G85麻柳灣至昭通段K3-K6巖堆體橋梁穩(wěn)定性分析

趙華宏，溫廣軍

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230088）

1 項(xiàng)目概要

本項(xiàng)目為高山峽谷地形，構(gòu)造剝蝕地貌，切割強(qiáng)烈，V型河谷發(fā)育，山體上部多發(fā)育懸?guī)r陡壁，山前崩堆積體、滑坡發(fā)育。K11以前基本沿河谷或堆積體上布線，K11以后基本以橋隧加短段路基從山腰通過，路基左側(cè)挖方高邊坡高度大，且大部分段落位于崩堆積體中下部，堆積體自然狀態(tài)處于穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)，路塹開挖易形成順基巖面滑坡。高速公路橋梁建于堆積體斜坡上，場地穩(wěn)定及橋梁地基基礎(chǔ)穩(wěn)定至關(guān)重要。

根據(jù)全線巖堆橋梁鉆探成果結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查分析表明： a）巖堆發(fā)育規(guī)模大，厚度大，一般在20～30m，有的甚至大于60m，規(guī)模超100萬方的段落較多，潛在滑坡危害性大； b）對全線巖堆上橋梁未鉆穿的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主要集中在K4-K6段巖堆群、K7-K9+200段堆積臺地、K11+700-K13+600段巨型古堆積體、K35-K35+400段堆積體臺地，鉆孔深度一般達(dá)40～50m，巖堆厚度未揭穿，選擇代表性橋位區(qū)進(jìn)行物探勘察，解譯最大厚度可達(dá)63m，工程建設(shè)需深入研究巖堆體上橋梁基礎(chǔ)形式及安全問題、路塹邊坡開挖引發(fā)巖堆滑坡問題、路線安全風(fēng)險(xiǎn)問題、施工圖詳勘巖堆區(qū)橋梁鉆孔要鉆多深、是否一定要鉆穿進(jìn)入完整基巖、鉆穿的目的是什么等問題。

2 場地建設(shè)條件

本項(xiàng)目處于長江上游支流向云貴高原過渡帶上，為強(qiáng)構(gòu)造剝蝕山嶺區(qū)高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h。高山峽谷地貌，新構(gòu)造運(yùn)動活動強(qiáng)烈，V型河谷發(fā)育，山體上部多發(fā)育懸?guī)r陡壁，山前崩堆積體、滑坡發(fā)育，地形地質(zhì)條件極差。沿線出露巖性主要有灰?guī)r、砂巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r等軟硬互層的沉積巖建造。河谷堆積第四系卵礫石層夾大滾石，坡面上覆蓋層一般較薄，大部分基巖出露，坡腳、臺地堆積厚層巨厚層坡崩堆積物，成分主要為碎石土、塊石土，含少量細(xì)粒土，表層一般有0.5～6m的粉質(zhì)粘土。

項(xiàng)目區(qū)位于“川滇經(jīng)向構(gòu)造帶”的北段東緣，東部與華夏式構(gòu)造交接，南北向構(gòu)造、北東向構(gòu)造最為明顯，為主要構(gòu)造，二者以明顯的聯(lián)合、復(fù)合關(guān)系交織在一起，前者以明顯的等距性發(fā)育于項(xiàng)目區(qū)北部，后者成“多”字形排列于項(xiàng)目區(qū)南部；北西向構(gòu)造不太發(fā)育，僅在大關(guān)附近零星出露。受構(gòu)造運(yùn)動影響，斷裂構(gòu)造、褶皺發(fā)育，一般向斜寬緩，背斜緊閉，陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育。懸?guī)r陡坎上卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙及層面等把巖體切割成碎塊狀結(jié)構(gòu)。風(fēng)化強(qiáng)烈，地形陡峻，使崩塌、掉落異常發(fā)育，提供了充足的崩堆積物源，一般沿大關(guān)河、灑漁河河谷階地及山坡上形成大量巖堆，規(guī)模厚度巨大，一般堆積厚度20～30m，有的厚達(dá)63m以上，大型堆積體方量都在100萬方以上，有的甚至連成裙，穩(wěn)定性差。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2001），本場地的地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40s。據(jù)史料記載，橋位所屬區(qū)域地震活動頻繁、強(qiáng)度大，震源淺、災(zāi)害重，從1854年至今，已發(fā)生破壞性地震22起，其中最大地震震級7.1級。

