洗馬溪大橋巖堆穩定性分析評價

趙華宏

（安徽省交通規劃設計研究院有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

巖堆是坡積物的一種，是崩塌作用在山坡低凹處或坡腳堆積的地質體，有時相互連接形成堆積裙。巖堆邊坡是一類具有特殊地質結構的混合土邊坡，在自然條件下，坡面處于穩定～極限平衡狀態，在外界環境及人工擾動作用下極易失穩。影響巖堆體穩定性的因素主要包括巖堆體的物質組成、構造特征、物理力學特性、水文氣象、地震及施工擾動等。由于巖堆體本身的復雜性，相關的研究還很不充分。G85麻柳灣至昭通段巖堆廣泛發育，而且走廊帶唯一，受地形地質條件及路線縱坡控制，必須從巖堆體上通過。巖堆體上橋梁、隧道、路基穩定性關系著項目建設成敗，而巖堆體組成的復雜性、變異性，致使巖堆穩定性為該項目最大的不確定性風險源和頭等工程技術難題。洗馬溪大橋全橋從巖堆體上通過，巖堆穩定關系到橋梁建設的安全。

1 工程概況

擬建的洗馬溪大橋位于昭通市大關縣悅樂鎮塘房村，橋梁軸線走向方位角244°～278°，該橋左線中心樁號為ZK8＋994，設計橋孔和跨徑為23×30m（孔×m）；右線中心樁號為K9＋094，設計橋孔和跨為11×30徑（孔×m）m，上部結構采用30m跨徑先簡支后連續T梁；下部采用圓柱墩、空心薄壁墩、樁基礎。

該橋位于巨型深厚層巖堆體上，橋位區不良地質現象主要為巖堆，廣泛分布于橋梁起點ZK8＋905、ZK8＋970～K8＋970段，層厚5.0～72.0m。 巖堆體主要由塊石、碎石組成，母巖成分主要為砂巖、砂質灰巖、泥質灰巖、泥灰巖等，充填物為泥質、角礫等。

2 巖堆穩定性調查評價

2.1 巖堆現狀

洗馬洗大橋位于大關河與灑魚河河谷交匯處北坡，地處云南省東北部，為橫斷山脈與云貴高原北部接壤處，為侵蝕中高山峽谷地貌，受北、北北東向構造控制，新構造強烈上升，河流下切侵蝕和溯源侵蝕強烈，河谷深狹，山峰峻峭，河谷橫斷面呈“V”形，縱坡降大，裂點多。崩塌、巖堆較多，巖溶發育，溶洞、暗河和溶蝕崩塌常見。

橋位區地面高程為760～830m，最大相對高差70m，橫坡向從坡腳灑魚河河谷至后部基巖裸露處高差80m左右。微地貌分別為堆積臺地和斜坡，組成物質成分主要為塊碎石巖堆體。斜坡上自然沖溝發育，溝谷深10～40m，寬度大。下伏基巖為志留系下統龍馬溪組（S1l）泥質灰巖、泥灰巖。巖層產狀286°～290°∠8°～10°，近水平，地質構造較簡單，陡傾角結理裂隙發育，多充填泥質，呈閉合狀，連通性差，賦水條件差。橋位區地表水較發育，主要為山間沖溝內流水，水量受季節控制明顯；地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水，孔隙水主要賦存于角礫、碎石及塊石層中，裂隙水賦存于泥質灰巖及砂質灰巖的節理裂隙中，主要靠大氣降水及地表水下滲補給，以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表。橋位區地形、地貌如圖1所示。

圖1 橋位區地形、地貌

2.2 分段評價

根據微地貌單元形態、巖堆體堆積形態、自然沖溝發育情況、堆積體物質組成、地表植被發育、周邊居民活動等，將橋位區巖堆體分為2個大的堆積體單元分段評價。

K9＋150沖溝以前橋位區覆蓋層主要為第四系更新統坡積成因（Qpdl）粉質黏土、崩積成因（Qpc）含碎石粉質黏土、碎石、塊石組成，坡腳形成寬緩堆積臺地，堆積層厚2～72m，后部自然山體較緩，薄層殘破基層覆蓋，植被發育，坡腳臺地已改造為農田。

K9＋150～K9＋342段巖堆所在斜坡體自然坡度為35°～42°，為“單面坡型巖堆”，表層呈稍密狀，下部呈中密-密實狀，工程地質條件較差。該巖堆所在斜坡段植被較發育，以灌木為主，坡腳有高羊茅集中生長帶（見圖2），下部有地方道路及村舍通過，通車多年，未見新近碎石、塊石補給及裂縫發育，后部山體為陡崖，巖性主要為強度較高的泥質灰巖夾強度較低、易風化的泥灰巖，形成凹凸不平的陡崖斷面，凸出的砂巖由于陡傾節理裂隙發育，且橋位區所屬區域地震活動頻繁、地震烈度較高，在重力作用或地震力作用下易產生崩塌。巖堆體天然狀態穩定性一般。具體工程特征對比見表1。

表1 巖堆分段特征一覽表

3 巖堆穩定性定性分析

從項目區域地質構造背景、地層巖性分布、斷裂構造、地形地貌、氣象水文等方面分析項目區巖堆形成原因主要是上部泥灰巖、灰巖、砂巖、泥質灰巖受節理切割崩塌堆落于坡腳形成，大關河、灑魚河河谷巖堆呈裙狀占布，上部山體為陡崖。大多數巖堆表面灌木叢生，后部坡面植被較好，個別巖堆被改造為農田，說明大多數巖堆處于靜止階段或趨于靜止階段。

