嘉陵江某特大橋工程堆積體的穩定性分析

吳兆敬

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610017)

0 引言

從2010年開始，四川大力實施渡口改橋梁的建設。渡改橋是落實百姓出行安全的重要民生工程，也是打通區域產業發展經濟通道的重要樞紐。受兩端渡口人類活動及構筑物影響，渡口附近橋梁位置的選擇有一定局限性，有時不得不放在堆積體或滑坡體上。對堆積體或滑坡體的穩定性進行分析是確定橋址方案的關鍵一步。嘉陵江某特大橋工程的橋墩不得不選在堆積體上，本文就該堆積體的穩定性進行分析。

1 工程概況

擬建的嘉陵江某特大橋位于某水電站下游，屬于“國家渡改橋工程”項目。受場鎮、水電站等構筑物條件影響，橋址位置受限，橋梁右端僅能在右岸堆積體上布置。其中主墩22號墩位于堆積體前緣、23號墩位于中部。因此分析堆積體穩定狀態對橋梁的影響程度等是本項目的關鍵問題。

2 工區右岸邊坡工程地質條件

研究區位于嘉陵江右岸（見圖1），邊坡地形上呈“較陡-緩-陡”狀。前緣較陡部位高程210m；中部平緩部位平均高程235m，微地貌上表現為緩坡平臺，在其后部形成了一條淺溝槽，與邊坡走向一致；后緣陡坡坡度一般52°，局部呈直立狀。整體邊坡坡頂高程294m，與前緣高差84m左右。邊坡堆積體由第四系全新統人工填土（Q4me），崩坡積（Q4c+d）l含礫、塊粉質黏土組成，下伏基巖為中生界侏羅系中統沙溪廟組（J2s）的砂巖、粉砂質泥巖。

圖1 橋址區河流右岸堆積體全貌

工程場地屬于新華夏構造體系四川中坳陷區，處于川東南華鎣山隆起褶皺束與川中龍女寺隆起之間。在具體構造上位于龍鳳場向斜的北西翼，地層產狀166°∠3°，構造運動形跡微弱，無斷層通過。工程區水文地質條件簡單，地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水和基巖風化裂隙水。水質對混凝土結構中的鋼筋具輕微腐蝕性。

3 堆積體變形特征及其分區

橋址區右岸岸坡為覆蓋層邊坡。根據邊坡變形特征，可分為Ⅰ區及Ⅱ區（見圖2）。

圖2 堆積體分區

橋梁樁號K32+052至前緣為I區，地面堆積粉砂、細砂，同時堆積了較多大型孤石、塊石，植被發育，地表河流沖刷痕跡明顯。在軸線K32+052左側地表部位發育錯臺裂縫，錯臺高度約30cm，裂縫張開約2cm，延伸長度約30m（見圖3）。前緣局部產生了滑塌，總體上該區穩定性較差。

圖3 地表變形特征

K32+052至后緣為Ⅱ區，受河流侵蝕影響較小，邊坡未見明顯變形開裂跡象，雖中部發育一條淺溝槽，但為人工形成，非邊坡變形所致。總體上該區邊坡穩定性較好。

4 堆積體成因機制分析

Ⅰ區地面整體較陡，且距離河水位更近，河流沖刷強烈，地表可見大塊石、孤石出露，為河水沖走細粒土所致。下挫裂縫發生在陡坡至緩坡的交界處，為岸坡沖刷前緣土體變形所致，屬于岸坡穩定問題。未見裂縫向堆積體后部發展的趨勢，其變形范圍僅在Ⅰ區范圍內。Ⅱ區地面平緩，地表堆積薄層細砂，為洪水時沉積形成。根據地表調查測繪及鉆孔揭露，堆積體后緣、側緣均未見明顯近期變形特征，鉆孔揭示土體內部無明顯的滑帶特征土；靠近基覆界限部位的土樣呈堅硬狀～硬塑狀，且含有部分泥質角礫，無錯動、擦痕等滑面痕跡特征。

從后緣陡壁巖體特征來看，該處砂巖多發育兩組卸荷裂隙：L1，6°∠83°，L2，76°∠85°，與層面及其他裂隙構成不穩定塊體，邊坡的局部穩定性差，在極端條件下，易發生崩塌、垮塌等地質災害。鉆探巖芯中的粉質黏土及未完全風化的角礫即為崩塌的泥巖風化所致，大型塊石為砂巖崩塌體滾落所形成。因此，整個堆積體為原陡峻邊坡崩塌所致，至于堆積體表部形成的平臺，據調查，為10年前上游桐子壕水電站施工形成。

5 堆積體穩定性評價

由于Ⅱ區無明顯滑動帶，計算整體穩定性按照土體性質差別較大的界面（基覆界面）作為最不利面，因Ⅰ、Ⅱ區變形特征區別較大，土體成分也明顯差別，堆積體穩定程度按照Ⅰ、Ⅱ區分別考慮較為合理。

