渝黔線烏江雙線特大橋岸坡穩(wěn)定性分析

摘要：本文通過現(xiàn)場調(diào)查測繪分析及運用赤平投影方法，從河谷兩岸的岸坡巖體及其結(jié)構(gòu)面特征等方面對渝黔線烏江特大橋岸坡穩(wěn)定性進行分析研究。

關(guān)鍵詞：渝黔線;岸坡;赤平投影;穩(wěn)定性分析

在鐵路工程建設(shè)的發(fā)展下，特大橋岸坡穩(wěn)定性的眾多影響因素對鐵路工程建設(shè)提出了較多的難題。因此，在鐵路工程建設(shè)中充分考慮特大橋的岸坡穩(wěn)定性影響因素，做出合適的建設(shè)方法是十分有必要的，本文將著重探討渝黔線烏江特大橋岸坡穩(wěn)定性分析研究。

一、工程環(huán)境質(zhì)地以及巖體結(jié)構(gòu)特征

• 工程概況

擬建橋位北岸屬貴州省遵義縣烏江鎮(zhèn)所轄;南岸屬貴陽市息烽縣養(yǎng)龍司鄉(xiāng)所轄。南岸有鄉(xiāng)村水泥公路相通，北岸則僅有山間小路，橋址區(qū)交通條件一般。烏江鎮(zhèn)坐落于即將修建的烏江大橋的上游，大型村莊一般有公路通達。

橋址區(qū)為黔北中低山溶蝕地貌，地面高程605～826m，相對高差221m。擬建橋位橫跨烏江，烏江為深切河谷地貌。在烏江大橋橋址選擇地段的流向為正東向，河床呈“V”字型，岸坡陡峭，局部達70°。兩側(cè)坡體基巖大量出露，坡體表面植被較發(fā)育，橋址區(qū)范圍內(nèi)無居民點分布。（如圖1.1、圖1.2、圖1.3）

圖1.1"烏江雙線特大橋岸坡（左遵義岸、右貴陽岸）

圖1.2"烏江雙線大橋岸遵義岸坡"""""圖1.3"烏江雙線大橋貴陽岸岸坡

烏江雙線特大橋里程為DK262+325.46～DK262+756.54，全長為430.68m?？卓绮贾脼?×32+（92+168+92）連續(xù)鋼構(gòu)+1×32，最大墩高115m。其地質(zhì)平面、縱斷圖如下：（如圖1.4、圖1.5）

圖1.4"烏江雙線大橋工程地質(zhì)平面圖

圖1.5烏江雙線特大橋工程地質(zhì)縱剖面圖

• 地層巖性

橋位區(qū)出露地層有第四系（Q4）坡殘積層、沖積層，三疊系下統(tǒng)茅草鋪組四段（T1m4）、三段（T1m3）。橋址區(qū)內(nèi)地層由新到老分述如下：

lt;4-3gt;紅黏土（Q4dl+el）

褐黃色，硬塑，含少量風(fēng)化殘余的灰?guī)r、白云巖、泥巖質(zhì)碎石及角礫，土質(zhì)均勻，分布于橋址兩側(cè)斜坡坡面，厚0～2m，屬Ⅱ級普通土。

lt;2-7gt; 卵石土（Q4al）

灰褐色，中密，飽和，卵石占80%，直徑20-150mm，石質(zhì)成份為灰?guī)r質(zhì)、砂巖質(zhì)，余為砂充填，分布于烏江內(nèi)，厚2～10m，屬Ⅳ級軟石。

lt;10-19-1gt;白云巖（T1m4）

白云巖為灰色，中厚層狀，質(zhì)硬、性脆，表面發(fā)育刀砍紋，有溶孔、溶槽現(xiàn)象，巖溶發(fā)育強烈，分布于DK262+735至貴陽端。強風(fēng)化層（W3）厚0～2m，屬Ⅳ級軟石，B組填料;弱風(fēng)化層（W2）屬Ⅴ級次堅石。

