李益-環(huán)境巖土-港珠澳大橋工程環(huán)境影響分析及防治

1、環(huán)境巖土工程論文 標題 港珠澳大橋工程環(huán)境影響分析及防治 學(xué)生姓名 李 益 指導(dǎo)教師 趙紅亮 學(xué) 院 土木工程與力學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 地質(zhì)工程 年 級 2008級二零一一年五月摘要港珠澳大橋是中國繼杭州灣大橋之后有一座世界級大橋。港珠澳大橋的建設(shè)將加速粵、港、澳經(jīng)濟一體化進程，提升大珠江三角洲的綜合競爭力；加速港澳新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進港澳經(jīng)濟持續(xù)繁榮和穩(wěn)定發(fā)展；加快珠江三角洲西岸社會經(jīng)濟發(fā)展。；有利于粵、港、澳揚長避短，深化區(qū)域分工，推動內(nèi)地市場體系發(fā)展；拉動粵西乃至廣大西部地區(qū)經(jīng)濟，擴大港、澳經(jīng)濟腹地和輻射范圍；促進粵、港、澳三地物流業(yè)和旅游業(yè)快速發(fā)展；推動大珠江三角洲地區(qū)快速交通網(wǎng)絡(luò)的形成

2、，滿足兩岸三地跨界交通需求不斷增長的需要；促進泛珠江三角洲乃至東盟自由貿(mào)易區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展及廣泛聯(lián)系。本文簡略談及大橋工程對自然環(huán)境的影響，重點論述大橋工程所涉及區(qū)的地質(zhì)環(huán)境（主要為巖土環(huán)境）對大橋的影響，其影響包括對橋基礎(chǔ)的影響，人工島的影響，海底沉管隧道的影響。根據(jù)影響的成因和方式，提出相應(yīng)的方案。大橋工程采用相應(yīng)的措施后，可將影響降至最低，從而達到設(shè)計目標，是大橋安全穩(wěn)定運行120年。關(guān)鍵詞：港珠澳大橋；工程環(huán)境；軟土處理，軟基危害；環(huán)境巖土工程；人工島；海底隧道目錄1 前言 12工程對自然環(huán)境的影響分析及防治. 23橋址區(qū)巖土環(huán)境及巖土工程特性. 5 3.1 橋址區(qū)巖土環(huán)境. 53.2 第

3、四紀巖土發(fā)展史. 73.3第四紀巖土工程特性. 94橋址區(qū)巖土環(huán)境對大橋及隧道的影響. 11 4.1巖土對大橋的影響. 11 4.1.1軟土的影響. 114.1.2淺層氣的影響. 124.1.3地下水的影響. 12 4.2巖土環(huán)境對人工島的影響. 12 4.3巖土環(huán)境對海底隧道的影響. 14 4.3.1軟土過大沉降的危害. 14 4.3.2軟土不均勻沉降的危害. 145 橋址區(qū)環(huán)境巖土工程問題防治措施. 15 5.1橋梁基礎(chǔ)的防治措施. 15 5.1.1非通航孔橋基礎(chǔ). 15 5.1.2通航孔橋基礎(chǔ). 16 5.2人工島的防治措施. 17 5.3海底隧道的防治措施. 186結(jié)論. 19參考文獻

4、. 201前言香港、澳門，珠三角地區(qū)是我國經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一，三者在陸上交通直接聯(lián)接將進一步促進三地的經(jīng)濟和社會的聯(lián)系。加強同內(nèi)地的聯(lián)系、促進經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境的改善，管理經(jīng)驗的交流以及滿足國際貿(mào)易增長的要求。地區(qū)間的集群輻射效應(yīng)將會更加巨大，港珠澳大橋的修建將使三者緊密的聯(lián)系在一起，對香港、澳門以及珠江三角地區(qū)產(chǎn)生深遠影響。港珠澳大橋全長49.968km，工程包括海中橋隧工程、港珠澳三地口岸、港珠澳三地連接線等三項主要內(nèi)容。橋隧工程起自香港大嶼山，穿（跨）越珠江口航道，止于港珠澳口岸人工島，全長35.6km，其中，采用隧道方案6.7km，其余路段約22.9km 采用橋梁方案。大橋主體工程采用雙向

5、6車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計壽命為120a，可抗八級地震.大橋?qū)⒂?015年至2016年建成。大橋建成后，將形成連接珠江東西兩岸新的公路運輸通道。整個工程預(yù)計投資720多億元?？诎恫捎谩叭厝龣z”模式分別由各方建設(shè)、各自獨立管轄。由于海上總長達35.578 km，包含隧道、橋梁、人工島等多種結(jié)構(gòu)形式，加之大橋所處的伶仃洋海域，水域環(huán)境較為復(fù)雜，港珠澳大橋?qū)⑹侵袊煌ㄟ\輸史上技術(shù)最復(fù)雜、環(huán)保要求最高、建設(shè)要求及標準最高的工程之一。圖1 港珠澳大橋路線圖港珠澳大橋的建設(shè)，是充分發(fā)揮香港、澳門和內(nèi)地各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，推進區(qū)域經(jīng)濟整合與協(xié)調(diào)發(fā)展，提高泛珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟國際競爭力的有效途徑。這

6、項工程將進一步密切香港與澳門之間、港澳與珠三角地區(qū)之間，進而與廣大內(nèi)地之間的聯(lián)系，對于改善珠三角地區(qū)投資環(huán)境，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和布局，拓展經(jīng)濟發(fā)展空間，促進內(nèi)地和港澳經(jīng)濟緊密合作與融合發(fā)展，保持香港、澳門長期繁榮穩(wěn)定，增強珠三角區(qū)域整體競爭力，都具有十分重要的意義。本文通過對這項工程的介紹，簡單了解工程對周圍環(huán)境的影響，并重點分析周圍地區(qū)地質(zhì)環(huán)境對大橋建設(shè)的影響，以及相應(yīng)的防治措施，為珠三角地區(qū)更好的可持續(xù)發(fā)展提供相應(yīng)的意見和參考。圖2 港珠澳大橋地理位置圖2 工程對自然環(huán)境的影響分析及防治2.1 工程環(huán)境影響及污染源簡析2.1.1陸域部分水、氣、聲污染源分析本項目施工期所產(chǎn)生的污水主要為施工

