G85麻柳灣至昭通段K3-K6巖堆體橋梁穩定性分析

趙華宏，溫廣軍

（安徽省交通規劃設計研究院，安徽 合肥 230088）

1 項目概要

本項目為高山峽谷地形，構造剝蝕地貌，切割強烈，V型河谷發育，山體上部多發育懸巖陡壁，山前崩堆積體、滑坡發育。K11以前基本沿河谷或堆積體上布線，K11以后基本以橋隧加短段路基從山腰通過，路基左側挖方高邊坡高度大，且大部分段落位于崩堆積體中下部，堆積體自然狀態處于穩定或欠穩定狀態，路塹開挖易形成順基巖面滑坡。高速公路橋梁建于堆積體斜坡上，場地穩定及橋梁地基基礎穩定至關重要。

根據全線巖堆橋梁鉆探成果結合現場地質調查分析表明： a）巖堆發育規模大，厚度大，一般在20～30m，有的甚至大于60m，規模超100萬方的段落較多，潛在滑坡危害性大； b）對全線巖堆上橋梁未鉆穿的進行統計，主要集中在K4-K6段巖堆群、K7-K9+200段堆積臺地、K11+700-K13+600段巨型古堆積體、K35-K35+400段堆積體臺地，鉆孔深度一般達40～50m，巖堆厚度未揭穿，選擇代表性橋位區進行物探勘察，解譯最大厚度可達63m，工程建設需深入研究巖堆體上橋梁基礎形式及安全問題、路塹邊坡開挖引發巖堆滑坡問題、路線安全風險問題、施工圖詳勘巖堆區橋梁鉆孔要鉆多深、是否一定要鉆穿進入完整基巖、鉆穿的目的是什么等問題。

2 場地建設條件

本項目處于長江上游支流向云貴高原過渡帶上，為強構造剝蝕山嶺區高速公路，設計時速80km/h。高山峽谷地貌，新構造運動活動強烈，V型河谷發育，山體上部多發育懸巖陡壁，山前崩堆積體、滑坡發育，地形地質條件極差。沿線出露巖性主要有灰巖、砂巖、泥灰巖、泥質粉砂巖、泥巖、泥灰巖等軟硬互層的沉積巖建造。河谷堆積第四系卵礫石層夾大滾石，坡面上覆蓋層一般較薄，大部分基巖出露，坡腳、臺地堆積厚層巨厚層坡崩堆積物，成分主要為碎石土、塊石土，含少量細粒土，表層一般有0.5～6m的粉質粘土。

項目區位于“川滇經向構造帶”的北段東緣，東部與華夏式構造交接，南北向構造、北東向構造最為明顯，為主要構造，二者以明顯的聯合、復合關系交織在一起，前者以明顯的等距性發育于項目區北部，后者成“多”字形排列于項目區南部；北西向構造不太發育，僅在大關附近零星出露。受構造運動影響，斷裂構造、褶皺發育，一般向斜寬緩，背斜緊閉，陡傾角節理裂隙發育。懸巖陡坎上卸荷裂隙、風化裂隙發育，節理裂隙及層面等把巖體切割成碎塊狀結構。風化強烈，地形陡峻，使崩塌、掉落異常發育，提供了充足的崩堆積物源，一般沿大關河、灑漁河河谷階地及山坡上形成大量巖堆，規模厚度巨大，一般堆積厚度20～30m，有的厚達63m以上，大型堆積體方量都在100萬方以上，有的甚至連成裙，穩定性差。

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2001），本場地的地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應譜特征周期為0.40s。據史料記載，橋位所屬區域地震活動頻繁、強度大，震源淺、災害重，從1854年至今，已發生破壞性地震22起，其中最大地震震級7.1級。

本項目路線方案受地形地質條件限制，特別是縱坡控制，平面上還有原麻柳灣至昭通二級公路、老G213、高壓輸電線等控制因素，K11以前基本沿河谷或堆積體上布線，K11以后基本以橋隧加短段路基從山腰通過，且大部分段落位于崩堆積體中下部，共統計路線經過巖堆12段，長約13km，單個最短長度200m，長的2 000m，目前調查天然狀態一般處于穩定～欠穩定狀態。

3 巖堆上橋梁穩定性

3.1 巖堆分類

全線12km長的巖堆基本是以橋梁或路基形式通過，路基開挖或路堤加載對巖堆穩定性影響分析可按規范公式分析計算，但巖堆體橋梁作用荷載對巖堆穩定性影響與其基礎結構形式等有關，也是目前穩定性分析難題。對以上4段橋梁通過巨型巖堆結合現場地質調查判斷進行穩定性分析，該4段巖堆都規模巨大，但根據坡面形態、地表建筑、巖土結構、物質成分等可分為兩類。

