巴新線老哈河大橋邊坡穩定性分析

2014-07-25 11:28:59劉建新

鐵道勘察 2014年4期

劉建新

(錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧錦州 121000)

巴新線老哈河大橋邊坡穩定性分析

劉建新

(錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧錦州 121000)

介紹老哈河大橋概況及橋址區工程地質條件和水文地質條件，對橋址區影響1號墩臺路段邊坡穩定性進行分析，采取相應的工程措施，確保1號墩臺乃致整座橋梁的安全。

地質條件邊坡穩定性滑移面安全系數工程措施

巴彥烏拉至新邱新建地方鐵路工程老哈河大橋橋址區橫跨老哈河兩岸，修筑橋梁墩臺時開挖的邊坡存在安全隱患，如果不加以處理，可能出現邊坡失穩滑動，誘發災難性的橋梁墩臺毀壞事故。因此，必須對橋梁墩臺邊坡病害及時進行預防和治理。

1 工程地質條件及水文地質條件

老哈河大橋中心里程DK196+724.7，橋式類型為1-24 m+6-32 m預應力鋼筋混凝土T梁，橋長235.20 m。橋址區地貌單元為山間河谷地貌，地形起伏較大，溝谷陡峭。其中0號臺、1號墩位于小里程岸邊陡坎上，2號墩、3號墩、4號墩位于老哈河河道內，5號墩、6號臺位于大里程岸邊坎上，(墩臺具體位置見圖1、圖2)。老哈河岸邊陡坎出露安山巖：黃褐色—灰色，斑狀結構，塊狀構造，主要礦物成分為斜長石、角閃石、黑云母，強風化，節理裂隙發育，巖質較硬，基本承載力為550 kPa；橋址區地震動峰值加速度為0.05g(地震基本烈度Ⅵ度)；土壤最大凍結深度1.48 m。

老哈河水為常年性流水河流，受凍融及雨季影響，每年的4月、8月，河流水量較大，勘察期間河流水位高程386.0 m，百年洪水位高程394.94 m，百年凍結水位389.20 m。河流對兩岸巖石風化作用有一定的影響。勘探深度內橋址區地下水為基巖裂隙潛水，主要由大氣降水及上游來水補給，勘測期間地下水埋深0.1～1.4 m(高程386.08～386.18 m)，年變化幅度1.0～2.0 m。根據水質分析報告，根據《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》(TB10005—2010)，判定地下水對混凝土結構不具有侵蝕性。

圖2 橋址區縱斷面

2 邊坡工程地質條件調查及評價

老哈河大橋橫跨老哈河，河道兩岸為自然邊坡，小里程陡坡，高度18.0 m，陡坡傾角約60°。其中0號臺位于小里程岸邊陡坎上，墩臺中心線距離基巖陡坡39 m，基礎埋置于安山巖強風化層中，基地穩固，陡坡對0號墩臺無影響。2號墩臺、3號墩臺、4號墩臺位于老哈河河道中，兩側邊坡穩定。5號墩、6號臺位于大里程岸邊坡上，大里程邊坡傾角約30°，高度約為20 m，基礎埋置于安山巖強風化層中，邊坡比較穩定。受場地條件的限制，該橋1號墩臺建在懸崖之上，崖底高程為386.00 m，基礎底面和崖底高差15.49 m，基礎三面緊鄰崖邊，墩臺中心線距離基巖陡坡6.0 m，基礎最外側邊緣線距陡坡最近處僅2.0 m。該墩臺基礎位于強風化安山巖巖層中，節理裂隙均較發育，巖體破碎，屬塊狀碎裂散狀結構，為地下水的賦存徑流提供良好的條件，加劇了巖石的風化(如圖3、圖4)。在列車運行的長期震動下，地基周邊側限支擋力微弱，對橋墩產生側向應力，巖體有開裂，坍塌的可能，基礎將會失衡，不能滿足基礎穩定性要求，從而影響墩臺乃致整座橋梁的安全。

圖3 施工前1號墩臺地質地貌

圖4 施工前1號墩臺地質條件

3 邊坡穩定性分析

1號墩臺為強風化—弱風化安山巖，該巖坡為均質的以有及沒有斷裂面的巖坡，可看作平面問題，用瑞典圓弧法進行穩定分析。在用瑞典圓弧法進行分析時，首先假定滑動面為一圓弧，把滑動巖體看作為剛體，求滑動面上的滑動力及抗滑力，再求這兩個力對滑動圓心的力矩。滑動力矩MS和抗滑力矩MR之比，即為該巖坡的穩定安全系數(FS)

根據《巖土工程勘察規范》推薦的滑坡穩定性計算公式，計算岸坡安全系數為

如果FS>1，則這個計算滑動面是穩定的；如果FS≤1，則是不穩定的；如果FS=1，說明這個計算滑動面處于極限平衡狀態。

通過理正軟件對岸坡穩定性分析，采用瑞典圓弧法計算結果該陡坡穩定在自然工況下安全系數FS=1.136。通過計算結果來看在自然及人為破壞作用下，該岸坡完全能夠保持穩定，但是安全系數偏低，仍然處于危險狀態。由于巖體出露，風化作用使巖石的強度減弱，裂隙增加，沿裂隙風化，使巖體脫落或沿邊坡崩塌、堆積、滑移。在雨季可能導致河流水位上漲，地下水河流水接觸巖面軟化巖體，增大下滑力，產生動、靜水壓力，使巖體處于不穩定狀態。因此，受風化作用、水文作用、地震作用等因素影響，該邊坡可能發生滑動破壞。為了保持土坡的穩定性，若不采取加固措施，則需要放緩坡或把墩臺基礎埋至安山巖弱風化層，進而規避陡峭巖體。而本工程中放緩坡或基礎挖至弱風化層所需要的挖方量巨大，且治標不治本，所以放緩坡不合適，必須采取擋墻支護。

4 不穩定邊坡工點的主要防治措施

鑒于老哈河大橋1號墩位于較陡坡面上，為保證陡坎巖石整體穩定，防止落石、崩塌等發生，確保橋梁安全，對1號橋墩周圍邊坡采用噴錨掛網防護。噴錨掛網防護范圍如圖5所示，里程從DK196+675.40至DK196+697(坡腳底部)，范圍可根據實際地形適當調整。根據實際坡面情況對表層浮土進行清除，對巖層表面進行整修后進行噴錨掛網防護，噴錨掛網防護外側3 m范圍內噴射C20素混凝土防護(如圖6)，層厚15 cm。由于現有的巖石邊坡破碎松散且不平整，必須將松散的浮石和巖渣清除干凈。在1號墩斷面左右側坡腳下修建C20混凝土導流堤至百年設計水位以上0.5 m(高程395.44 m)；錨桿采用&22螺紋鋼筋；根據巖石破碎程度，錨固深度為1.5 m并用水泥砂漿固結；錨桿間距采用2 m×2 m，梅花形布置。噴射混凝土作業結束后方能掛網。在坡面施工過程中，應嚴格執行相關規范要求，確保防治措施牢固。