貴州某橋堆積體穩定性分析及防治措施研究

作者簡介：鄧中睿（1971—），男，本科，高級工程師，研究方向為路基路面、路線、巖土等。DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2205-5640-7435中圖分類號：U412.36 6

摘要：由于山區地質條件特殊，溝底容易形成不良地質體，當橋梁跨越溝谷時，橋區范圍內的不良地質會對橋梁結構安全產生重大隱患，其中橋區堆積體便是隱患之一。本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡作為研究對象，對其地質特征開展細致的調查分析，利用極限平衡法對其穩定性進行評價分析，最后提出合理的防治措施，以期為同類工程項目提供參考，保障山區高速公路的建設和運營安全。

關鍵詞：堆積體 ?穩定性分析 ?防治措施 ?荷載

中圖分類號：U443.32 ?????????????????????????????????????文件標識碼：A

Stability Analysis and Prevention?Measures of Accumulation of a Bridge in Guizhou

DENG Zhongrui

（Sichuan Hinghway Planning， Survey， Design and Research Institute Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610041 China）

Abstract： Because of the special geological conditions in mountainous areas， it is easy to form adverse geological bodies at the bottom of the ditch. When the bridge crosses the valley， the adverse geology within the bridge area will have major hidden dangers to the safety of the bridge structure， among which the accumulation body in the bridge area is one of the hidden dangers. This paper takes the Nanmengxi accumulation slope where the main pier of a bridge in Guizhou is located as the research object， conducts a detailed investigation and analysis of its geological characteristics， evaluates and analyzes its stability by using the limit equilibrium method， and finally proposes reasonable prevention measures， in order to provide reference for similar projects and ensure the construction and operation safety of highways in mountainous areas.

Key Words： ?Accumulation; Stability analysis; Control measures; Load

在我國，公路運輸在各種運輸方式中占重要地位。近年來，隨著我國西部大開發、“一帶一路”倡議、交通強國等重大戰略的實施，貴州省高速公路建設蓬勃開展，路網不斷加密。貴州多為山區地貌，在貴州高山峽谷地區廣泛分布著由于滑坡、崩塌、重力地質作用及降雨等作用形成的深厚堆積體邊坡。在公路設計建設過程中，受到地形限制，公路、橋梁往往要從堆積體上穿越而過，此時如果對堆積體認識不足、處置不當，很容易發生滑坡或泥石流災害，將對工程的安全實施和運營帶來巨大的安全隱患^[1-5]。

本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡作為研究對象，對其基本特征開展細致的調查分析，對其穩定性進行評價分析，進而提出合理的防治措施，以期為同類工程項目提供參考，保障山區高速公路的建設和運營安全。

1堆積體基本特征

南孟溪堆積體位于三板溪水電站水庫庫尾南孟溪右岸，在地形上呈兩陡坡夾一緩平臺，平臺高程約508m，縱向長25～30m，基覆界面亦為一緩平臺，未見強風化基巖。前緣段及后緣段平均坡度30°～33°，從剖面上看，基覆界面呈階梯形，從平面上來看，堆積體沿NW方向呈扇形展布，后緣寬度約250m，長約300m（見圖1、圖2），其坡表主要為農用林地及荒廢耕地。根據已有勘測資料，結合現場調查，測得整個堆積體面積約6.88×10⁴m²，整個堆積體平均厚度約19m，南孟溪堆積體體積約1.307×10⁶m³，為一大型堆積體。

南孟溪堆積體物質組成大致可分為三大部分，即粉質粘土層、塊石土層和碎石土層。下伏基巖主要為凝灰質板巖。南孟溪堆積體結構較復雜，可分為前緣段、平臺段、后緣段：前緣段主要為碎石土，部分夾粉質黏土及塊石土透鏡體;中部平臺主要為碎石土，鉆探揭示部分夾粉質粘土透鏡體;下部基巖未見強風化界面，且根據形態來看，基覆界面為一緩平臺。后緣表層見部分粉質粘土，下部主要為塊石土夾少量碎石土、粉質粘土透鏡體，部分鉆探揭示斷層破碎帶，詳見圖3。

