悬索桥锚碇综合防水处理工程实例

悬索桥锚碇综合防水处理工程实例王东民（铁道第一勘察设计院桥隧处兰州7300000931-4933693）内容摘要锚碇结构是保证悬索桥结构整体安全的关键所在，锚碇防水是保证结构长期安全使用的重要因素。万州长江二桥主桥锚碇采用复合式锚碇结构，本桥锚碇洞室的大部分及锚塞体均位于三峡枢纽正常蓄水位以下，锚碇洞口距水边距离有限，工程地质条件相对较差，防水处理难度很大，因而采取了综合防水处理措施。关键词悬索桥锚碇防水技术标准整体方案工程措施一、概述万州长江二桥主桥为跨度580m悬索桥，属中大跨度悬索桥工程，根据桥位处地形特点及工程地质条件，结合大桥总体投资控制要求，其主桥锚碇采用国内大跨度悬索桥较少采用的隧洞式锚碇结构，且据调查了解是国内目前规模最大的隧洞式锚碇结构。受本桥主桥跨度、主缆布置需要（备缆）、地形特点及三峡工程正常蓄水位等影响，本桥锚碇洞室的大部分及锚塞体均位于三峡工程正常蓄水位以下，锚碇洞口距水边距离有限（15～30m），且地层变化较大、裂隙发育、透水性相对较好，除一般的地下水影响外，三峡工程正常蓄水后较高的水位条件势必大大增加其防水处理难度，是本桥锚碇结构防水处理中应考虑的主要控制因素，必须采取切实合理的综合防治处理措施。悬索桥锚碇结构直接承受大缆巨大拉力，是保证结构整体安全的关键所在，对大桥建成后的长期影响必须予以高度重视，本桥锚碇结构防水措施及实际处理效果极为重要，对保证锚碇结构的可靠受力、防水及洞室内部各种钢构件的防腐效果影响甚大，由此提出了很高的锚碇防水处理要求。本桥设计中针对锚碇防水采取了相关工程措施，大桥工程施工过程中，结合施工特点及锚碇防水的重要影响，建设单位就锚碇防水要求作进一步专题研究，2002年初，召开了相关技术问题的技术研讨会，就长江二桥隧洞式锚碇的防水等技术问题进行了认真探讨，会议邀请的各位专家及其它有关人员提出了很好建议，结合会议精神和专家意见，为保证大桥的长期运营安全，对锚碇结构的防水必须引起高度重视，采取切实可行、合理有效的防水处理措施，应依据结构和施工特点分别采取不同的防水处理方案，做到层层设防，要求设计单位提出切实合理的处理原则、具体防水处理方案及基本技术要求，设计单位为此进行了大量工作。二、设计对锚碇防水所采取的主要措施本桥在各阶段设计过程中都对锚碇的防水问题十分重视，进行了认真细致的方案研究，施工图设计中根据锚碇结构特点及对防水效果的主要影响因素，考虑洞室部分是整体防水的薄弱环节，采用复合式衬砌结构形式，对应防水考虑设置三道防线，即初期支护（网喷混凝土衬砌）加背后注浆、防水层、模注防水混凝土（二次衬砌），锚塞体则仅需进行初期支护加背后注浆，且自身采用微膨胀混凝土，以保证施工后锚塞体与周围岩体的密切结合，满足整体受力要求，具体方案及主要工程措施如下：1、施工开挖后进行相关支护处理，对开挖洞室周边（包括锚塞体部分）进行围岩缝隙压浆和水泥砂浆锚杆加固处理，以提高岩石的整体性和稳定性，初衬（一次衬砌）采用网喷混凝土，从而保证施工安全和初步防水要求。2、洞室二次衬砌采用模注防水混凝土，厚度30cm，初衬和二衬间设防水层，防水层由EVA膜（乙烯—醋酸乙烯共聚物）和配套垫层等共同形成，同时对二衬防水混凝土施工接缝处设有橡胶止水带，防止出现局部渗水严重部位。3、锚塞体混凝土采用微膨胀混凝土以保证与周围岩体紧密结合，对混凝土灌注不密实部分（尤其是拱顶处）采取二次压浆处理等措施。4、从防止今后长期运营过程中洞室内部集水过多及空气湿度过大，影响大缆、各种连接钢结构的长期防腐要求，在锚碇洞室内分别设置了集水井、自动排污系统、除湿机、管道通风机等设备，以保持锚室内空气干燥，对大缆、锚固系统外露构件、其它连接构件等钢结构部分也采取了必要的防腐处理措施。三、施工现状特点及加强防水处理的必要性本桥锚碇设计中，针对不同部位构造要求、受力特点、防水性能、方案实施等方面因素进行了较充分考虑，施工中根据其结构特点、地形地质条件、设计要求及施工经验等制定具体的施工方案，其中洞口附近一定范围内（两岸范围有所相同）按敞开开挖考虑，施工中对洞口附近按施工需要进行了必要的场地清理，其它部分则按暗挖法进行施工。