本項(xiàng)目路線方案受地形地質(zhì)條件限制，特別是縱坡控制，平面上還有原麻柳灣至昭通二級公路、老G213、高壓輸電線等控制因素，K11以前基本沿河谷或堆積體上布線，K11以后基本以橋隧加短段路基從山腰通過，且大部分段落位于崩堆積體中下部，共統(tǒng)計(jì)路線經(jīng)過巖堆12段，長約13km，單個(gè)最短長度200m，長的2 000m，目前調(diào)查天然狀態(tài)一般處于穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3 巖堆上橋梁穩(wěn)定性

3.1 巖堆分類

全線12km長的巖堆基本是以橋梁或路基形式通過，路基開挖或路堤加載對巖堆穩(wěn)定性影響分析可按規(guī)范公式分析計(jì)算，但巖堆體橋梁作用荷載對巖堆穩(wěn)定性影響與其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)，也是目前穩(wěn)定性分析難題。對以上4段橋梁通過巨型巖堆結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查判斷進(jìn)行穩(wěn)定性分析，該4段巖堆都規(guī)模巨大，但根據(jù)坡面形態(tài)、地表建筑、巖土結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分等可分為兩類。

3.1.1 臺地型

K7-K9+200段堆積臺地、K11+700-K13+600段里底村巨型古堆積體、K35-K35+400段沙池村臺地的共性是臺地寬闊、階面平緩，距河床較高較遠(yuǎn)，有村莊居住，表層風(fēng)化粘性土厚度較大，一般耕種農(nóng)田，說明堆積體時(shí)間久遠(yuǎn)，穩(wěn)定。這類巨型堆積臺地一般整體穩(wěn)定性較好，即建設(shè)場地穩(wěn)定，一般工程建設(shè)只需考慮開挖邊坡穩(wěn)定及堆載地基穩(wěn)定性問題，同一般建設(shè)場地條件。

3.1.2 單斜堆積體

K4-K6段巖堆群，為坡前堆積體相連成裙，位于大關(guān)河岸坡上，坡面成單斜坡，局部頂部有緩平臺，坡面一般30～40°，塊石、碎石土堆積，密實(shí)度

圖1 巖堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)（架空結(jié)構(gòu)）

圖3 巖堆地形地貌

就本項(xiàng)目勘察而言，對巖堆勘探按照規(guī)范要求進(jìn)行地質(zhì)調(diào)繪、物探、結(jié)合橋位鉆探進(jìn)行綜合勘探，基本查明了巖堆分布、物質(zhì)成分、地層結(jié)構(gòu)等工程地質(zhì)條件。但巖堆穩(wěn)定性評價(jià)是目前普遍工程技術(shù)難題，規(guī)范也未明確給出穩(wěn)定性評價(jià)方法，新版公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范7.3.10節(jié)第3款要求：危巖、崩塌與巖堆詳勘應(yīng)按第7.2.9條規(guī)定提供資料，7.2.9條為滑坡勘探規(guī)定。

穩(wěn)定性評價(jià)采取定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的綜合評價(jià)方法。巖堆穩(wěn)定性評價(jià)首先是斜坡自身穩(wěn)定性評價(jià)及工程建設(shè)影響后的穩(wěn)定性預(yù)測。厚層巨差，局部成架空結(jié)構(gòu)（見圖1～圖4），厚度一般30～40m，甚至達(dá)63m以上，土性不均，透水性不一，工程地質(zhì)條件差。

3.2 穩(wěn)定性分析

圖2 巖堆局部開挖滑塌

圖4 巖堆表面物質(zhì)成分

厚層巖堆斜坡由塊石土、碎石土組成，斜坡穩(wěn)定分析可用圓弧法分析坡面穩(wěn)定，其次是分析整體沿基巖面滑動的可能性。

以K4+260特大橋的K4+560斷面進(jìn)行分析，地質(zhì)地層條件參考該橋ZK-5鉆孔。由于堆積體厚度巨大，坡面穩(wěn)定可近似均質(zhì)體按圓弧滑動計(jì)算，計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見表1。