lt;10-20-1gt;灰?guī)r、白云巖（T1m3）

灰色，中厚層狀，質(zhì)硬、性脆，局部夾薄層狀泥巖及薄層狀白云巖?；?guī)r質(zhì)硬、性脆。分布于DK262+735至重慶端（烏江以北的橋位區(qū)及烏江北岸）。強風(fēng)化層（W3）厚0～2m，屬Ⅳ級軟石，B組填料;弱風(fēng)化層（W2）屬Ⅴ級次堅石。

lt;10-20-2gt;泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r（T1m3）

灰色，薄層狀，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易軟化，風(fēng)化易剝落。巖質(zhì)較軟，巖芯破碎，呈餅狀及碎塊狀。泥質(zhì)灰?guī)r呈薄層狀，質(zhì)較軟，巖芯呈碎塊狀。強風(fēng)化層（W3）厚0～2m，屬Ⅳ級軟石;弱風(fēng)化層（W2），屬Ⅳ級軟石。

lt;10-20-3gt;角礫狀白云巖夾碎屑灰?guī)r（T1m3）

灰色中厚層狀角礫白云巖夾灰色中厚層狀碎屑灰?guī)r。巖質(zhì)較軟，巖芯破碎，呈餅狀及碎塊狀。分布于烏江北岸。強風(fēng)化層（W3）厚0～2m，屬Ⅳ級軟石，C組填料;弱風(fēng)化層（W2）屬Ⅴ級次堅石。

1.左岸（遵義岸）

左岸橋址處巖層主要為灰?guī)r。橋址處頂層為巨厚層狀、厚層狀灰?guī)r，巖石強度大，層理面明顯，局部裂隙發(fā)育，主要為卸荷裂隙，頂部植被茂密。中部以風(fēng)化的泥巖為主，強風(fēng)化，局部風(fēng)化成粘土，植被茂密，表層基本被植被及粘土覆蓋，難以辨認(rèn)基巖，一條簡易便道貫穿泥巖。中下部為中厚層狀白云巖，弱風(fēng)化，局部裂隙發(fā)育，與層面交錯，有落石現(xiàn)象發(fā)生。中厚層下面為薄層灰?guī)r，層面明顯，裂隙發(fā)育，巖體較破碎，豎直裂隙與層面交錯，形成凌空面。底部巖體為薄-中厚層白云巖，刀砍狀構(gòu)造，層理明顯，裂隙發(fā)育，靠近烏江水邊溶蝕現(xiàn)象明顯。

1. 右岸（貴陽岸）

右岸橋址處頂部為厚層狀～巨厚層狀灰?guī)r，層理不發(fā)育，巖層產(chǎn)狀：257°∠24°，局部垂直裂隙發(fā)育，兩組發(fā)育的裂隙面產(chǎn)狀：137°∠57°、105°∠73°，局部與層面交錯，弱風(fēng)化，表面有溶蝕現(xiàn)象，巖層頂部植被茂密，植被即加固了巖體，也加速了表面的風(fēng)化作用及根劈作用使裂隙擴大。

與厚層狀白云巖接壤的為泥巖，層理不發(fā)育，垂直裂隙發(fā)育，中風(fēng)化至強風(fēng)化，容易剝蝕形成凌空面，使上部厚層狀白云巖失穩(wěn)崩落下來，河邊散落了些大塊落石，就是這樣形成的，其崩落的危害性還是不能忽略的。泥巖表面植被茂密，覆蓋率高。

中部為中厚層狀白云巖，灰白色，弱風(fēng)化至中風(fēng)化，層理發(fā)育，巖層產(chǎn)狀：282°∠14°，垂直裂隙局部發(fā)育，主要為卸荷裂隙，裂隙延伸2m～3m、5m～6m不等，裂隙間距0.3m～2.5m不等，裂隙張開度lt;0.5cm，泥質(zhì)半充填，裂隙與層面交錯，巖體自然邊坡基本穩(wěn)定，局部巖體破碎。