7、人員所產(chǎn)生的生活污水、各類施工場地廢水等；營運期主要是沿線設(shè)施人員生活污水、路面徑流雨水等。此外還有工程機車使用產(chǎn)生的噪聲及運營期間汽車行駛產(chǎn)生的噪聲和運營期間汽車尾氣。2.1.2 海域環(huán)境影響污染源分析港珠澳跨海大橋施工期污染物主要產(chǎn)生在隧道人工島基槽開挖、海底隧道開挖、樁基施工、墩身與承臺施工、索塔與箱梁施工、橋面施工、設(shè)施安裝等。產(chǎn)生的污染物主要為懸浮物、施工噪聲、建筑垃圾等。此外，施工對大氣環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在路基開挖，施工車輛等產(chǎn)生的揚塵。營運期，水污染源主要為橋面雨水和口岸人工島產(chǎn)生的生活污水。此外，事故風(fēng)險的產(chǎn)生環(huán)節(jié)體現(xiàn)在運輸危險品車輛發(fā)生交通事故造成的泄漏。2.2環(huán)境影響簡析2

8、.2.1社會環(huán)境影響及評價港珠澳大橋及西部高速公路的建設(shè)，對珠三角的經(jīng)濟發(fā)展是一項重要保障，促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。工程的建設(shè)對相關(guān)區(qū)域的居民生產(chǎn)生活有一定的影響，但影響時間較短。工程涉及征地和拆遷安置，珠海接線需拆遷各類建筑物約19萬m2。其中民宅2萬m2，主要是灣仔鎮(zhèn)富興社區(qū)?？紤]到工程動工前，建設(shè)單位將協(xié)助各級地方政府根據(jù)當?shù)貙嶋H情況安排征地拆遷影響戶和居民的重新安置工作，基本上可以保證受影響居民安置后的生活水平不會因公路建設(shè)而降低。因此，工程拆遷的不良影響主要表現(xiàn)在拆遷起到搬進新居前的短時期內(nèi)。2.2.2 生態(tài)環(huán)境影響及評價工程的生態(tài)評價范圍內(nèi)不同植被類型的生物量會受到不同程度的損失。雖存在

9、一定影響，但不會對區(qū)內(nèi)生態(tài)體系的生物量發(fā)生明顯的影響。公路施工對動物種類多樣性和種群數(shù)量不會產(chǎn)生大的影響，也不會導(dǎo)致動物多樣性降低，雖然公路的建設(shè)對沿線的兩棲及爬行動物有一定的干擾，但是對其生存及種群數(shù)量、種類影響很小。2.2.3 地表水環(huán)境影響及評價2.2.3.1施工期水環(huán)境施工期間主要影響有橋梁施工作業(yè)對水環(huán)境的影響；施工船舶污水對水環(huán)境的影響；施工營地的生活污水影響及隧道廢水和預(yù)制廠、攪合站生產(chǎn)廢水的影響。這些污染總體污染不嚴重，而且持續(xù)時間很短，在水域的自凈能力之中，只要做一些簡單處理，就可把污染降到很低的程度。2.2.3.2運營期水環(huán)境運營期間水污染有路面徑流和各種交通管理設(shè)施。對于

10、路面徑流，其主要污染物為SS、BOD5、石油類。這類污染物經(jīng)降雨入河后污染物濃度增加量很小，對河流水質(zhì)的影響可以忽略不計，而且橋面徑流入河后，各污染物濃度仍然達標，因此，可以認為大橋正常運營條件下橋面徑流對河水水質(zhì)不會產(chǎn)生影響。但各種交通管理設(shè)施產(chǎn)生的污水如不采取措施就排放，將對周圍環(huán)境產(chǎn)生明顯影響，因此沿線每個交通工程設(shè)施應(yīng)采取污水處理措施，達標后排放。2.2.3.3工程對飲用水原地的影響工程附近有竹仙洞水庫、銀坑水庫。工程主線出路于兩個水庫的下游，不涉及匯水區(qū)，且離庫區(qū)較遠，只要施工時嚴格管理，將不會產(chǎn)生影響。2.2.4 聲環(huán)境影響及評價聲環(huán)境影響包括施工期間機械的噪聲和運營期間噪聲。施工

11、期間，白天130m和夜間480m范圍內(nèi)產(chǎn)生一定的影響。因此，為減輕施工噪聲對敏感點的影響，施工單位應(yīng)根據(jù)場界外敏感點的具體情況采取必要措施，如設(shè)置隔聲屏障，限制夜間施工等。運營期間，噪聲為交通工具產(chǎn)生的，對周圍居民影響較為顯著，必須設(shè)置隔聲屏障。2.2.5 空氣環(huán)境影響及評價施工期間，空氣影響較短，采取一定的措施后將影響很微弱。運營期，主要污染物NO2和CO的濃度均不超標，故無影響。2.2.6 固體廢物環(huán)境影響及評價該工程固體廢棄物有：建筑垃圾、員工生活垃圾和交通垃圾。如果這些垃圾未能得到妥善處理，將對周圍的自然環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。2.3 海洋環(huán)境影響分析評價2.3.1 水文動力環(huán)境影響及評價

