試論大橋橋墩不穩(wěn)定斜坡體的性質(zhì)及危害

王保宏

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西太原 030006)

1 概述

1)擬建大橋起點里程 K31+705.5，終點里程 K32+314.5，橋長609 m，上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁。南側(cè)橋臺附近地質(zhì)情況復(fù)雜，落水洞成群，下部相互貫通，溝邊卸荷裂縫發(fā)育，局部邊坡表層存在0.5 m～3 m厚的蠕變現(xiàn)象。為徹底查明該不穩(wěn)定斜坡對南側(cè)橋墩的危害性，對該不穩(wěn)定斜坡進行了補充勘察工作。

2)地質(zhì)災(zāi)害的危害程度。

擬建場地若滑動將剪斷橋樁，危及大橋安全。

3)目的任務(wù)。

a.目的。

通過合理的地質(zhì)測繪、勘探工作，查明該不穩(wěn)定斜坡的分布范圍、規(guī)模、地質(zhì)條件及影響因素;分析不穩(wěn)定斜坡形成機制，評價其穩(wěn)定性，為不穩(wěn)定斜坡施工治理設(shè)計提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

b.任務(wù)。

查明不穩(wěn)定斜坡的類型、分布范圍及其影響范圍;查明不穩(wěn)定斜坡的變形破壞跡象，結(jié)構(gòu)特征，空間特征及物質(zhì)組成，分析不穩(wěn)定斜坡的形成機制;查明不穩(wěn)定斜坡區(qū)地下水類型，埋藏與徑流條件，分析水對斜坡穩(wěn)定性的影響;分析斜坡變形破壞機制，對其穩(wěn)定性作出詳細(xì)評價，提出合理化治理建議;結(jié)合不同情況，分析在暴雨、地下水、地震等影響下，不穩(wěn)定斜坡體的穩(wěn)定性。

4)思路。

首先組織有經(jīng)驗的技術(shù)人員對該不穩(wěn)定體實地進行工程地質(zhì)調(diào)繪，以確定其屬性，然后在坡體上進行必要的挖探或鉆探，找出證據(jù)，定性定量的進行分析判斷其對大橋橋墩的危害程度，為處治該不穩(wěn)定體提供準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)。

2 環(huán)境地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

不穩(wěn)定斜坡體位于峨嵋臺塬區(qū)，黃土受水流侵蝕切割形成黃土峁、梁、陡壁，侵蝕沖溝發(fā)育，海拔一般615.4 m ～679.1 m，相對高差64.3 m，不穩(wěn)定體南北長約80 m，東西寬約30 m，平面形態(tài)橢圓形，坡度一般40°～50°，屬侵蝕構(gòu)造地形。

2.2 地層巖性

出露地層上部為第四系上更新統(tǒng)(Qeol3)風(fēng)積新黃土，中下部為中更新統(tǒng)(Qpl2)河流相成因的老黃土。

新黃土(Qeol3):以粉土為主，褐黃色，稍濕，稍密～中密，結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，具蟲孔，屬中等壓縮性土，含菌絲及鈣質(zhì)結(jié)核，厚度一般15.0 m～21.0 m，局部夾褐紅色古土壤層。

老黃土(Qpl2):以粉質(zhì)粘土為主，棕黃色，硬塑～堅硬狀態(tài)，土質(zhì)較均勻，含菌絲及鈣質(zhì)結(jié)核，該層未揭穿，厚度80 m左右，夾數(shù)層褐紅色古土壤。

2.3 水文地質(zhì)條件

2.3.1 降雨對不穩(wěn)定斜坡的影響

氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，全區(qū)年平均降水量為529.5 mm，雨季一般在每年的7，8，9月份。該不穩(wěn)定斜坡主要由新、老黃土組成，且以老黃土為主，結(jié)構(gòu)上部疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，具有肉眼可見的大孔隙;富含碳酸鈣成分，具易溶蝕、易沖刷、各向異性等工程特征，在暴雨或長時間降水等作用下，降水沿溝邊卸荷裂隙(落水洞)下滲，遇下伏較致密的老黃土而形成出水口。由于該斜坡匯水面積很小，周邊排水通暢，因此不會形成斜坡整體滑動。斜坡表層在降雨沖刷、淋漓共同作用下，增大斜坡表層巖土體的重度，軟化表層土體，形成表層軟弱滑動面，使斜坡表層土體(局部)存在0.5 m～3.0 m厚的蠕變現(xiàn)象。