中下部為薄層狀灰?guī)r，灰白色，淺紅色，弱風(fēng)化，層理發(fā)育，野外測量了166cm高的巖層共有18個層面，巖層厚度2cm～22cm不等，層面產(chǎn)狀：283°∠16°，垂直裂隙局部發(fā)育，主要為卸荷裂隙，裂隙間距20"cm～50cm不等，裂隙張開度0.5cm～1cm，泥質(zhì)半充填，裂隙與層面交錯，書頁狀構(gòu)造，巖體局部破碎，巖石強度較大。

底部巖層為中厚層狀灰?guī)r，弱風(fēng)化，層理明顯，層面產(chǎn)狀：247°∠29°，卸荷裂隙發(fā)育，與層理交錯切割巖體，河邊溶蝕現(xiàn)象明顯，靠水邊灰?guī)r溶蝕風(fēng)化成灰黑色。

（三）地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

橋址區(qū)為一單斜構(gòu)造，未見斷層及褶皺發(fā)育，總體構(gòu)造較簡單。區(qū)內(nèi)地層傾角相對較緩，烏江左岸巖層產(chǎn)狀275°∠15°;右岸巖層產(chǎn)狀275°∠16°。巖層走向與線路呈小角度相交。區(qū)內(nèi)巖體受構(gòu)造影響較嚴(yán)重。

橋址區(qū)內(nèi)發(fā)育3組構(gòu)造節(jié)理：

J1：335～350°∠"81～88°，節(jié)理走向與線路呈大角度斜交;

J2：285～292°∠"62～75°，節(jié)理走向與線路呈小角度斜交;

J3：35～60°∠"62～86°，節(jié)理走向與線路呈大角度相交。

橋位區(qū)構(gòu)造節(jié)理多為陡傾角狀，節(jié)理面多呈閉合狀，間距0.3～1.0m，延伸長度一般0.5～3.0m，部分大于10m。

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查在烏江北岸線路右側(cè)的岸坡中發(fā)育有2條較大的貫通性裂隙，距線路50m左右;線路左側(cè)發(fā)育有1條較大的貫通性裂隙，距線路50～60m。這3條貫通性裂隙節(jié)理走向與線路呈小角度斜交，開度5～10mm，間距0.3～1.0m，延伸長度大于3m，現(xiàn)場可見裂隙寬3～5m，長度大于50m，裂隙帶內(nèi)見較多的松散巖體，其下方有大量的塊碎石堆積，在坡頂處形成相應(yīng)的溝槽地貌。擬建大橋的墩臺即位于這幾條貫通性裂隙之間，對其橋體穩(wěn)定性有較大的影響。

（四）地震動參數(shù)

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2001及《烏江特大橋場地地震安全評價》，橋址區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，（對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度），地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

（五）水化學(xué)特征

據(jù)鉆孔水、地表水4組（取樣里程DK262+430右5.5、DK262+550、DK262+674.6左2.3m、DK262+717右5）分析試驗，水質(zhì)類型為HCO3-—Ca2+·Mg2+型水，根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（TB10005-2010），水對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性。

據(jù)區(qū)域同類地層水質(zhì)分析結(jié)果，根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（TB10005-2010），（T1m4）地層地下水在環(huán)境類別為化學(xué)侵蝕環(huán)境時，水中SO42-、Mg2+對混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境作用等級為H1。

