深切河谷特大橋岸坡穩定性研究

龍 維,陳 海

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550081)

1 概述

深切河谷段路線線位的擬定關鍵點為橋位的選擇，尤其特大橋橋位是控制路線方案的重要因素，橋位岸坡穩定性是路線方案擬定首要評價目標。特大型橋梁工程結構的穩定性受岸坡穩定影響極大[1],地形地質條件對橋型、橋跨、基礎形式等的選擇至關重要[2-3]，峽谷高陡岸坡穩定性對橋基位置的確定意義重大[4]。

某擬建高速公路龍河特大橋位于重慶市豐都縣，推薦橋型為9×40 T梁+(122+230+122)連續剛構+4×40 T梁，橋墩采用箱型墩、空心薄壁墩，群樁基礎，橋臺為U型臺，擴大基礎。

路線以主跨230 m大跨徑剛構橋梁橫跨龍河深切河谷，山勢陡峻，河谷深切，谷底為龍河，河內塊片石大量分布，豐水期最高水位274.6 m。豐都岸坡面分布有堆積體，基巖為砂泥巖互層，層面傾向河谷，為順層坡，強風化巖體節理裂隙發育，巖體破碎(見圖1，圖2)。豐都岸地質條件復雜，不良地質發育，岸坡是否穩定，將直接決定橋位是否成立及橋型的選擇。

2 工程地質特征

2.1 地形地貌

橋位區屬構造剝蝕河谷地貌，地形上呈寬緩“V”型溝谷狀，兩岸地形較陡，豐都岸坡角一般16°～46°，武隆岸坡角一般29°～59°，局部呈陡崖狀。

2.2 地層巖性

碎石土：雜色，稍密狀，主要由砂、泥巖碎、塊石組成，黏性土充填，碎、塊石呈次棱角狀，含量(質量分數)約48%～59%，含量分布不均，粒徑一般6 cm～28 cm，地表可見最大者達2.0 m。

粉砂質泥巖：紫紅色，粉砂泥質結構，中～厚層狀構造，主要由黏土礦物組成。

砂巖：灰白色，細中粒結構，中～厚層狀構造，主要由長石、石英等礦物組成。

2.3 地質構造

橋址區位于石柱向斜北西翼，巖層呈單斜產出，巖層優勢產狀110°∠12°，主要發育2組構造裂隙：L1組裂隙，優勢產狀為52°∠85°，局部反傾，張開2 mm～15 mm，局部泥質充填，延伸1.50 m～2.80 m，間距為0.60 m～1.50 m，結構面結合很差；L2組裂隙，優勢產狀為334°∠78°，局部反傾，張開1 mm～5 mm，局部泥質充填，延伸1.8 m～3.8 m，間距為0.50 m～1.30 m，結構面結合很差。

2.4 水文地質

橋址區地下水劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩大類型：

松散巖類孔隙水主要分布于第四系崩坡積碎石土中，水量較小，受氣候影響顯著；基巖裂隙水主要分布于砂巖地層中，含水量主要受構造裂隙發育程度、深度及貫通性控制，富水性相對較強，粉砂質泥巖為相對隔水層，水量小。

2.5 不良地質

根據工程地質調繪及鉆孔揭露，橋址區不良地質主要為堆積體，崩坡積形成。堆積體位于龍河特大橋豐都岸引橋區，平面呈扇形，位于斜坡中部。崩坡積前后緣相對高差約88 m，主崩方向123°。崩坡積體寬約240 m，縱向長約390 m，平均厚度約15.9 m，面積約9.4×104m2，體積約149.6×104m3，為大型堆積體，主要由碎石土組成。

崩坡積體目前未見開裂變形跡象，局部地形較陡地段見掉塊、松落現象。前緣由于鄉村公路修建局部切坡，采用簡易條石擋墻支擋，擋墻未見開裂變形跡象。崩坡積體目前整體處于穩定狀態。

3 豐都岸岸坡穩定性

豐都岸為順層岸坡，且有大型堆積體發育，岸坡是否穩定直接決定了橋位是否成立及橋型的選擇，岸坡穩定性研究重點為堆積體穩定性及順層滑動穩定性。采用有限差分強度折減法對堆積體岸坡穩定性進行計算分析，利用邊坡的塑性區貫通性來確定滑動面的位置，彌補了極限平衡方法的不足，得出的計算結果更為準確[5]，基于Mohr-Coulomb準則，利用FLAC3D建模進行計算(見圖3)。

強度折減法是將巖土材料的抗剪強度c,φ值不斷迭代折減，直至達到臨界破壞狀態，此時的折減系數為穩定系數，參數折減公式如下：

(1)

(2)

3.1 計算參數

根據現場詳細地質調繪、物探、鉆探結果，結合室內試驗及工程經驗類比，巖土體物理力學參數取值如表1所示。

表1 巖土體物理力學參數

3.2 計算工況

豐都岸岸坡穩定性分析重點為堆積體及順層岸坡，因橋址區山高谷深、河谷深切，河流水位相對較淺，經研究發現河水位影響范圍有限，豐水期水位遠低于堆積體位置，對順層層面也無影響，因此岸坡穩定性研究忽略河水位的影響。區域地震基本烈度為6度，地震反映譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.05g。由于剛構橋結構自重較大，對基礎要求較高，且下部結構在地震作用下會產生較大的反力，對岸坡造成一定擾動，影響岸坡的穩定性，因此按7度抗震要求驗算地震工況下岸坡穩定性。計算工況如下：

工況一：岸坡自重+橋梁荷載。

工況二：岸坡自重+橋梁荷載+暴雨。

工況三：岸坡自重+橋梁荷載+地震。

3.3 穩定性評價結果

不同工況條件下計算結果見表2，其中安全控制標準依據相關規范并考慮近年來高速公路特大橋岸坡穩定性控制標準而定。

表2 岸坡穩定性計算結果一覽表

計算結果表明，堆積體在工況一、工況三條件下穩定性系數分別為1.39，1.15，滿足安全控制標準，而在工況二條件下穩定性系數為1.18，不滿足安全控制標準。

由于堆積體相對松散且透水，而下部泥巖為相對隔水層，在暴雨工況下堆積體穩定性系數下降明顯，且計算結果表明最大位移量達4.7 cm(見圖4)，說明雨水對岸坡穩定性有顯著不利影響，局部可能會產生失穩破壞，加強截排水措施是岸坡堆積體處治首要工作，且需對堆積體進行適當清方及支擋處理，同時，應加強監測工作。

順層岸坡在工況一、工況二、工況三條件下均滿足安全控制標準，處于穩定狀態。

可以看出，地震作用下穩定性明顯降低，地震作用將對順層岸坡穩定性產生顯著的影響，但主要影響淺層巖土體穩定性(見圖5)，主要體現在地震震動通過改變坡體結構及整體應力狀態和坡體巖土性質，從內因上造成邊坡穩定性降低。

4 結論

1)橋址區整體地質條件適宜橋梁建設。

2)橋區堆積體在暴雨工況下不滿足安全控制標準，需進行處治，以清方結合截排水措施為主，局部采取支擋措施。

3)順層岸坡穩定性滿足安全控制標準，但因橋梁墩臺基礎開挖切腳，需進行支擋防護，并做好開挖臨時防護措施。