由此可知，該堆積體為欠穩(wěn)定斜坡，自然狀態(tài)基本穩(wěn)定，在暴雨或地震等不利條件下可能發(fā)生坡面滑動，場地斜坡安全系數(shù)達(dá)不到規(guī)范要求，建設(shè)場地不穩(wěn)定。

表1 堆積體斜坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.3 巖堆體橋梁基礎(chǔ)形式及穩(wěn)定性

巖堆體上橋梁穩(wěn)定性涉及場地穩(wěn)定性和地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性，根據(jù)勘察方案建議巖堆上橋梁采用樁基礎(chǔ)，地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性解決，那么場地穩(wěn)定性就是斜坡穩(wěn)定性以及工程建設(shè)后的穩(wěn)定性。根據(jù)場地建設(shè)條件，巖堆上橋梁場地根據(jù)巖堆體厚度、地形地面坡度、堆積平臺寬度等，建設(shè)場地可分為兩類，一類是平緩穩(wěn)定場地，對應(yīng)于臺地型巖堆（見圖5）。場地開闊平緩，堆積體穩(wěn)定的場地，巖堆體只是巖土結(jié)構(gòu)特殊，但不存在不良地質(zhì)條件，僅基巖面上堆積體厚度大而已，可劃分為一般場地，地基土承載力參數(shù)及變形性要根據(jù)結(jié)構(gòu)密實(shí)度、細(xì)粒土含量等綜合考慮。另一類是斜坡場地，對應(yīng)單面坡型巖堆（見圖6），堆積體呈斜坡狀，橋梁建設(shè)場地位于斜坡體上，盡管堆積體厚度、物質(zhì)成分、穩(wěn)定性等在不同堆積體甚至同一堆積體不同部位都有所不同，但作為建設(shè)場地考慮，其都為斜坡場地，建筑物的適宜性首先應(yīng)考慮場地自身的穩(wěn)定性以及橋梁建設(shè)對斜坡穩(wěn)定性的影響。

巖堆斜坡場地上橋梁樁基作用，一是摩擦樁型懸浮結(jié)構(gòu)，安全性最低，危險(xiǎn)性最大，二是嵌巖樁型，由于樁長達(dá)40～60m，柔性結(jié)構(gòu)，側(cè)向抵抗力弱，安全性不足。兩者對巖堆體而言形成外部荷載，作用形式有所不同，但都是在欠穩(wěn)定斜坡體上建設(shè)，且增加外荷載，橋梁建設(shè)場地安全性不夠。

圖5 第一類 穩(wěn)定巖堆場地

圖6 第二類 欠穩(wěn)定巖堆場地（摩擦樁）

4 結(jié)論

4.1 該項(xiàng)目崩塌巖堆等不良地質(zhì)條件發(fā)育，處于高地震烈度區(qū)，陡坡、巖堆、高烈度區(qū)、高架橋、高邊坡是本項(xiàng)目的顯著特征，邊坡穩(wěn)定及建設(shè)場地穩(wěn)定關(guān)系工程建設(shè)安全。

4.2 通過對巖堆路段的綜合勘察分析評價(jià)，并劃分巖堆類型，先定性評價(jià)，再進(jìn)一步根據(jù)勘察成果定量分析，綜合判斷巖堆穩(wěn)定性的方法值得借鑒。

4.3 K3-K6段巖堆裙上有2座大橋、1座特大橋及3段高邊坡，工程規(guī)模大，場地穩(wěn)定性差，建設(shè)適宜性差。

4.4 巖堆上橋梁穩(wěn)定性分析理論復(fù)雜，但首先應(yīng)確保場地斜坡穩(wěn)定，對大型巖堆穩(wěn)定性差的，宜合理避讓；對欠穩(wěn)定的、規(guī)模小的可通過工程治理后通過。

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