擬建大橋為整體式橋梁，橋梁起點樁號為K34+815.0，終點樁號為K35+310.0，橋長980.00m，孔數及跨徑為2×30+（160+360+160）+6×40m，上部結構采用斜拉橋、預應力混凝土T梁，下部橋墩采用主塔、柱式墩、空心墩，基礎采用樁基礎;橋臺采用U臺、基礎采用擴大基礎。橋型圖如圖4所示。可見大橋4#橋墩位于南孟溪堆積體右岸。

2堆積體穩定性分析

2.1 計算工況及荷載組合

本次穩定性計算采用極限平衡法，對該堆積體蓄水狀態下的穩定現狀及開挖后邊坡穩定性進行評價。采用加拿大公司的GEO-SLOPE商業軟件的SLOPE/W模塊進行計算。

根據1：4?000 000《中國地震動峰值加速度區劃圖》（GB?18306-2015）及《建筑抗震設計規范》（GB?50011-2010），擬建線位區地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，地震基本烈度區劃分為VI度區，可不進行地震工況計算。考慮到南孟溪特大橋屬重點工程，計算時引入地震工況作為參考。雖然該堆積體位于主墩后緣，工程開挖量較小，堆積體仍對主墩有一定影響，根據《公路路基設計規范》（JTDG?30-2015）第3.7.7條安全系數取高值，《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013）地震工況采取擬靜力法驗算時，安全系數取1.15，根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330-2013）表5.2.6各地震峰值加速度與綜合水平地震系數關系，采用擬靜力法計算時，綜合水平地震系數取K=0.05×0.25=0.0125，豎直地震影響系數取0。

在對堆積體邊坡前緣及整體進行計算時，由于邊坡受庫區水位調節影響，根據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL3 86-2007）相關規定，運用條件可分為正常運用條件、非常運用條件I和非常運用條件II，其中正常運用條件是指水庫水位處于正常蓄水位和設計洪水位與死水位之間的各種水位及其經常性降落，非常運用條件I包括施工期工況、水位非常降落工況以及降雨引起的邊坡體飽和及相應的地下水水位變化工況，非常運用條件II為正常運用條件下遭遇地震。各個計算工況、荷載組合及相應安全系數見表1。

2.2 堆積體力學計算參數

在本次計算中，其巖土體力學參數的取值是在室內、室外試驗資料的基礎上^[5]-[13]，并結合工程類比及參數反演綜合確定，計算參數取值詳見表2。

2.3 穩定性計算結果

堆積體各工況穩定性計算結果如表3所示。（1）天然狀態下正常運用條件的整體穩定性系數為1.303，水位驟降工況和暴雨工況下非正常運用條件I的整體穩定性系數分別為1.267和1.203，地震工況下非正常運用條件II的整體穩定性系數為1.266，邊坡處于基本穩定狀態，滿足水庫邊坡安全標準。（2）邊坡前緣天然狀態下正常運用條件的穩定系數為1.16，水位驟降工況和暴雨工況下非正常運用條件I的穩定性系數分別為1.110和1.050，地震工況下非正常運用條件II的穩定性系數為1.108，邊坡處于基本穩定狀態，但均不滿足水庫邊坡安全標準。（3）邊坡后緣天然狀態下正常運用條件的穩定系數為1.239，暴雨工況下非正常運用條件I的穩定性系數分別為1.125，地震工況下非正常運用條件II的穩定性系數為1.209，邊坡處于基本穩定狀態，但不滿足天然狀態和暴雨工況下的水庫邊坡安全標準。

綜上所述，邊坡堆積體穩定性分析結果表明：（1）邊坡整體穩定較好，在各工況下均能滿足安全系數要求，在邊坡內設置大橋的重要構筑物是可行的;（2）邊坡前緣處于基本穩定狀態，但不滿足邊坡安全標準，若在該區設置重要構筑物，需要進行強加固，由于前緣段后部設置有南孟溪大橋4#橋墩，因此，需在4#橋墩前緣設置護坡樁，以防止前緣坡體失穩后對后方橋墩造成牽引破壞，在充分防護好后部橋墩的情況下，前緣坡體可考慮適當降低安全標準。