12、港珠澳大橋興建兩個隧道人工島和三個口岸人工島，它們直接改變伶汀洋岸線和地貌，大橋的數(shù)百個橋墩和墩臺減少了過水斷面面積，橋墩和墩臺增大水流摩擦，影響潮量變化，河口水位變化，和水交換能力。2.3.2 海水水質(zhì)影響及評價海水水質(zhì)的影響來源于施工期間建設(shè)機械的排污，和人工島建設(shè)和珠江河口隧道開挖，其影響區(qū)域很小，時間短暫，不足以影響大區(qū)域水質(zhì)。運營期水污染，也很小，可以忽略不計。2.3.3 海洋沉積影響及評價這個工程施工期間的沉積為該地區(qū)既有的沉積物，對沉積環(huán)境影響甚微，預(yù)計不會引起海域總體沉積環(huán)境變化。2.3.4 地形地貌及沖淤環(huán)境影響橋隧工程實施后，發(fā)生回淤的主要部位在內(nèi)伶仃島南側(cè)的淺灘水域，特別

13、是在銅鼓淺灘北部和伶仃航段轉(zhuǎn)折處附近，出現(xiàn)較大范圍超過0.2m/a的淤積區(qū)，在桂山島北端也形成了一條狹長的淤積帶；在伶仃航道與銅鼓航道匯合處以北航段都發(fā)生了較明顯的回淤，且越向北淤強越大；沖刷區(qū)主要位于香港機場西北端、雞翼角和桂山島北端的西側(cè)。青洲水道灘槽長期處于相對穩(wěn)定環(huán)境，大橋工程對該水道的水沙運動和海床沖淤沒有明顯影響。2.3.5 海洋生態(tài)環(huán)境影響分析大橋施工期間對浮游動植物、底棲生物和其他生物的影響是局部的，也是暫時的，當施工結(jié)束后，這種影響也隨之消失。本工程施工期的主要環(huán)境風(fēng)險是在橋位區(qū)附近施工船舶發(fā)生碰撞或施工船舶與過往船只發(fā)生碰撞導(dǎo)致燃料油溢漏入海對海洋生態(tài)環(huán)境的影響以及施工期泥

14、漿、鉆屑事故性排放對海域環(huán)境的影響；運營期的主要環(huán)境風(fēng)險是水上交通船舶與橋墩相撞導(dǎo)致燃料油溢漏和橋上車輛特別是運輸危險品的車輛事故墜入海中對海域生態(tài)環(huán)境的影響。2.4 主要環(huán)境保護對策和措施2.4.1 社會環(huán)境影響減緩措施在路線選擇、立交通道設(shè)置、環(huán)境保護、拆遷安置等方面與沿線政府、有關(guān)部門、非政府組織、村民委員會、集體單位直至個人協(xié)商，征詢各方意見，使項目實施得到公眾的支持。依靠當?shù)卣龊谜鞯毓ぷ?，合理支付補償費用。2.4.2 生態(tài)環(huán)境保護措施施工期間，要嚴格按照規(guī)范施工，遵守國家法律法規(guī)，充分考慮施工可能產(chǎn)生的環(huán)境污染，并逐一進行解決，做到可持續(xù)發(fā)展。運營期間，加強營運期管理，保證各項工

15、程設(shè)施完好和確保安全生產(chǎn)是生態(tài)保護最基本的措施。建議開展相關(guān)環(huán)保培訓(xùn)和認證，以提高環(huán)境管理水平，杜絕環(huán)境事故。強化公路沿線的固體廢棄物污染治理的監(jiān)督工作，除向司乘人員加強宣傳教育工作外，公路沿線的固體廢棄物應(yīng)按路段承包，每天進行清理。及時排放隧道營運期的漏水或涌水，以免給行車安全造成危害和影響?zhàn)B護人員身體健康。在K5+110、K7+600等路段設(shè)置禁鳴標志。加強管理和宣傳教育，確保公路綠化林帶不受破壞?？紤]加裝海鳥及候鳥能夠識別的特殊燈光，使鳥類飛行到橋區(qū)時能主動繞避。2.4.3 其他保護措施對于水環(huán)境，應(yīng)建立污水處理系統(tǒng)，并及時監(jiān)測和監(jiān)督。對于聲環(huán)境，應(yīng)按國家標準選機械和施工，并加裝隔音裝置

16、。對于空氣的保護，應(yīng)充分考慮可能的影響，如粉塵，揚灰等，并相應(yīng)制定措施。還有不允許不達標汽車上路。固體廢棄物是工程的主要污染，應(yīng)根據(jù)不同的廢棄物，進行不同的處理，做到零污染，妥善處理。3 橋址區(qū)巖土環(huán)境及巖土工程特性3.1 橋址區(qū)巖土環(huán)境港珠澳大橋位于珠江出?？?，該地區(qū)地形比較平坦，河網(wǎng)密布，大部分屬于沉積地貌。在大橋的位址區(qū)，地貌類型為灘涂和河口地貌。在河口河床，主要為第四紀沉積軟土，包括淤泥、礫砂、粘土、石英砂等，都為海相沉積。圖3 港珠澳大橋橋址區(qū)地貌圖 1、低山（5001000m） 2、高丘陵（250500m） 3、低丘陵（100250m） 4、高臺地（3090m） 5、低臺地（525

17、m） 6、臺間谷地 7、沖海積平原 8、濱海平原 9、瀉湖平原 10、泥灘及邊界 11、沙灘及邊界 12、地貌類型界線 13、橋軸線港珠澳大橋的建設(shè)涉及的巖土主要為第四季地層，但也有前第四紀的，主要為中生界的。表3-1為第四紀地層，表3-2為中生界的地層。表3-1 第四紀地層表地層代號統(tǒng)組年代（a·距今）一般厚度（m）巖性沉積層分層標志Q43全新統(tǒng)燈籠沙組25005000100002200032000400001.1012.00淤泥，粉砂質(zhì)淤泥、砂質(zhì)淤泥、淤泥質(zhì)粉砂。海相為主淤泥Q42-2萬頃沙組0.605.60含礫礫質(zhì)中粗粒石英砂、不等粒石英砂、細中粒石英砂、礫砂。海相為主含礫礫質(zhì)