本橋按H1等級考慮設(shè)計。

二、穩(wěn)定性分析

（一）赤平投影法穩(wěn)定性分析

1、遵義岸岸坡

該側(cè)岸坡坡體陡立，巖層產(chǎn)狀275°∠15°，基坑開挖左側(cè)邊坡順層。路線與地層走向小角度相交，巖層傾向與坡向相反，對線路有利;節(jié)理規(guī)律性明顯，主要為兩組構(gòu)造節(jié)理，J1、J2組節(jié)理與岸坡走向呈小角度相交，其中J1組節(jié)理與坡向相同，但節(jié)面傾角大于岸坡坡度，對岸坡相對有利，該節(jié)理與巖層組合為不利結(jié)構(gòu)面，巖體臨空易出現(xiàn)掉快、垮塌現(xiàn)象，J2組節(jié)理與岸坡走向呈小角度相交，且傾向坡外，對岸坡穩(wěn)定有利。岸坡區(qū)總體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但可能存在局部崩塌現(xiàn)象。該岸線路右側(cè)岸坡中發(fā)育有2條較大的貫通性裂隙、線路左側(cè)發(fā)育有1條較大的貫通性裂隙。裂隙寬3～5m，長度大于50m，裂隙帶內(nèi)見較多的松散巖體，其下方有大量的塊碎石堆積，在坡頂處形成相應(yīng)的溝槽地貌。結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系見赤平投影圖（圖2.1）。

2、貴陽岸岸坡

該側(cè)岸坡主要為巖質(zhì)坡體，坡體較陡，巖層產(chǎn)狀275°∠16°，墩臺基坑開挖左側(cè)邊坡順層。墩臺處主要發(fā)育2組節(jié)理：285°∠75°、60°，未貫通，延伸不長，路線與地層走向小角度相交，巖層傾向與坡向相反，總體對線路有利;節(jié)理規(guī)律性明顯，主要為兩組構(gòu)造節(jié)理，J1、J2組節(jié)理與岸坡走向呈小角度相交，傾向與坡向相反，節(jié)面傾向坡外，且節(jié)面傾角較大，對岸坡穩(wěn)定有利，不存在整體滑塌，但可能存在局部崩塌現(xiàn)象，整體穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系見赤平投影圖（圖2.2）。

橋位區(qū)屬單斜構(gòu)造，地層單一，巖溶中等發(fā)育，主要發(fā)育三組構(gòu)造節(jié)理，遵義岸貫通裂隙發(fā)育，裂隙對岸坡穩(wěn)定性有一定影響。工程地質(zhì)條件一般。

野外調(diào)查及初步分析結(jié)果表明，烏江大橋兩岸巖體結(jié)構(gòu)受貫通裂隙影響較大，坡面崩塌落石是兩岸邊坡破壞的主要形式，且遵義岸橋位附近存在楔形危巖體破壞的可能;通過赤平極射投影法進行穩(wěn)定性初步分析表明，被不同數(shù)量的貫通裂隙切割的坡體的穩(wěn)定性系數(shù)有顯著的不同。

結(jié)論：

渝黔線烏江特大橋岸坡巖體結(jié)構(gòu)特征分析表明：峽谷岸坡在天然狀態(tài)下，由于風(fēng)化和重力作用，引起岸坡巖體中應(yīng)力狀態(tài)調(diào)整和變化，造成岸坡坡面可能產(chǎn)生崩塌落石。天然岸坡在長期自然條件下，遵義岸的自然穩(wěn)定坡角為54°，貴陽岸的自然穩(wěn)定坡角為55°，穩(wěn)定狀態(tài)差，需要采取相應(yīng)的工程措施。

兩岸邊坡基本穩(wěn)定，自然狀態(tài)下遵義岸、貴陽岸安全系數(shù)分別為1.70、1.88，橋梁荷載作用下遵義岸、貴陽岸安全系數(shù)分別為1.40、1.50。

結(jié)束語：

綜上所述，遵義岸整體上是穩(wěn)定的，坡面巖體會產(chǎn)生崩塌落石，建議清除墩臺基礎(chǔ)以上坡面危巖落石，必要時對坡面巖體進行防護。

貴陽岸整體穩(wěn)定性高于遵義岸，坡面巖體會產(chǎn)生崩塌落石，并且在橋梁荷載作用下橋基下方巖體產(chǎn)生局部塑性區(qū)，可能發(fā)生破壞，建議適當(dāng)注意;最后，建議清除墩臺基礎(chǔ)以上邊坡坡面危巖落石，必要時對坡面巖體進行防護。

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