根据大桥实际施工进展情况，锚碇防水等相关技术问题研讨会期间，各锚碇均已进入暗挖施工阶段，且大多已接近或进入锚塞体部位，施工揭示出的工程地质情况与地质勘探所提供的资料变化不大，洞室开挖施工后按设计要求及工程需要对周边围岩及时进行了岩体缝隙压浆处理、水泥砂浆锚杆加固和其它必要的施工加固支撑措施，同时对开挖洞室内壁及开挖入口处均及时采取挂网喷射混凝土初期支护，前期施工进展基本顺利，而洞室防水层及二次衬砌模注防水混凝土等则均未进行施工。锚碇作为地下工程，根据其设计施工特点及相关技术要求，当锚碇施工开挖后为保证岩（土）体的整体稳定，防止发生地层变形和出现塌方事故，需及时进行相应的支架支护、岩体裂隙的封闭压浆处理、水泥砂浆锚杆加固及挂网喷射混凝土初期衬砌施工等多道工序的施工，各道工序需同步或交叉进行，工序安排和时间要求均十分紧凑，施工干扰相对较大，造成较大的施工困难。特别是针对锚碇防水有重要作用的岩体裂隙封闭压浆处理施工而言，由于施工时间紧张，加之需及时进行一次衬砌网喷混凝土施工，对开挖洞室内壁进行覆盖，施工中对有些岩层裂隙不易及时发现，对周围岩体的压浆处理难以做到面面俱到和无遗漏之处，施工操作也有一定难度，难免出现防水薄弱部位，同时，根据锚碇构造情况，随着施工的不断进展，开挖断面越来越大，压浆处理工作量也随之大大增加，存在防水薄弱部位的可能性也就越大。从施工中所反映的具体情况分析，本桥锚碇处在工程地质上具有岩层变化较大、裂隙较为发育、周边岩石及土体的透水情况较为严重等基本特征，与地质勘探提供资料基本相符甚至更为严重，其中南岸下游锚碇洞室部分有很大部分处于覆盖层中，覆盖层厚度也较深。受地质基本条件和其它多种因素的制约，给施工造成较大困难，包括施工开挖后的安全稳定、支护措施、防水处理效果等，已根据具体特点在支护方面采取了必要的加强措施（尤其是进洞初期阶段），通过对进行初期衬砌挂网喷护施工后的洞室内部观察，发现仍有较普遍的渗水及水渍现象发生，拱顶上方的防水效果相对更差，主要是受岩（土）体厚度、整体性、裂隙发育等方面的影响，而南岸下游锚碇洞室由于覆盖层厚度较大，不仅防水效果差，还在施工过程中发现有地质沉降等现象发生。根据悬索桥结构特点，锚碇是其结构整体安全的重要保证，包括结构受力及锚碇洞室内各种钢构件的长期防腐需要，无论采用何种锚碇结构对其防水都应高度重视，本桥更是如此，从其所处地理环境特点考虑，工程地处三峡工程库区腹地，且锚碇埋设位置相对较低，大桥建成后将长期受到三峡工程正常蓄水位影响。而施工过程中在锚碇渗水方面受到的主要影响则是地表水（生活及施工用水）、一般地下渗水等，同时，从已进行的前期施工的季节特点方面考虑，基本属于旱季施工，降雨量很小，长江水位也很低，施工中基本不受长江水位影响，渗水量相对有限，即便如此，施工中仍发现有明显的渗水现象，同时施工中所发生的一些现象也充分体现了桥位处岩（土）地层抗渗性较差的特点，如根据施工单位介绍，北岸位于锚碇洞室上方的施工水管曾发生接头松脱，其泄漏出的水在地表几无流淌踪迹，几乎全部顺地层渗入锚碇洞室之内。根据锚碇实际施工情况，施工开挖后的现实状况虽仍不能充分反映运营过程中的渗水条件，并就防水问题进行全面综合评价，但可确认其地层渗水情况较为严重，从工程性质考虑对此问题必须予以高度重视，需要就防水处理采取进一步的加强措施，保证达到相关技术要求，包括结构的可靠受力及锚碇洞室内各种钢构件的长期防腐等基本要求。为充分掌握各锚碇不同位置的地层变化特点及渗水状况，在锚碇洞室防水层及二次衬砌模注防水混凝土未施工条件下，对锚碇洞室内部进行全面综合检查（主要针对初期衬护后锚碇内部防水情况）十分必要，检查处理应做到认真仔细，根据洞室内渗水及透水实际情况有重点和针对性地进行，为制定具体方案提供充分依据，在此条件下，通过进一步的研究论证和综合判断，结合其它类似工程的成功经验，提出切实合理的处理原则及工程措施，由于锚碇防水问题的重要性及施工操作的复杂性和繁琐性特点，必须制定严格的工艺操作规程要求，同时加以细化，保证方案实施的可操作性。