2.3.2 地下水對不穩(wěn)定斜坡的影響

不穩(wěn)定斜坡區(qū)地下水按其賦存介質(zhì)為第四系松散層孔隙水，勘察期間，斜坡體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水，因此，可不考慮地下水對斜坡的影響。

3 不穩(wěn)定斜坡基本特征

3.1 確定不穩(wěn)定體性質(zhì)

經(jīng)過在不穩(wěn)定體周邊、坡體上詳細(xì)調(diào)查取證，確定該不穩(wěn)定體為黃土錯落體，其南側(cè)錯落距離2.0 m，北側(cè)錯落距離4.0 m。上部(Qeol3)黃土較疏松，下部(Qpl2)黃土較為密實，自然狀態(tài)下該錯落體屬穩(wěn)定狀態(tài)，工程狀態(tài)下欠穩(wěn)定。

3.2 成因分析

該錯落體位于測設(shè)里程K32+168～K32+245之間，路線斜穿該錯落體側(cè)后部。錯落體中后部、側(cè)部發(fā)育有黃土落水洞，其后100 m范圍內(nèi)發(fā)育有15個大小不一、深淺各異的落水洞，但絕大部分落水洞底界均止于(Qpl2)黃土頂部。其西30 m近南北向的侵蝕沖溝即為串珠狀落水洞長期受水流侵蝕沖刷所致。

從地貌上看，路線K31+800～K32+045段左側(cè)100 m～140 m的沖溝及凹槽上串珠狀落水洞;錯落體西30 m的侵蝕沖溝及其后100 m范圍內(nèi)發(fā)育的15個大小不一、深淺各異的落水洞，似為新構(gòu)造運動所致。所以該錯落體與構(gòu)造運動有一定關(guān)系。

錯落體底部邊緣為大橋所跨越的黃土沖溝，上寬下窄呈“U”形，底寬40 m～60 m，頂寬150 m～290 m，切割深65 m。調(diào)查期間溝內(nèi)無地表水流，該錯落體緊鄰上下游各有一大型錯落體，應(yīng)為同期形成。其成因有二:1)洪水經(jīng)常性的侵蝕下切、側(cè)向沖刷，導(dǎo)致坡腳部分懸空;2)坡體承受了大量雨水，導(dǎo)致重量急劇增大，坡體粘聚力不足以承受如此大的負(fù)荷，于是下錯，形成現(xiàn)地貌。

3.3 補充勘察工作

采用1∶2 000地形圖，詳細(xì)工程地質(zhì)調(diào)查0.4 km2。

在錯落體平臺上靠近后壁的位置，布設(shè)3條探槽(探槽起點坐標(biāo)及高程見表 1)，深度分別為 3.2 m，2.9 m，3.1 m，于 TC01，TC02中分別發(fā)現(xiàn)2條裂縫，一條緊貼后壁，另一條距后壁1.2 m。

表1 探槽起點坐標(biāo)及高程

BTC1 探槽:方位93°，長 2.85 m，深 3.2 m，揭露地層為上更新統(tǒng)新黃土(Qeol3)，發(fā)現(xiàn)DL01，DL02兩條裂縫。

