深切河谷特大橋岸坡穩(wěn)定性研究

龍 維,陳 海

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)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(guān)鍵點(diǎn)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(wěn)定性是路線方案擬定首要評(píng)價(jià)目標(biāo)。特大型橋梁工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受岸坡穩(wěn)定影響極大[1],地形地質(zhì)條件對(duì)橋型、橋跨、基礎(chǔ)形式等的選擇至關(guān)重要[2-3]，峽谷高陡岸坡穩(wěn)定性對(duì)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(xù)剛構(gòu)+4×40 T梁，橋墩采用箱型墩、空心薄壁墩，群樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)為U型臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。

路線以主跨230 m大跨徑剛構(gòu)橋梁橫跨龍河深切河谷，山勢(shì)陡峻，河谷深切，谷底為龍河，河內(nèi)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(qiáng)風(fēng)化巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎(見圖1，圖2)。豐都岸地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)發(fā)育，岸坡是否穩(wěn)定，將直接決定橋位是否成立及橋型的選擇。

2 工程地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

橋位區(qū)屬構(gòu)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(zhì)量分?jǐn)?shù))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(dá)2.0 m。

粉砂質(zhì)泥巖：紫紅色，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～厚層狀構(gòu)造，主要由黏土礦物組成。

砂巖：灰白色，細(xì)中粒結(jié)構(gòu)，中～厚層狀構(gòu)造，主要由長石、石英等礦物組成。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

橋址區(qū)位于石柱向斜北西翼，巖層呈單斜產(chǎn)出，巖層優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀110°∠12°，主要發(fā)育2組構(gòu)造裂隙：L1組裂隙，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀為52°∠85°，局部反傾，張開2 mm～15 mm，局部泥質(zhì)充填，延伸1.50 m～2.80 m，間距為0.60 m～1.50 m，結(jié)構(gòu)面結(jié)合很差；L2組裂隙，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀為334°∠78°，局部反傾，張開1 mm～5 mm，局部泥質(zhì)充填，延伸1.8 m～3.8 m，間距為0.50 m～1.30 m，結(jié)構(gòu)面結(jié)合很差。

2.4 水文地質(zhì)

橋址區(qū)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(gòu)造裂隙發(fā)育程度、深度及貫通性控制，富水性相對(duì)較強(qiáng)，粉砂質(zhì)泥巖為相對(duì)隔水層，水量小。

2.5 不良地質(zhì)

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔揭露，橋址區(qū)不良地質(zhì)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(qū)，平面呈扇形，位于斜坡中部。崩坡積前后緣相對(duì)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(xiàn)象。前緣由于鄉(xiāng)村公路修建局部切坡，采用簡(jiǎn)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(wěn)定狀態(tài)。

3 豐都岸岸坡穩(wěn)定性

豐都岸為順層岸坡，且有大型堆積體發(fā)育，岸坡是否穩(wěn)定直接決定了橋位是否成立及橋型的選擇，岸坡穩(wěn)定性研究重點(diǎn)為堆積體穩(wěn)定性及順層滑動(dòng)穩(wěn)定性。采用有限差分強(qiáng)度折減法對(duì)堆積體岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析，利用邊坡的塑性區(qū)貫通性來確定滑動(dòng)面的位置，彌補(bǔ)了極限平衡方法的不足，得出的計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確[5]，基于Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，利用FLAC3D建模進(jìn)行計(jì)算(見圖3)。

強(qiáng)度折減法是將巖土材料的抗剪強(qiáng)度c,φ值不斷迭代折減，直至達(dá)到臨界破壞狀態(tài)，此時(shí)的折減系數(shù)為穩(wěn)定系數(shù)，參數(shù)折減公式如下：

(1)

(2)

3.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探結(jié)果，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)類比，巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值如表1所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

3.2 計(jì)算工況

豐都岸岸坡穩(wěn)定性分析重點(diǎn)為堆積體及順層岸坡，因橋址區(qū)山高谷深、河谷深切，河流水位相對(duì)較淺，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)河水位影響范圍有限，豐水期水位遠(yuǎn)低于堆積體位置，對(duì)順層層面也無影響，因此岸坡穩(wěn)定性研究忽略河水位的影響。區(qū)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(dòng)峰值加速度為0.05g。由于剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)自重較大，對(duì)基礎(chǔ)要求較高，且下部結(jié)構(gòu)在地震作用下會(huì)產(chǎn)生較大的反力，對(duì)岸坡造成一定擾動(dòng)，影響岸坡的穩(wěn)定性，因此按7度抗震要求驗(yàn)算地震工況下岸坡穩(wěn)定性。計(jì)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(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

不同工況條件下計(jì)算結(jié)果見表2，其中安全控制標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)相關(guān)規(guī)范并考慮近年來高速公路特大橋岸坡穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)而定。

表2 岸坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果一覽表

計(jì)算結(jié)果表明，堆積體在工況一、工況三條件下穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.39，1.15，滿足安全控制標(biāo)準(zhǔn)，而在工況二條件下穩(wěn)定性系數(shù)為1.18，不滿足安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

由于堆積體相對(duì)松散且透水，而下部泥巖為相對(duì)隔水層，在暴雨工況下堆積體穩(wěn)定性系數(shù)下降明顯，且計(jì)算結(jié)果表明最大位移量達(dá)4.7 cm(見圖4)，說明雨水對(duì)岸坡穩(wěn)定性有顯著不利影響，局部可能會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)破壞，加強(qiáng)截排水措施是岸坡堆積體處治首要工作，且需對(duì)堆積體進(jìn)行適當(dāng)清方及支擋處理，同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

可以看出，地震作用下穩(wěn)定性明顯降低，地震作用將對(duì)順層岸坡穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的影響，但主要影響淺層巖土體穩(wěn)定性(見圖5)，主要體現(xiàn)在地震震動(dòng)通過改變坡體結(jié)構(gòu)及整體應(yīng)力狀態(tài)和坡體巖土性質(zhì)，從內(nèi)因上造成邊坡穩(wěn)定性降低。

4 結(jié)論

1)橋址區(qū)整體地質(zhì)條件適宜橋梁建設(shè)。

2)橋區(qū)堆積體在暴雨工況下不滿足安全控制標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行處治，以清方結(jié)合截排水措施為主，局部采取支擋措施。

3)順層岸坡穩(wěn)定性滿足安全控制標(biāo)準(zhǔn)，但因橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)開挖切腳，需進(jìn)行支擋防護(hù)，并做好開挖臨時(shí)防護(hù)措施。