水公河特大橋岸坡穩(wěn)定性分析

田學(xué)軍，段利媛

（1.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；2.貴州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

隨著貴州高速公路的飛速發(fā)展，在地形高差大、地質(zhì)條件差的深切峽谷區(qū)建橋?qū)⒉豢杀苊猓瑣{谷岸坡的穩(wěn)定性直接影響橋梁方案是否可行，因此對(duì)橋梁岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)變得非常重要。本文將依托水公河特大橋，采用綜合勘察手段，評(píng)價(jià)岸坡的穩(wěn)定性，來支撐橋梁設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

擬建水公河特大橋主跨200m 剛構(gòu)，橋面凈寬1×11m，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h。橋區(qū)全貌照片如圖1。

圖1 橋區(qū)全貌照片

2 橋區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌

場(chǎng)區(qū)屬溶蝕－侵蝕低中山地貌單元。橋梁橫跨水公河，河谷寬約120～140m，深約70～96m。百興岸、張家灣岸均為陡坡－陡崖。橋梁基線通過地段的地面高程為1347.5～1568.5m，相對(duì)高差221.0m，橋面距離溝底216.9m。

2.2 水文

項(xiàng)目區(qū)屬長江流域?yàn)踅等砗又Я鳌?chǎng)區(qū)發(fā)育水公河，勘察期間流量為1～2L/s，測(cè)時(shí)水位標(biāo)高為1344.4m，調(diào)訪最高洪水位標(biāo)高為1347.4m。

2.3 地層巖性

場(chǎng)區(qū)出露地層為第四系殘坡積層（Qel+dl）含碎石粉質(zhì)黏土、沖洪積層（Qal+pl）卵石土；下伏基巖為三疊系下統(tǒng)夜郎組第三段（T1y3）灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r，三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段（T1yn1）灰?guī)r。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造與地震

場(chǎng)區(qū)無斷層通過，巖層單斜，巖層產(chǎn)狀5°～31°∠5°～11°。場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)頻譜特征周期為0.4s，地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，為Ⅵ度區(qū)。

3 橋區(qū)工程地質(zhì)問題

橋區(qū)不良地質(zhì)為危巖體、巖溶和卸荷裂隙。

危巖體W2：分布于K11+790～K11+984右2～122m陡崖一帶，發(fā)育高程介于1404.2～1460.5m，位于10#主墩上部，危巖體切割深度10～15m，形成長約365m、寬約8～15m，高約15～30m，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全有影響，建議進(jìn)行清除并錨固處理。

巖溶：兩岸主墩共施工22 個(gè)鉆孔，僅1 個(gè)遇溶洞，采用了高密度電法對(duì)兩岸主墩進(jìn)行物探測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模低阻異常。巖溶對(duì)橋梁岸坡穩(wěn)定性無影響。

百興岸卸荷裂隙：

圖2 百興岸卸荷裂隙和探槽照片

百興岸前緣發(fā)育卸荷裂隙帶，陡傾節(jié)理J1 張開，最大張開可見10cm。主墩已避開該卸荷裂隙帶。

張家灣岸卸荷裂隙：

圖3 張家灣岸卸荷裂隙和探槽照片

百興岸前緣陡崖發(fā)育卸荷裂隙帶，裂隙帶寬度5～10m，深度約10m，基本與陡崖平行發(fā)育，主墩已進(jìn)行避讓。

4 岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

采用室內(nèi)試驗(yàn)、規(guī)范推薦相結(jié)合的方式，并綜合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件，綜合確定巖土體參數(shù)取值詳見表1。

表1 水公河特大橋巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值

4.2 百興岸岸坡地質(zhì)分析及穩(wěn)定性計(jì)算

4.2.1 百興岸岸坡地質(zhì)分析

圖4 百興岸赤平投影

順向坡，傾角為7°，岸坡存在一組陡傾節(jié)理J2，傾向坡外。①前緣巖體受卸荷裂隙帶及節(jié)理J2（同時(shí)考慮層面）綜合控制的穩(wěn)定性；②受橋梁加載，岸坡順節(jié)理J2 和層面控制，前緣巖體發(fā)生破壞。

4.2.2 百興岸岸坡穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)定性分析，岸坡穩(wěn)定性主要受節(jié)理、層面控制，計(jì)算選用UEDC 離散元軟件，地質(zhì)模型如圖5，計(jì)算結(jié)果見表2。

圖5 百興岸縱橋向地質(zhì)模型

圖6 百興岸正常工況穩(wěn)定性（Fs=1.60）

圖7 百興岸暴雨工況穩(wěn)定性（Fs=1.44）

圖8 百興岸地震工況穩(wěn)定性（Fs=1.35）

表2 百興岸穩(wěn)定性計(jì)算成果表

4.2.3 百興岸岸坡變形數(shù)值模擬

采用UEDC 離散元軟件，以莫爾－庫倫為本構(gòu)模型，綜合地質(zhì)條件和橋梁荷載，各工況變形均為毫米級(jí)，滿足控制要求。

圖9 百興岸正常工況總位移矢量云圖

圖10 百興岸暴雨工況總位移矢量云圖

圖11 百興岸地震工況總位移矢量云圖

4.3 張家灣岸岸坡地質(zhì)分析及穩(wěn)定性計(jì)算

4.3.1 張家灣岸岸坡地質(zhì)分析

張家灣岸地層產(chǎn)狀15°～35°∠5°～8°，發(fā)育三組規(guī)律性結(jié)構(gòu)面，J3 節(jié)理72°∠38°；J4 節(jié)理345°∠32°；J5 節(jié)理220°∠70°。

岸坡為反向坡，J5 節(jié)理順坡向，但坡度較陡，大于自然坡面。①前緣巖體受卸荷裂隙帶控制的穩(wěn)定性；②受橋梁加載，岸坡順節(jié)理J5 剪斷前緣巖體發(fā)生破壞。

圖12 張家灣岸赤平投影

4.3.2 張家灣岸岸坡穩(wěn)定性計(jì)算

定量計(jì)算采用UEDC 離散元軟件進(jìn)行，地質(zhì)模型如圖13：

圖13 張家灣岸縱橋向地質(zhì)模型

圖14 張家灣岸正常工況（Fs=1.45）

圖15 張家灣岸暴雨工況（Fs=1.35）

圖16 張家灣岸地震工況（Fs=1.28）

表3 張家灣岸穩(wěn)定性計(jì)算成果表

4.3.3 岸坡變形數(shù)值模擬

采用UEDC 離散元計(jì)算軟件，以莫爾-庫倫理論作為計(jì)算本構(gòu)模型，計(jì)算結(jié)果表明，各工況變形均滿足控制要求。

圖17 張家灣岸正常工況總位移矢量云圖

圖18 張家灣岸暴雨工況總位移矢量

圖19 張家灣岸地震工況總位移矢量云圖

5 結(jié)論與建議

（1）百興岸和張家灣岸主跨200m 剛構(gòu)方案在各工況下岸坡穩(wěn)定性均滿足安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在橋梁荷載作用下，兩岸岸坡變形均為毫米級(jí)，變形滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。

（3）百興岸于K11+943～K11+984 范圍內(nèi)的危巖體W2 威脅10#主墩安全，建議局部清除并錨固。

（4）邊坡、墩臺(tái)基礎(chǔ)開挖應(yīng)采取相應(yīng)的爆破控制措施減少對(duì)巖體的震動(dòng)及破裂破壞。