DL01 裂縫:90°∠83°，緊貼后壁，裂縫寬度 0.5 cm ～1 cm，裂縫局部被紅褐色粉質(zhì)粘土充填，有水蝕痕跡，隱約可見擦痕。

DL02裂縫:85°∠83°，裂縫寬度1 cm～2 cm，裂縫被粉土充填，局部砂質(zhì)含量高，無水蝕、無擦痕及擠壓現(xiàn)象。

BTC2 探槽:方位78°，長6.7 m，深2.9 m，揭露地層為上更新統(tǒng)新黃土(Qeol3)，發(fā)現(xiàn)DL01，DL02兩條裂縫。

DL01 裂縫:80°∠85°，緊貼后壁，裂縫寬度 0.8 cm ～1.2 cm，裂縫局部被紅褐色粉質(zhì)粘土充填，有水蝕痕跡，隱約可見擦痕。

DL02裂縫:80°∠83°，裂縫寬度8 cm～12 cm，裂縫被粉土充填，局部含中細(xì)砂，無擦痕及錯動現(xiàn)象。

BTC3 探槽:方位92°，長2.0 m，深3.1 m，揭露地層為上更新統(tǒng)新黃土(Qeol

3)，未發(fā)現(xiàn)裂縫。

根據(jù)探槽揭露成果，裂縫間距1.2 m ～2.5 m，80°～90°∠83°～85°，與溝邊可見卸荷裂縫方向及傾角基本一致，根據(jù)溝邊可見卸荷裂縫深度推測緊貼后壁的裂縫深度自錯落體平臺直至溝底，另一條裂縫深度約15.0 m～21.0 m。

4 錯落體穩(wěn)定性分析評價

穩(wěn)定性分析、評價是從其所處地形地貌單元、錯落體要素的特征、物質(zhì)組成、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件等等方面著手，通過實地調(diào)查，以及錯落體在自然狀態(tài)下和公路工程通過錯落體的方式以及工程對錯落體穩(wěn)定的影響程度下，對其穩(wěn)定性進行分析以及評價。

4.1 穩(wěn)定性分析

錯落體位于峨嵋臺塬區(qū)，背靠黃土臺塬，面臨侵蝕沖溝，臺面與溝底相對高差65 m，錯落體表面坡度40°～50°，小侵蝕沖溝發(fā)育，匯水面積小，排水通暢，錯落體內(nèi)無地下水分布;上部為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積成因的新黃土(Qeol3)，疏松，具大顆粒，垂直節(jié)理發(fā)育，落水洞主要發(fā)育于該套地層，且排泄通暢;中下部為中更新統(tǒng)河流相成因的老黃土(Qpl2)結(jié)構(gòu)較致密。局部邊坡表層存在0.5 m～3 m厚的蠕變現(xiàn)象。

路線K32+168～K32+245斜穿該錯落體側(cè)后部，工程為百帝大橋運城側(cè)橋臺和一排墩，橋臺處挖方5 m～8 m，對錯落體的穩(wěn)定有利，相當(dāng)于減輕錯落體的荷載;近運城側(cè)橋臺的一排墩施工時，有可能擾動坡腳，破壞錯落體的穩(wěn)定，引起滑塌。

4.2 穩(wěn)定性評價

由以上分析得出結(jié)論，錯落體在自然狀態(tài)下是穩(wěn)定的，工程狀態(tài)下欠穩(wěn)定。

5 錯落體的處治

鑒于橋臺附近落水洞的發(fā)育，深度一般8 m～10 m，且工程于此挖方5 m～8 m，處治落水洞可采用挖除換填的方法;處治錯落體可于近運城側(cè)橋臺的一排墩處始，其上的土體全部清除，填至其西側(cè)沖溝中，并于錯落體坡腳做漿砌塊片石護坡，以防止暴雨季節(jié)洪水對錯落體坡腳進一步的侵蝕沖刷，護坡高度以不低于4 m為宜。

6 結(jié)語

1)大橋南側(cè)橋臺附近不穩(wěn)定斜坡體為錯落體，且形成年代久遠(yuǎn)。

2)錯落體在自然狀態(tài)下穩(wěn)定，工程狀態(tài)下欠穩(wěn)定。

3)對橋臺附近的落水洞及錯落體進行處治，并對錯落體坡腳進行防護。