18、中粗粒石英砂Q42-1橫欄組0.505.90黑褐色粘土、深灰色淤泥、深灰色淤泥質(zhì)粉細砂、灰色中細砂。海相為主黑褐色粘土Q33上更新統(tǒng)三角組1.004.20礫砂、砂礫、粘土質(zhì)礫砂、礫石卵石、花斑狀粘土。海河交互相礫砂、花斑狀粘土Q32-2西南組2.155.70灰白色粘土、黃色粘土、亞粘土。海相為主灰白色粘土Q32-1石排組0.503.60砂礫或中粗砂層，有向上變細的趨勢。河流相為主砂礫晚更新世早期（Q32-1al）由一套沖積成因的灰白、棕黃色密實狀、具一定韻律的砂類土構(gòu)成，由上至下，巖性由粉砂、細砂、中砂、粗砂到礫砂，底部見卵礫石，磨圓度較好，有一定的分選性。晚更新世中期（Q32-2m-al）為

19、海陸交互相沉積的粘性土構(gòu)成，上部為海相的軟土，下部為陸相的粘性土，近岸邊發(fā)育晚更新世晚期（Q33al）上部為一套淺灰、棕紅至褐黃色陸相成因的粘性土，粘性土近岸發(fā)育，下部為沖積成因的中密至密實狀粉細砂構(gòu)成，分布不連續(xù)。全新世早期（Q41al）沉積屬海相沉積，以砂、粘土夾砂為主，局部缺失。中晚期（Q42m）主要以海相的軟土為主，厚度較大，最厚達35m，沉積物中含植物、蠔、蚌殼等殘體。表3-2 中生界地層界系統(tǒng)地層名稱地層代號厚度(m)地層巖性中生界白堊系下統(tǒng)百足山群上亞群K1bzb>507礫巖，含礫粗粒石英砂巖，粗中粒雜砂質(zhì)石英砂巖，中粒長石石英砂巖，砂質(zhì)石英粉砂巖，凝灰質(zhì)長石石英粉砂巖，粉

20、砂頁巖。下亞群K1bza429復(fù)成分礫巖，粗粒礫質(zhì)雜砂巖，細粒長石石英砂巖，砂質(zhì)長石石英粉砂巖，石英巖狀砂巖。侏羅系上統(tǒng)高基坪群上亞群J3gjb>818石英礫巖，石英砂礫巖，中細粒石英砂巖，砂質(zhì)石英粉砂巖，粉砂質(zhì)頁巖，安山質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r，含流紋質(zhì)角礫玻屑晶屑凝灰?guī)r。下亞群J3b1764復(fù)成分礫巖，細粒長石石英砂巖，砂質(zhì)石英粉砂央地，粉砂質(zhì)頁巖，安山質(zhì)角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r，流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，安山質(zhì)凝灰角礫巖。下統(tǒng)金雞組Jij>228中粒長石石英砂央地，中細粒石英砂巖，細粒石英砂巖，泥質(zhì)石英粉砂巖，粉砂質(zhì)泥頁巖。3.2 第四紀巖土的發(fā)展歷史第四紀以來，南海北部陸架區(qū)發(fā)生了幾次海平面升降

21、變化，經(jīng)歷了較大規(guī)模的海退成陸過程，晚更新世以來地質(zhì)環(huán)境的演變決定了該區(qū)域一些海洋災(zāi)害地質(zhì)的發(fā)生與發(fā)展。根據(jù)收集該區(qū)域鉆孔資料顯示，從晚更新世至全新世以來珠江口的地層經(jīng)歷了一個從“海侵海退海侵高水位”沉積的過程,即上部為全新世以來的淤泥質(zhì)沉積，中部為晚更新世末早全新世海退時期出露花斑狀粘土和粘土質(zhì)砂， 下部為晚更新世海侵所形成的淤泥質(zhì)粘土、粘土沉積，在基巖的上部往往為古珠江的沖積砂質(zhì)沉積。珠江三角洲沉積物孢粉反映，晚更新世中期的亞間冰期，氣候變暖，本區(qū)發(fā)生了禮樂海進，形成了古珠江河口灣，海水沿著河道溯源而上，沿東江深入到博羅縣鐵場一帶，沿北江抵達三水縣西南鎮(zhèn)，海水淹沒了近海平原，由于眾多的臺地

22、或山地的存在，當時形成一個指狀河口灣，海面高程為24.819.4m。順德大良蠔殼14C年齡為27390±500aBP。海進初期可形成一些湖泊，其充填物多為泥， 含水率高，為軟弱層；此階段珠江口主要沉積了粘土。晚更新世末期至全新世初期，全球氣候急劇變冷，進入玉木冰期的第二亞冰期，距今約240008000a。此時氣候寒冷，出現(xiàn)大幅度海退，現(xiàn)今的大陸架平原露出海面，海平面下降120150m，當時古海岸線向外推移100200km，南海珠江口外陸架ZQ3孔1012m沉積物為濱岸沼澤相沉積，屬晚更新世低海面期。三角洲平原面受到侵蝕，地勢較高處的沉積物則風(fēng)化形成花斑狀粘土層，這時本區(qū)陸相堆積較旺盛