3.1.1 臺地型

K7-K9+200段堆積臺地、K11+700-K13+600段里底村巨型古堆積體、K35-K35+400段沙池村臺地的共性是臺地寬闊、階面平緩，距河床較高較遠，有村莊居住，表層風化粘性土厚度較大，一般耕種農田，說明堆積體時間久遠，穩定。這類巨型堆積臺地一般整體穩定性較好，即建設場地穩定，一般工程建設只需考慮開挖邊坡穩定及堆載地基穩定性問題，同一般建設場地條件。

3.1.2 單斜堆積體

K4-K6段巖堆群，為坡前堆積體相連成裙，位于大關河岸坡上，坡面成單斜坡，局部頂部有緩平臺，坡面一般30～40°，塊石、碎石土堆積，密實度

圖1 巖堆內部結構（架空結構）

圖3 巖堆地形地貌

就本項目勘察而言，對巖堆勘探按照規范要求進行地質調繪、物探、結合橋位鉆探進行綜合勘探，基本查明了巖堆分布、物質成分、地層結構等工程地質條件。但巖堆穩定性評價是目前普遍工程技術難題，規范也未明確給出穩定性評價方法，新版公路工程地質勘查規范7.3.10節第3款要求：危巖、崩塌與巖堆詳勘應按第7.2.9條規定提供資料，7.2.9條為滑坡勘探規定。

穩定性評價采取定性分析與定量計算相結合的綜合評價方法。巖堆穩定性評價首先是斜坡自身穩定性評價及工程建設影響后的穩定性預測。厚層巨差，局部成架空結構（見圖1～圖4），厚度一般30～40m，甚至達63m以上，土性不均，透水性不一，工程地質條件差。

3.2 穩定性分析

圖2 巖堆局部開挖滑塌

圖4 巖堆表面物質成分

厚層巖堆斜坡由塊石土、碎石土組成，斜坡穩定分析可用圓弧法分析坡面穩定，其次是分析整體沿基巖面滑動的可能性。

以K4+260特大橋的K4+560斷面進行分析，地質地層條件參考該橋ZK-5鉆孔。由于堆積體厚度巨大，坡面穩定可近似均質體按圓弧滑動計算，計算參數及結果見表1。

由此可知，該堆積體為欠穩定斜坡，自然狀態基本穩定，在暴雨或地震等不利條件下可能發生坡面滑動，場地斜坡安全系數達不到規范要求，建設場地不穩定。

表1 堆積體斜坡穩定性計算

3.3 巖堆體橋梁基礎形式及穩定性

巖堆體上橋梁穩定性涉及場地穩定性和地基基礎穩定性，根據勘察方案建議巖堆上橋梁采用樁基礎，地基基礎穩定性解決，那么場地穩定性就是斜坡穩定性以及工程建設后的穩定性。根據場地建設條件，巖堆上橋梁場地根據巖堆體厚度、地形地面坡度、堆積平臺寬度等，建設場地可分為兩類，一類是平緩穩定場地，對應于臺地型巖堆（見圖5）。場地開闊平緩，堆積體穩定的場地，巖堆體只是巖土結構特殊，但不存在不良地質條件，僅基巖面上堆積體厚度大而已，可劃分為一般場地，地基土承載力參數及變形性要根據結構密實度、細粒土含量等綜合考慮。另一類是斜坡場地，對應單面坡型巖堆（見圖6），堆積體呈斜坡狀，橋梁建設場地位于斜坡體上，盡管堆積體厚度、物質成分、穩定性等在不同堆積體甚至同一堆積體不同部位都有所不同，但作為建設場地考慮，其都為斜坡場地，建筑物的適宜性首先應考慮場地自身的穩定性以及橋梁建設對斜坡穩定性的影響。

巖堆斜坡場地上橋梁樁基作用，一是摩擦樁型懸浮結構，安全性最低，危險性最大，二是嵌巖樁型，由于樁長達40～60m，柔性結構，側向抵抗力弱，安全性不足。兩者對巖堆體而言形成外部荷載，作用形式有所不同，但都是在欠穩定斜坡體上建設，且增加外荷載，橋梁建設場地安全性不夠。

圖5 第一類 穩定巖堆場地

圖6 第二類 欠穩定巖堆場地（摩擦樁）

4 結論

4.1 該項目崩塌巖堆等不良地質條件發育，處于高地震烈度區，陡坡、巖堆、高烈度區、高架橋、高邊坡是本項目的顯著特征，邊坡穩定及建設場地穩定關系工程建設安全。

4.2 通過對巖堆路段的綜合勘察分析評價，并劃分巖堆類型，先定性評價，再進一步根據勘察成果定量分析，綜合判斷巖堆穩定性的方法值得借鑒。

4.3 K3-K6段巖堆裙上有2座大橋、1座特大橋及3段高邊坡，工程規模大，場地穩定性差，建設適宜性差。

4.4 巖堆上橋梁穩定性分析理論復雜，但首先應確保場地斜坡穩定，對大型巖堆穩定性差的，宜合理避讓；對欠穩定的、規模小的可通過工程治理后通過。

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