级放坡坡底（绝对标高136.0）后开始施工。由工程地质纵剖面图可知，防渗墙造孔成槽需穿过的地层主要是卵石层。防渗墙塑性砼抗压强度为1.5～2.5MPa，渗透系数小于10 -7cm/s，设计墙厚0.80m，设计嵌入砂质粘土岩深度0.5m。
根据以往防渗墙的施工经验，拟定本工程混凝土防渗墙总体施工方案为：
（1）“钻劈法”成槽；
（2）采用膨润土泥浆护壁，泥浆各项性能指标满足施工要求，确保其携带岩碴和维护孔壁稳定的能力, 采用气举反循环法清孔换浆；
（3）ZJ1500型泥浆搅拌机制浆，ZX-200型泥浆净化系统处理废浆，循环使用， 废渣由自卸车及时运至弃渣场；
（4）泥浆下直升导管法浇筑混凝土，25t汽车起重机配合混凝土浇筑；
（5）混凝土拌和车运送混凝土至浇筑槽孔；
（6）采用“接头管法”进行墙段连接；
（7）一个承台的防渗墙预计20天左右施工完成。
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