23、，陸架上發(fā)育各種河流，形成了寬闊的河道，河流的地質(zhì)作用比較強，主要表現(xiàn)為侵蝕、搬運和堆積作用，形成了南北向和北西向為主的古河道。在古河道上游地段河流下切侵蝕作用活躍，尤其是流經(jīng)虎門和磨刀門一帶的古河道下切深度大，河道中沉積物較粗，填充于古河谷內(nèi)的河床質(zhì)砂或砂礫體上層，經(jīng)年齡測定，這些陸相堆積層年代約為15000aBP，與上述年代近似。河流還常演變?yōu)楹?；河道和湖泊沉積物中以富含有機質(zhì)的陸源碎屑沉積物為主，這些有機物質(zhì)經(jīng)過細菌分解會轉(zhuǎn)化為淺層氣。此階段珠江口沉積了陸相含砂粘土或砂質(zhì)粘土，屬于河相堆積與風(fēng)化階段。全球氣候進入到全新世冰后期，隨著氣候轉(zhuǎn)暖，海面開始回升，距今60007000a，海平面

24、達到34m位置，此時海侵達較大范圍。由于海平面的上升，河流侵蝕基準面抬高，河流地質(zhì)作用強度減弱，輸沙量減少，顆粒變細，此階段在珠江口古河道上沉積了以濱海相和淺海相的粘土質(zhì)粉砂為主的砂粘土、粘土和粉砂質(zhì)粘土。冰后期晚期以來，珠江三角洲地區(qū)海面只有小的波動上升，屬間歇性海平面升降，出現(xiàn)淺海環(huán)境，此階段珠江口為咸淡水交匯的河口灣環(huán)境，沉積速率顯著加快，海面上升速度減緩，沉積速率逐漸超過了海面上升速度，砂體相繼成陸，河口淤積，三角洲平原不斷向海伸展。本區(qū)逐步沉積了粘土、砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)土淤泥，它們將大部分古河谷砂礫層覆蓋，不斷填充這些水下負地形、河谷，其覆蓋厚度由北向南逐漸減?。淮藭r期強潮

25、流、底流作用在口門外形成輻射狀的潮流沙脊群，覆蓋于中全新世海侵時期的古珠江三角洲上。同時隨著海平面的上升，一方面引起海灘水下部分的上移，意味著海岸線將向陸地方向推移，同時加強了近岸波浪的作用，造成岸灘侵蝕；另一方面波浪頻率增大，海灘沙被帶至瀉湖或平原區(qū)，加劇了岸灘的蝕退。圖4 橋址區(qū)等深線(黃線-14m,綠線-59m，青線-1014m，藍線-15m及以上)3.3 第四紀巖土工程特性港珠澳大橋工程主線區(qū)覆蓋層厚24.089.3m，按成因時代、巖性特征可劃分為5個大層組。其中，第一層組為全新統(tǒng)海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土夾砂等軟土，工程性能極差；第二層組主要為晚更新統(tǒng)晚期陸相沉積的軟可塑

26、狀粘土，其埋藏淺、層厚較薄、分布不均勻；第三層組主要為晚更新統(tǒng)中期海相沖積的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土和軟可塑狀粘土，以軟弱中軟土為主，工程性能亦很差；第四層組為晚更新統(tǒng)早期河流相沖積物，以中密密實砂類土為主，承載力較高，在基巖埋藏較深的地段，可作為基礎(chǔ)持力層；第五層組為基巖風(fēng)化層，工程性能較好，但據(jù)已有鉆探及物探資料分析，基巖頂面起伏變化很大，風(fēng)化差異顯著，沿橋位線共分布有4個風(fēng)化深槽，寬達4301000m，深槽內(nèi)全、強風(fēng)化層厚度多大于40m。工程主線區(qū)軟土分布廣、工程性能差，基巖面起伏大及存在風(fēng)化深槽是工程建設(shè)中需重點關(guān)注的地質(zhì)問題。而工程的不良巖土為軟土，因此，本文將重點講述軟土的工程特

27、性。3.3.1 軟土的巖性及分布大橋位址區(qū)軟土層主要為淤泥、淤泥質(zhì)土層，土層富含有機質(zhì)，呈淺灰黑灰黑色，部分含少量貝殼，含砂量變化不大，050%不等，多在540%間，含砂礫徑多小于0.25mm，很少含大于2mm的礫粒。部部分質(zhì)較純，含砂很少，粘性較好，具有滑膩感，部分含砂較多，為粉砂質(zhì)淤泥、粉砂質(zhì)淤泥質(zhì)土，呈軟塑流塑狀。部分地段含砂量增多而成為淤泥質(zhì)粉細砂層，夾于淤泥、含淤泥質(zhì)較多，松散狀。統(tǒng)計結(jié)果顯示，軟土層中淤泥、淤泥質(zhì)涂層約占7391%，淤泥質(zhì)砂占了927%，所占分量較少。呈東邊含砂量較多，西邊含砂量較少的規(guī)律，這與其所屬流域應(yīng)存在關(guān)系，東邊水流較急，為北江出?？?，西邊為西江出?？冢鹘?/p>

28、河流較長，水流較緩，顆粒沉積較細，含砂量較少。橋址區(qū)軟土層厚度多在1020m間，部分地段較厚可達3050m。圖5 港珠澳大橋地區(qū)軟土分布圖3.3.2 軟土的物理力學(xué)特征大橋位址區(qū)的軟土具有含水量大、壓縮性高、強度低、透水性弱、富含有機質(zhì)等特征，見表3-3。表3-3 橋址區(qū)軟土主要指標特征項目W/%eWL/%ILVESCK20/(cm·s-1)WH/%最大值103.22.83868.54.013.344.8134.930.71.60E-035.46最小值37.11.00826.00.940.520.871.02.01.31E-081.05平均值58.81.63445.41.761.41