3 堆積體穩定性防治對策

根據堆積體邊坡特征和穩定性分析結果，南孟溪特大橋4#橋墩擬定了以下兩套方案。方案一：承臺施工放坡開挖方案，臨時邊坡按1：1.5坡率放坡，邊坡分級高度8m，設2m寬邊坡平臺，后緣刷坡三級總高度21.9m。方案二：在墩臺上方設雙排支護樁，在承臺基坑開挖過程中作為支擋措施（排樁每排設計承受推力為600kN/m），在后期又可作為抗滑安全儲備。排樁直徑1.8m，樁左右間距2.5m，前后間距5m，樁長32m。排樁后側邊坡按1：1.5坡率放坡，邊坡分級高度12m，樁后設8m寬邊坡平臺。

3.1 方案一工況下4#橋墩后部斜坡穩定性

表4給出了方案一工況下4#橋墩后部斜坡穩定性計算結果。可以看出，采取開挖方案一時，臨時邊坡暴雨及地震工況下穩定性系數均大于1.05，滿足規范要求;而在施工回填完畢后，天然工況下F_s=1.268<1.30，暴雨工況下F_s=1.145<1.20，地震工況下F_s=1.235>1.15，不滿足規范取高限的要求。

對比2.3節中后緣穩定性計算，以放坡開挖處為剪切口進行穩定性計算時，穩定性系數明顯高于后緣搜索自動最危險滑面，這主要是由于放坡處抗滑段相較于最危險滑面處抗滑段明顯增加導致。放坡開挖坡腳處及搜索最危險滑面兩種穩定性系數均低于安全標準。

3.2 方案二工況下4#橋墩后部斜坡穩定性

表5給出了方案二工況下4#橋墩后部斜坡穩定性計算結果。可以看出，采取開挖加固方案二，墩臺上方設雙排支護樁，在承臺基坑開挖過程中作支擋（排樁每排設計承受推力為600kN/m）時，邊坡天然工況下F_s=1.382>1.30，暴雨工況下F_s=1.249>1.20，地震工況下F_s=1.344>1.15，均滿足安全標準。

對比2.3節中后緣穩定性計算，以方案二開挖處為剪切口進行穩定性計算時，穩定性系數高于后緣搜索自動最危險滑面，這主要是由于放坡處抗滑段相較于最危險滑面處抗滑段明顯增加導致。支護開挖坡腳處穩定性系數滿足安全標準。

4結論

本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡作為研究對象，結合現場對堆積體的工程地質調查結果，通過極限平衡法評價了堆積體的穩定性，同時提出了防治措施，得到以下結論.

（1）南孟溪堆積體在地形上呈兩邊坡夾一緩平臺，平臺高程約508m，縱向長25～30m，從剖面上看，基覆界面呈階梯形，從平面上來看，堆積體沿NW方向呈扇形展布，后緣寬度約250m，長約300m，為一大型堆積體。

（2）堆積體邊坡前緣在天然狀態下穩定性良好，在地震、暴雨及水位驟降工況下穩定性明顯降低，建議在主橋橋墩前方加固支護，以防止前部岸坡垮塌引起承臺處牽引破壞。

（3）邊坡開挖計算結果表明，方案一放坡開挖及方案二開挖支護方案在施工期均能滿足安全系數要求，放坡開挖回填后方案一各工況下穩定性不能滿足安全系數要求;采用開挖方案二則滿足安全標準。

（4）4#橋墩位于平臺前緣，考慮到工程量較大，需要進行一定的開挖，而平臺端對堆積體抗滑作用明顯，建議盡量減少開挖量，并對開挖處進行強支護，綜上考慮，建議選取方案二進行開挖支護。

參考文獻[1]張帆宇，劉高，諶文武，等.袁家灣滑坡在切坡開挖過程中的演化機理[J].巖土工程學報，2009，31（8）：1248-1254.