5.1 參數考慮

反演分析是滑帶強度參數的重要手段，通常結合室內試驗成果，對滑帶力學參數進行綜合取值[1,2]。工區屬于地震低烈度區，計算工況僅考慮暴雨工況及300年一遇洪水工況。

由于Ⅰ區已變形開裂，且邊界清晰，該變形體在天然狀態下，處于欠穩定狀態。取穩定系數K=1.05，對此變形體進行參數反算后取c=17.0kPa，φ=8.5°，依據試驗成果及反算成果，綜合考慮到取樣誤差、試驗誤差，具體各工況下，土體物理力學參數見表1。

表1 潛在滑動帶土體參數取值建議表

5.2 穩定性評價

Ⅰ區地面整體較陡，且距離水面更近，河流沖刷強烈，地表可見大塊石、孤石出露，為河水沖走細粒土所致。在河水沖刷作用下，該段落局部已發生了滑塌，在陡坡至緩坡的交界處，產生了下挫裂縫。由于該區距離河水面較近，受河水潮落影響，土體力學性質變化較大，極易產生變形，土體應力狀態處于不斷變化中，在一定條件下變形協調以達到新的平衡狀態。前緣的滑塌裂縫正是這種條件下形成。在河水位不斷變化條件下，前緣變形將繼續發展，因此前緣滑塌體在天然狀態下即處于欠穩定狀態，在暴雨或洪水條件下可能處于失穩狀態[3]。

Ⅱ區多以粉質黏土為主，局部含有未完全風化角礫、塊石等，未見明顯的滑帶特征土，不具備滑帶軟弱性或錯動等滑面痕跡特征。整個堆積體邊坡雖前緣變形對后部土體有牽引作用，但中后部含礫塊粉質黏土呈硬塑狀為主，物理力學性質相對較好，且中前段的基伏界線較緩，邊坡的抗滑阻力較大，對邊坡穩定有利。從現場調查來看，中部及后緣未見明顯變形開裂跡象，因此自然狀態下Ⅱ區穩定性較好。

5.3 穩定性計算

計算結果顯示：Ⅰ區在天然工況下穩定系數為1.05時，對應在暴雨工況滑帶土飽水時穩定系數為0.76，邊坡處于失穩狀態。即邊坡在非正常工況條件下處于不穩定狀態[4]。

Ⅱ區在天然工況下，邊坡的穩定系數可達1.26，屬于穩定狀態；在暴雨工況下穩定系數為1.07，處于基本穩定狀態，但安全儲備不足；在300年一遇洪水情況下，穩定系數小于1.0，邊坡處于失穩狀態。

需要說明的是：（1）在暴雨條件下雖處于基本穩定狀態，但安全富裕度已不高，如在附加外力或局部土體條件（橋梁施工）改變后，有發生較大變形的可能，進而可能產生較大的內力，對構筑物不利，需要進行處治。（2）在300年一遇洪水條件下，邊坡大部分處于水面以下，土體物理力學性質急劇惡化，邊坡處于不穩定狀態。

5.4 處治建議

鑒于地形特征、坡體結構特征及穩定性分析成果，可采用削坡減載的方式進行處理。但開挖后后緣巖質邊坡范圍變大，且巖體中存在不利結構面及差異性風化，表部塊體穩定性相對較差，因此，需要對后壁巖質邊坡采用錨桿等方式進行加固，以防止變形破壞影響橋墩安全。

邊坡安全系數大小受到邊坡坡面形式的影響[3]，建議沿22號橋墩臺面高程（217.4m）以1∶10坡率[4]將堆積體上部全部清除。經驗算，開挖后堆積體邊坡在暴雨及300年一遇洪水條件下均處于穩定狀態，為防止河水沖刷岸坡，可進行設置岸坡防護措施。

6 結束語

綜上所述，對嘉陵江某特大橋工程堆積體進行穩定性分析的結論如下：

（1）后緣陡壁巖體發育兩組卸荷裂隙，與層面及其他裂隙構成不穩定塊體，在極端條件下，易發生崩塌、垮塌等地質災害。整個堆積體即為原陡峻邊坡崩塌所致。

（2）Ⅰ區滑塌體自然狀態下邊坡已出現開裂變形，邊坡處于欠穩定狀態，在暴雨工況下，邊坡處于失穩狀態。Ⅱ區在暴雨條件下處于基本穩定狀態，但安全富裕度已不高。如在附加外力或局部土體條件（橋梁施工）改變后，有發生較大變形的可能，進而可能產生較大的內力，對構筑物不利，需要進行處治。

（3）在300年一遇洪水條件下，邊坡大部分處于水面以下，土體物理力學性質急劇惡化，邊坡處于不穩定狀態。

建議：沿22號橋墩臺面高程（217.4m）以1∶10坡率將堆積體上部全部清除。為防止河水沖刷岸坡，可進行設置岸坡防護措施。對后壁巖質邊坡采用錨桿等方式進行加固，以防止變形破壞影響橋墩安全。