29、2.226.911.64.22E-053.981 含水量：該區(qū)軟土含水量較大，天然含水量一般在W=37.1103.2%，平均值為58.8%，其中以大橋西部地段含水量最大，平均值為W=69.0.壓縮性：港珠澳大橋工程的設(shè)計區(qū)的軟土均為高壓縮性土，其壓縮系數(shù)V100200=0.523.34MPa-1，平均值為1.41 MPa-1，壓縮模量ES100200=0.874.81 MPa-1，平均值為2.22 MPa-1，其中以橋址區(qū)西邊壓縮系數(shù)最大，東邊較小?？辜魪姸龋猴柡涂旒魪姸鹊?，統(tǒng)計結(jié)果C=1.034.9kPa，平均值為6.9kPa，=2.030.7o，平均值為=11.6 o。滲透系數(shù)：滲透系數(shù)較

30、小，統(tǒng)計結(jié)果滲透系數(shù)k=1.60×10-31.31×10-8cm/s，平均值為4.22×10-5cm/s，多屬于弱透水-極微透水，局部因含砂多而成中等透水。有機質(zhì)含量：富含有機質(zhì)，統(tǒng)計結(jié)果有機質(zhì)含量Wu=1.55.46%，平均值為3.98%，其中以橋址區(qū)西邊的軟土有機質(zhì)含量最大，平均值為Wu=4.57%。不均勻性：由于軟土含砂量變化較大，050%不等，部分地段為淤泥質(zhì)粉細砂層。這是海路混合相沉積的結(jié)果。含砂量的增大，會使土層的壓縮性變小。這種不均勻性在工程上易造成不均勻沉降發(fā)生。造成橋址區(qū)軟土上述特征的原因主要是：該地區(qū)的軟土層為全新統(tǒng)沉積層，形成地質(zhì)年代新，固結(jié)

31、時間短，并且分布在表層，未經(jīng)壓實，為欠固結(jié)土層；地形低，地面高程一般小于23m，地下水高，土層長期處于飽水狀態(tài)；軟土的顆粒較細，砂層常為透鏡體，透水性弱，不利于排水固結(jié)；生物尸體的腐化、微生物的作用對土層的結(jié)構(gòu)造成影響，使其變松軟，以上是導(dǎo)致軟土含水量大、壓縮性高、強度低、透水性弱的原因。沉積速率快，顆粒細小，封閉性能好，有機質(zhì)分解受到限制，且分解時間段，導(dǎo)致含有機質(zhì)較多。4 橋址區(qū)巖土對大橋及海底隧道的影響4.1 巖土對大橋的影響4.1.1 軟土的影響（1）表層亞砂土層強度較高，其下臥軟弱的淤泥質(zhì)亞黏土、淤泥質(zhì)黏土、黏土層，強度較低，樁側(cè)摩阻力小，沉樁貫入易發(fā)生突變，可能會出現(xiàn)溜樁現(xiàn)象，施工

32、時應(yīng)預(yù)先采取措施，以防止機損和保證樁的正位率。（2）高墩區(qū)引橋若采用打入樁基礎(chǔ)形式，當選用粉砂層作樁端持力層時，需進入該層一定深度才能使承載力滿足荷載要求。但因該層標貫擊數(shù)較高，可能會發(fā)生沉樁困難。因此，應(yīng)選擇適宜的打樁設(shè)備。（3）應(yīng)根據(jù)上部荷載情況和地層埋藏特征，選擇適宜的樁長、樁徑，注意地層起伏和軟弱夾層（ 透鏡體）的影響。（4）采用鉆孔灌注樁時，為使樁端承載力充分發(fā)揮，終孔時注意清底，重視樁體完整性檢測。（5）目前已有的試樁資料都是樁徑小于1.5m的，而本工程設(shè)計樁徑是1.5m、2.0m、2.5m，直徑較大。按建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ9494）的規(guī)定，大直徑樁存在松弛效應(yīng)和尺寸效應(yīng)。在沒

33、有試樁資料對比的情況下，建議通過試樁確定單樁承載力。（6）在樁基礎(chǔ)施工過程中，要加強施工工序管理、質(zhì)量控制和樁基監(jiān)測。東、西航道橋設(shè)計荷載大，對地基土的強度要求高，應(yīng)對樁基垂直和水平穩(wěn)定性、沉降、成樁可能性、沖刷面、群樁效應(yīng)和尺寸效應(yīng)綜合考慮。4.1.2 淺層氣的影響珠江口淺層氣是在區(qū)域沉積背景控制下形成的，淺層氣沿珠江古河道廣泛分布，小范圍調(diào)整橋位難以避開淺層氣發(fā)育帶，本工程必須正視淺層氣危害問題。（1）勘察中所遇井噴現(xiàn)象是一種預(yù)先未采取工程措施、不受控制的釋放模式，對土體工程性狀的影響是一種非飽和土的滲流破壞，還可能引起負摩擦力、地層不均勻沉降等問題。因此，防止高壓淺層氣在樁基施工或橋梁建

34、成使用過程中的釋放是需要研究的重要課題，預(yù)先有控制地排氣是最有效的防治措施。（2）淺層氣對打入樁的影響較小，對鉆孔樁的施工影響較大。必須制定合理的淺層氣區(qū)基礎(chǔ)形式，東引橋水中低墩區(qū)富含淺層氣區(qū)段，水深條件較好，宜選用大直徑鋼管樁。西岸灘涂區(qū)富含淺層氣區(qū)段，宜選用大直徑鋼管樁；受水深條件限制，在選用鉆孔灌注樁時，應(yīng)采取積極主動的控制放氣措施，并周密設(shè)計施工工藝、泥漿配比和擴孔方法。（3）在大橋建成后的營運期，不宜在影響橋梁的范圍內(nèi)進行人為活動，以免造成淺氣層釋放或?qū)ν翆舆M行擾動，從而影響橋梁的安全。4.1.3 地下水的影響從水文地質(zhì)條件分析，該區(qū)域存在潛水、微承壓水，透水性差，對鉆孔樁施工有一定