對路線穿越巖堆個體從坡面形態、后部基巖完整性、坡面植被沖溝發育情況、巖堆體塊碎石含量、粒徑大小、塊碎石成分、充填結構、密實程度、巖床形態等方面查明巖堆體結構特征。一方面通過地表調查，另一方面結合鉆探資料共同查明巖堆體結構特征及巖床形態，從而綜合分析判斷。通過全線巖堆調查分析，沿線巖堆含石量較高，成分主要為灰巖、泥灰巖、白云質灰巖，巖石較堅硬，自然坡面一般介于30°～50°，初步分析認為：a）平均坡度介于30°～39°的巖堆邊坡處于基本穩定，暴雨和地震工況下臨滑狀態；b）平均坡度介于39°～45°的巖堆邊坡處于臨滑狀態，暴雨和地震工況下欠穩定；c）平均坡度高于45°的巖堆邊坡處于欠穩定狀態，其他工況下不穩定；d）平均坡度低于30°的巖堆邊坡處于穩定狀態。

綜合分析認為，洗馬溪大橋大橋巖堆，K9＋150以前為坡腳堆積臺地，堆積體密實，巖床整體形態底部平緩，巖堆體整體穩定；K9＋150以后段整體形態屬于單面坡形，處于趨于靜止階段，自然坡面30°～42°，上陡下緩，屬于比較容易產生滑動的堆積形態，處于基本穩定～欠穩定狀態。

4 巖堆穩定性定量分析

4.1 橋位區地層工程地質條件

橋位區地層分布復雜，表層含碎石粉質粘土、碎石土、塊石土交錯分布，局部呈透鏡狀，下部基巖面起伏變化大，巖堆體最大厚度大于60m。塊碎石土呈中密-密實狀，粒徑大于20mm的顆粒含量為55%～70%，母巖成分主要為強風化砂巖、泥質灰巖、瘤狀灰巖，粒徑20～60mm，呈棱角狀、次棱角狀，角礫、泥砂質充填，顆粒級配一般。塊石土中含大量孤石。

4.2 參數選取

結合定性調查分析，選取洗馬溪邊坡的K8＋960邊坡、K9＋145邊坡和K8＋923～959邊坡這3個斷面進行參數反演。經反算，推薦穩定性計算參數見表2。

表2 邊坡工程設計強度參數反演值

4.3 定量分析評價

橋位區巖堆體邊坡為土石堆積二元結構邊坡，巖堆體破壞可能沿塊碎石土內部某一軟弱層面滑動或者由于坡腳開挖擾動產生圓弧滑動，而最深滑動面為巖土界面。計算極限平衡法采用國際通行的嚴格M-P法和簡化畢肖普法。

首先對K9＋150～K9＋342段巖堆選取典型橫斷面K9＋220斷面（見圖2），指定堆積體沿基巖面滑動，計算安全系數為1.28，邊坡整體穩定，說明巖堆在自然狀態下不可能產生沿基巖面整體滑動?？紤]巖堆在連續降水、地震等不利條件下，可能在塊碎石土內部產生滑動破壞，塊碎石土假定為均質連續體，采用圓弧法搜索最危險滑動面，穩定性系數計算見表3，根據最危險滑面及容許安全系數進一步確定最危險區域。

圖2 K9＋220斷面最危險滑動面

表3 穩定性系數計算表

表3（續）

根據穩定性計算結果及定性評價分析，K9＋150以前為穩定-基本穩定段落，K9＋150～K9＋342段欠穩定，且橋梁位于斜坡體中部，欠穩定區位于橋梁上方，自然坡面較陡段，潛在滑動面深6～10m，滑動變形破壞范圍相對高差35m，面積7 000m2，總方量估計5萬m3，工程危害性大。綜合分析上部堆積層自然坡面達40°，接近于灰巖、泥灰巖塊石土最大休止角，可能因為上部排水順暢，再加上大塊石的骨架作用，自然狀態下處于極限平衡狀態，若下部橋梁樁基開挖，特別是施工便道及作業平臺開挖切坡，可能誘發滑坡，特別是在橋梁建成后期運營當中，若在連續降水、地震等不利條件下，一旦上部發生滑坡，可能危及橋梁樁柱安全，因而必須進行預加固處理。

5 結論

5.1 天然巖堆體基本處于穩定-極限平衡狀態，由于其物質結構的復雜性、不均勻性，特別是降水軟化作用的不確定性，致使巖堆穩定性難以完全做到準確定量評價，必須采用定性評價與定量分析相結合的綜合評價方法。

5.2 洗馬洗大橋從巖堆群上跨越，通過現場調查評價，對其分段、分區評價，為巖堆穩定性定量分析評價、勘察工作布置重點、不穩定區段劃分打下堅實基礎。

5.3 巖堆穩定性調查評價與路線方案布設同期進行，對大型不（欠）穩定巖堆體盡量避讓，對于無法避讓且工程安全影響不大的，應采取一定的工程措施，以阻止、減緩、預防滑坡發生，而對于必須進行滑坡治理的，應一次根治。

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