四、锚碇防水标准的确定和基本处理原则1、根据本桥锚碇结构特点，同时考虑锚碇结构在保证大桥整体安全方面中所起的极为重要作用，需采取综合防水处理方案，层层设防，应依据不同部位的结构性质和施工特点采取具体施工措施，考虑本桥锚碇结构所处地质水文环境特点，结合地下工程防水技术规范（GB50108—2001）有关规定，其整体防水标准可按二级考虑，同时根据本次技术研讨会专家意见，其混凝土防渗等级按工程性质可定为S12级。2、防水混凝土的施工配合比应通过配方试验合理确定，通过掺加外加剂、掺和料配置而成，进行混凝土配方试验时，其抗渗等级和具体指标应符合地下工程防水技术规范有关规定要求，同时需比设计要求提高一级（0.2MPa）。3、上述防水标准应为锚碇结构的整体防水标准要求，根据锚碇结构特点，应针对其结构不同部位性质和相关构造特点情况采取不同的处理原则和技术要求，同时应结合周围地质、水文条件进行其它配套防水加强措施的研究：⑴、防渗等级不低于S12级应主要针对洞室二次衬砌模注防水混凝土而言，一次衬砌系按网喷混凝土设计和施工，从施工工艺特点考虑未按防水混凝土标准进行设计和施工，要达到综合防水技术标准要求，重点需在防水混凝土配方、各种添加剂采用、防水层安装施工、施工缝处理、施工工艺等方面作充分研究。⑵、锚塞体嵌固于周边围岩，属大体积混凝土构造，重点是就大体积混凝土施工相关工艺方面作认真研究，研究采取合理有效的工程措施，防止由于水泥水化热所造成的开裂发生是其关键，同时应切实保证混凝土与周边围岩结合部位的紧密结合，对保证结构可靠受力及防止渗水现象发生将起关键作用，本桥锚塞体设计采用微膨胀混凝土，配方试验时应在满足强度等条件下制定其适宜的膨胀率（补偿收缩影响后）指标，只要混凝土施工质量达到设计要求，不出现开裂现象，混凝土自身防水应无问题。4、结合锚碇构造特点、现场实际情况、以往工程经验，对锚碇外围（靠水边侧、左右两侧）、锚碇上方等部位采取进行进一步的防水、挡水、截水系统等工程措施是必要的，以期达到和提高相关工程防水标准要求，进一步保证结构的长期使用安全。五、锚碇防水主要工程措施及技术要求1、根据结构特点，锚碇洞室是其防水的关键部位，要防止水轻易进入锚碇洞室，造成洞室内长期积水和空气湿度过大，对大缆及各种连接构件造成锈蚀，影响结构使用寿命和大桥长期运营安全，本桥锚碇洞室设计采用复合式衬砌结构形式，对应结构自身的防水处理设有三道防线，即初衬网喷混凝土（一次衬砌）加背后注浆、防水层、模注防水混凝土（二次衬砌），在二次衬砌施工缝处设置橡胶止水带，同时还需对锚碇周边岩（土）体及外部采取封闭压浆和其它封、堵、截水等工程措施。2、从工程特点、地形地质情况、锚碇防水性能要求等方面综合考虑，施工开挖后对围岩（土）进行封闭压浆处理十分重要，是实现其整体防水的重要组成部分，封闭压浆施工处理达到相关技术标准和要求时，可有效降低锚碇外围的渗漏水压力，为实现防水层施工及二次衬砌的防水要求创造有利条件，根据类似工程施工经验，封闭压浆的保证厚度宜控制在3m左右，灌浆施工选择渗透性好的灌浆材料，可采用注入掺有膨润土、粉煤灰等掺合料的水泥浆进行压浆处理，必要时可考虑采用超细水泥、环氧树脂、聚氨酯等浆液作为灌浆材料，以充分填补岩层微小缝隙，施工时需尽可能做到压浆处理密实，避免出现防水薄弱环节，压浆施工后需对钻孔进行封闭处理。3、锚碇锚塞体直接承受大缆传来的巨大拉力，是保证大桥整体安全的关键所在，同时考虑锚塞体周围岩石以遇水后易软化的泥岩为主，必须保证锚塞体与岩体的紧密结合，防止在锚塞体与岩体的接合部位由于不密贴形成漏水和出现岩石软化现象，锚塞体为微膨胀混凝土，对混凝土灌注不密实部分（尤其是拱顶处）采取二次压浆处理等施工措施，对其自身施工质量（强度、密实度、有