35、的影響。鉆孔樁施工時應(yīng)加大泥漿比重，防止塌孔。此外，由于海水對混凝土具弱腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性，應(yīng)采用淡水攪拌泥漿，研制高性能混凝土，對鋼管樁表面進行防腐處理。4.2 巖土環(huán)境對人工島的影響人工島所在地區(qū)為軟土地區(qū)，因其穩(wěn)定性差、沉降量過大，在荷載作用下常使人工島沉降量過大，發(fā)生變形，其功能受到影響和破壞，同時還危害到海底隧道與人工島的連接處以及大橋與人工島間的橋臺的安全使用。軟土地基沉降控制是影響工期、造價的重要因素，因此軟土及泥沼地基處理是非常重要的。軟土地基對人工島的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面。(1)對人工島基影響過大的工后沉降導(dǎo)致人工島島堤整體變差，易發(fā)生剪切變形破壞，由于港珠

36、澳大橋的人工島為高島堤，將產(chǎn)生嚴重的危害。在島堤橫斷面上過大的工后不均勻沉降會導(dǎo)致人工島表面拱變形，結(jié)構(gòu)層開裂，路面錯臺、裂縫、坑洞、翻漿等，影響正常的通行，容易造成堵車、滑溜、撞尾翻車等事故。此為因為沉降，可使橋與島產(chǎn)生高程差，形成橋頭跳車，也可使海底隧道與島的連接處高程差。(2)對人工島路面影響工后不均勻沉降引起的路面裂縫，尤其是混凝土路面斷板、裂縫，極大的縮短了維修周期。圖6 隧道西人工島效果圖(3)對排水影響人工島的地基沉降，產(chǎn)生的裂縫，影響排水，雨水容易滲入路基，加速人工島的沉降。(4)對結(jié)構(gòu)物影響臺下軟基不均勻沉降增加了橋臺承受的水平推力，嚴重的可能導(dǎo)致橋臺錯位或斷裂。過大的不均勻

37、沉降導(dǎo)致通水管涵(節(jié))錯位，過水斷面減小，降低了管涵的通水能力。(5)對行車的影響橋路連接處頻繁加減速影響交通的迅速流動，降低單位時間內(nèi)的交通量；小型結(jié)構(gòu)物及橋頭至橋梁引道間工后沉降差過大造成跳車，危及行車安全。橋頭路堤差異沉降引起汽車的沖擊荷載，加速了橋頭路面及橋梁伸縮縫的破壞，并可導(dǎo)致工程的使用壽命降低。高低不平的路面增加車輛的損耗和廢氣排放, 影響運營效率和空氣質(zhì)量。顯然，人工島軟土地基的沉降問題不僅破壞了乘車的舒適性及行車的平順性，而且車輛無法快速行駛，而達不到“快速、安全、舒適”的目的。此外，過大的工后沉降意味著過大的維修養(yǎng)護費用，嚴重的可導(dǎo)致人工島無法使用。4.3 巖土環(huán)境對海底隧

38、道的影響港珠澳大橋的海底隧道的設(shè)計方案是沉管隧道，隧道的基地為軟土，軟土最大的特點是沉降量大及不均勻沉降。下面從這兩方面論述軟土對沉管隧道的突出危害。圖7 海底隧道縱斷面布置及其基礎(chǔ)巖土類別圖4.3.1 軟土過大沉降的危害（1）大橋的海底沉管隧道基地過大的沉降，使隧道承受像繩子似的拉應(yīng)力，從而使沉管隧道段間的結(jié)構(gòu)薄弱帶產(chǎn)生應(yīng)力集中，可能產(chǎn)生拉裂縫，使路面出現(xiàn)斷裂，影響汽車行駛，嚴重的由于承受巨大的水壓力，隧道可能突水，從而使隧道失去使用功能。（2）隧道修建完畢后，隧道內(nèi)地面和隧道上部分別承受汽車荷載應(yīng)力和上部土的自重壓力及巨大海水壓力，可形成類似“沉降盆”式的破壞，隧道頂部出現(xiàn)巨大壓應(yīng)力，隧道

39、底部出現(xiàn)張應(yīng)力?！俺两蹬琛钡男纬煽赡軐?dǎo)致隨到底部被拉裂。拉裂后將影響隧道的正常和安全使用。嚴重的可能發(fā)生突水，是隧道市區(qū)使用功能。（3）隧道基地沉降量過大，使隧道一些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破損，從而增加了隧道的日常維護成本。4.3.2 軟土不均勻沉降的危害（1）軟土的不均勻沉降危害，可導(dǎo)致海底隧道發(fā)生傾斜。傾斜后的效果有在橫向上左右高程不同，以及軸向上隧道的起伏，由此將影響行車速度，并增加了交通事故的風(fēng)險。（2）軟土基礎(chǔ)的不均勻沉降，使隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，當附加應(yīng)力達到結(jié)構(gòu)所能承受的最大值時，將產(chǎn)生一些裂痕，而隧道又處于海底，承受海水的巨大的壓強，故而可能發(fā)生滲水現(xiàn)象，嚴重時將大規(guī)模涌水，影響隧道的正常使

