考慮上跨橋梁影響的河岸邊坡穩定性研究

陳 川,胡衛軍,韓琳琳

(廣西交通設計集團有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

廣西地區地形地貌復雜,地表起伏不平,山川河流分布廣泛,同時區域內因大量公路等基礎設施建設形成的河道上跨橋梁較多[1-3]。因橋梁建設而形成的兩岸邊坡巖體結構復雜,在自然應力、降雨條件、河道水位變化、橋梁建設及運營期的荷載變化及工程擾動等外界因素的影響下,容易形成岸坡失穩破壞隱患,威脅岸坡的穩定,進而對橋梁的施工及運營安全產生不利影響[4-6]。鑒于此,對橋位邊坡的穩定性進行科學合理的分析,進而評價岸坡支護加固方案的適用性,對工程設計及安全運營具有重要意義[7-8]。

1 工程概況

某運河下穿某高速公路,航道底標高為27.3 m,設計最高通航水位為35.92 m,設計最低通航水位為34.0 m,上跨大橋兩岸主墩沉井基礎設計底標高均位于航道底標高之上。設計橋型為下承式鋼管混凝土系桿拱橋,路基設計高程為96.873～100.948 m,全長為525.184 m。橋址區屬侵蝕殘丘地貌,地形起伏較緩,地面高程為57.50～94.00 m,地形自然坡度為5°～40°,山體低緩,谷地大致呈北東-南西向發育,丘谷表層覆蓋第四系沖洪積層。兩側橋臺位于斜坡上,地表多被第四系地層覆蓋,山丘植被發育。

地下水主要為覆蓋層中孔隙水及基巖裂隙水,均屬潛水。孔隙水主要賦存于第四系覆蓋層及全風化硅質巖、全風化泥質粉砂巖的孔隙中;基巖裂隙水主要賦存于基巖風化帶、破碎帶及裂隙中。均受大氣降水或地表水補給,在接受補給后基巖裂隙、孔隙水一部分向下徑流或側向補給其他類型地下水,另一部分以滲流等形式分散排泄于低洼部位。水位受季節影響變化較大。鉆孔內測得穩定地下水位高程為42.75～55.43 m,埋深為7.8～15 m。

2 場地巖土性質指標

為了確定場地各地層巖土物理力學參數,并合理分析兩岸邊坡穩定性,在靠近運河中心部位、左岸航道邊坡開口線靠近5#橋墩部位分別開展現場原位剪切試驗。試驗點位置如圖1所示,巖體直剪試驗強度結果如表1所示。

表1 巖體直剪試驗強度結果表

圖1 原位剪切試驗點位置示意圖

結合前期工程勘察成果、室內試驗成果、現場原位測試成果等,并根據相關工程經驗,總結穩定性分析所需的各地層巖土物理力學參數建議值如表2所示。

表2 巖土強度參數建議值一覽表

3 岸坡穩定性分析

3.1 岸坡支護方案

為了保障兩岸邊坡的穩定性,左岸邊坡支護方案為設置三級邊坡,坡比均為1∶2,采用2排旋挖鉆孔灌注樁支護,第一排為雙排樁,樁長為50～60 m,樁徑為2 m,樁距為5 m,排距為7 m;第二排為單排樁,樁長為25～30 m,樁徑為1.6 m,樁距為5 m;沉井基礎深度為24 m,井外地基采用高壓旋噴注漿加固,井內地基采用外徑為146 mm,壁厚為4.5 mm,深度為15 m的微型鋼管樁+注漿加固。右岸邊坡支護方案為設置三級邊坡,坡比均為1∶1.75,采用2排旋挖鉆孔灌注樁,第一排為雙排樁,樁徑為1.6 m,樁距為5 m,排距為5.6 m,樁長為30～45 m;第二排于沉井基礎寬度范圍兩側布樁,布樁寬度分別為56 m和59 m,兩側灌注樁樁長為15～30 m,樁徑為1.6 m,樁距為5 m;沉井基礎深度為17 m。兩岸邊坡支護方案剖面分別如圖2、圖3所示。

圖2 左岸邊坡支護方案剖面圖(m)

圖3 右岸邊坡支護方案剖面圖(m)

3.2 穩定性分析

3.2.1 岸坡穩定性計算荷載及標準

岸坡穩定性評價依據《水利水電工程邊坡設計規范》(SL 386-2007)、《堤防工程設計規范》(GB50286-2013)、《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T 0219-2006)等相關規范,結合本工程項目特點,考慮邊坡工作條件及邊坡破壞對大橋的危害性,岸坡穩定性分析工況及穩定系數控制標準選取如表3所示。

表3 岸坡穩定性控制標準表

3.2.2 岸坡穩定性結果分析

本文采用畢肖普法計算分析了不同工況下兩岸邊坡的穩定性,兩岸邊坡的破壞模式判定為沿圓弧面滑動,采用自動搜索破壞面的方法進行計算。左岸和右岸邊坡未施加旋挖鉆孔灌注樁的破壞模式分別如圖4、圖5所示;施加了旋挖鉆孔灌注樁支護措施的左岸和右岸邊坡的破壞模式分別如下頁圖6、圖7所示。

(a)右岸無支護,自重

(a)左岸支護,自重+地下水

(a)右岸支護,自重+地下水

由兩岸邊坡各工況的滑動面可以看出,無論是否施加支護,考慮橋梁上部荷載后,邊坡滑動面均位于沉井基礎靠近邊坡一側,即橋梁上部荷載與邊坡穩定性的計算無關,因而不會影響邊坡失穩破壞模式。計算所得的兩岸邊坡穩定系數如表4所示。由表4可以看出,左岸無支護工況下,穩定系數不滿足要求,其他工況均滿足設計及規范要求。

表4 兩岸邊坡穩定系數計算結果表

4 結語

(1)兩岸邊坡的滑動面均位于全風化硅質巖夾泥質粉砂巖層中,該地層強度相對較小,對穩定性結果分析起主要作用,而強度較大的強風化和中風化硅質巖夾泥質粉砂巖對本文岸坡穩定性分析無影響。

(2)考慮橋梁上部荷載后,各工況的邊坡滑動面均位于沉井基礎靠近邊坡一側,即橋梁上部荷載與邊坡穩定性的計算無關,因而不會影響邊坡失穩破壞模式。

(3)左岸邊坡自然狀態下的穩定系數不滿足設計及規范的要求,采用本文的雙排旋挖鉆孔灌注樁支護方案并實施后,其穩定系數可滿足設計及規范的要求。