40、用，及道路安全，并可使隧道失去使用功能。5 橋址區(qū)環(huán)境巖土問題防治措施橋址區(qū)的環(huán)境巖土工程問題包括大橋的橋墩的穩(wěn)定性，人工島的穩(wěn)定性，海底隧道的穩(wěn)定性。下面分別從這三方面提出相應(yīng)的措施。5.1 橋梁基礎(chǔ)的防治措施5.1.1 非通航孔橋基礎(chǔ)通過對整墩整箱鋼箱梁、整墩分幅鋼箱疊合梁及分墩分幅預(yù)應(yīng)力混凝土梁及整墩整幅混凝土梁、整墩分幅混凝土梁、整墩整幅鋼箱疊合梁深入比較，為增加大橋景觀、利于防撞、減少對水流影響、利于減少沉降危害、減少基礎(chǔ)規(guī)模、減少施工風(fēng)險、保證結(jié)構(gòu)壽命及耐久性角度，考慮成本/壽命比價值最大，推薦采用整墩整箱鋼箱梁，減少沉降危害，為減少阻水比，非通航孔橋承臺全部埋入海床。實現(xiàn)“工廠化

41、、大型化、標準化、裝配化”施工，基礎(chǔ)采用鋼管復(fù)合樁、預(yù)制承臺及預(yù)制空心墩身。參見圖8。（1）深水區(qū)非通航孔橋基礎(chǔ)采用鋼管復(fù)合樁。鋼管復(fù)合樁采用變截面樁，鋼管壁厚22mm，鋼管全長范圍內(nèi)澆筑填芯混凝土。低墩區(qū)采用6根基樁，有鋼管段直徑200cm，無鋼管段直徑180cm。高墩區(qū)采用6根基樁，有鋼管段直徑220cm，無鋼管段直徑200cm。承臺及墩身均采用預(yù)制安裝方案，為減少墩身重量，預(yù)制墩身采用空心墩，承臺與首節(jié)墩身一體預(yù)制及安裝，并將墩身接縫設(shè)于浪濺區(qū)以上，以提高接縫的耐久性。（2）淺水區(qū)非通航孔橋基礎(chǔ)采用鋼管復(fù)合變截面樁，鋼管壁厚22mm，鋼管全長范圍內(nèi)澆注填芯混凝土。低墩區(qū)采用4 根基樁，有

42、鋼管段直徑200cm，無鋼管段直徑180cm；高墩區(qū)采用4 根基樁，有鋼管段直徑220cm，無鋼管段直徑200cm。圖8 非通航孔橋橋基設(shè)計5.1.2通航孔橋基礎(chǔ)本工程各通航孔橋跨徑中等，最大458 米，橋梁技術(shù)難度不大，國內(nèi)外均有許多成熟經(jīng)驗。九洲航道橋及江海直達船航道橋均選用中央索面斜拉橋，為保證三座通航孔橋風(fēng)格一致性，青州航道橋采用中央索面斜拉橋。（1）青州航道橋索塔基礎(chǔ)均采用群樁基礎(chǔ)，承臺采用八邊形，承臺下設(shè)36根直徑2.52.2m的鋼管復(fù)合樁，最大樁長為118.8m，按照支承樁設(shè)計。輔助墩及過渡墩采用整體基礎(chǔ)。采用群樁基礎(chǔ)，樁基采用鋼管復(fù)合樁，承臺采用八邊形。承臺下設(shè)20根直徑2.5

43、2.2m的鋼管復(fù)合樁，最大樁長為100.8m，按照摩擦樁設(shè)計。圖9 青州航道橋基礎(chǔ)處理方案（2）江海直達船航道橋索塔基礎(chǔ)均采用群樁鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)。（3）九洲航道橋基礎(chǔ)采用鋼管復(fù)合樁群樁基礎(chǔ)，承臺下設(shè)22根直徑2.5/2.2m的鋼管復(fù)合樁，最大樁長86m，按嵌巖樁設(shè)計，考慮鋼管參與受力。輔助墩、過渡墩均采用整體基礎(chǔ)輔助墩承臺下設(shè)16根直徑2.5/2.2m的鋼管復(fù)合樁，最大樁長74m，過渡墩承臺下設(shè)6根直徑2.5/2.2m的鋼管復(fù)合樁，最大樁長79m，均按嵌巖樁設(shè)計，考慮鋼管參與受力。圖10 九州航道橋基礎(chǔ)處理方案5.2 人工島的防治措施島壁結(jié)構(gòu)采用拋石斜坡式，具有對地基承載能力要求不高，對地基的

44、沉降變形適應(yīng)能力強，結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土用量少，耐久性好；同時開挖換填加擠密砂樁的地基處理方法技術(shù)較成熟，實踐經(jīng)驗相對豐富，工程風(fēng)險較小，工期滿足要求，工程造價相對較低。為盡快形成干施工條件，“小島”區(qū)域先行修筑海上圍堰，封閉降水后即可進行隧道暗埋段施工，同時可施工人工島結(jié)構(gòu)，使隧道與人工島施工同步進行，加快施工進度。由于圍堰結(jié)構(gòu)先于島壁結(jié)構(gòu)施工，在隧道施工期間，圍堰結(jié)構(gòu)需要承擔(dān)外海的波浪、潮流的直接作用和基坑內(nèi)外水頭差引起的水壓力的作用，因此圍堰結(jié)構(gòu)要有足夠的的自身穩(wěn)定性，通過對本工程地質(zhì)、水文等條件的分析及國外大型海上深基坑圍堰結(jié)構(gòu)的工程實例分析，水上基坑圍堰結(jié)構(gòu)采用格形鋼板樁結(jié)構(gòu)。第一段暗埋隧道區(qū)域地基處理采用開挖換填方案，挖除島隧端第一大層的淤泥和淤泥質(zhì)粘土層，開挖深度至-31m，下部保留3 粉質(zhì)粘土和2 粉質(zhì)粘土夾砂層厚度為14m16m，挖除的土層考慮換填中粗砂，并振沖密實處理。根據(jù)計算人工島穩(wěn)定和沉降均滿足要求，下部保留的粉質(zhì)粘土層作為良好的隔水層可以比較方便的進行島上段隧