水公河特大橋岸坡穩定性分析

田學軍，段利媛

（1.貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州輕工職業技術學院，貴州 貴陽 550025）

隨著貴州高速公路的飛速發展，在地形高差大、地質條件差的深切峽谷區建橋將不可避免，峽谷岸坡的穩定性直接影響橋梁方案是否可行，因此對橋梁岸坡穩定性評價變得非常重要。本文將依托水公河特大橋，采用綜合勘察手段，評價岸坡的穩定性，來支撐橋梁設計方案。

1 工程概況

擬建水公河特大橋主跨200m 剛構，橋面凈寬1×11m，設計時速60km/h。橋區全貌照片如圖1。

圖1 橋區全貌照片

2 橋區工程地質條件

2.1 地形、地貌

場區屬溶蝕－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，相對高差221.0m，橋面距離溝底216.9m。

2.2 水文

項目區屬長江流域烏江水系三岔河支流。場區發育水公河，勘察期間流量為1～2L/s，測時水位標高為1344.4m，調訪最高洪水位標高為1347.4m。

2.3 地層巖性

場區出露地層為第四系殘坡積層（Qel+dl）含碎石粉質黏土、沖洪積層（Qal+pl）卵石土；下伏基巖為三疊系下統夜郎組第三段（T1y3）灰巖、粉砂質泥巖夾泥灰巖，三疊系下統永寧鎮組第一段（T1yn1）灰巖。

2.4 地質構造與地震

場區無斷層通過，巖層單斜，巖層產狀5°～31°∠5°～11°。場區地震動反應頻譜特征周期為0.4s，地震動峰值加速度值為0.05g，為Ⅵ度區。

3 橋區工程地質問題

橋區不良地質為危巖體、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，對橋梁結構安全有影響，建議進行清除并錨固處理。

巖溶：兩岸主墩共施工22 個鉆孔，僅1 個遇溶洞，采用了高密度電法對兩岸主墩進行物探測試，未發現大規模低阻異常。巖溶對橋梁岸坡穩定性無影響。

百興岸卸荷裂隙：

圖2 百興岸卸荷裂隙和探槽照片

百興岸前緣發育卸荷裂隙帶，陡傾節理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，基本與陡崖平行發育，主墩已進行避讓。

4 岸坡穩定性評價

4.1 穩定性計算參數

采用室內試驗、規范推薦相結合的方式，并綜合現場工程地質條件，綜合確定巖土體參數取值詳見表1。

表1 水公河特大橋巖土體物理力學參數取值

4.2 百興岸岸坡地質分析及穩定性計算

4.2.1 百興岸岸坡地質分析

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理J2，傾向坡外。①前緣巖體受卸荷裂隙帶及節理J2（同時考慮層面）綜合控制的穩定性；②受橋梁加載，岸坡順節理J2 和層面控制，前緣巖體發生破壞。

4.2.2 百興岸岸坡穩定性計算

根據定性分析，岸坡穩定性主要受節理、層面控制，計算選用UEDC 離散元軟件，地質模型如圖5，計算結果見表2。

圖5 百興岸縱橋向地質模型

圖6 百興岸正常工況穩定性（Fs=1.60）

圖7 百興岸暴雨工況穩定性（Fs=1.44）

圖8 百興岸地震工況穩定性（Fs=1.35）

表2 百興岸穩定性計算成果表

4.2.3 百興岸岸坡變形數值模擬

采用UEDC 離散元軟件，以莫爾－庫倫為本構模型，綜合地質條件和橋梁荷載，各工況變形均為毫米級，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 張家灣岸岸坡地質分析及穩定性計算

4.3.1 張家灣岸岸坡地質分析

張家灣岸地層產狀15°～35°∠5°～8°，發育三組規律性結構面，J3 節理72°∠38°；J4 節理345°∠32°；J5 節理220°∠70°。

岸坡為反向坡，J5 節理順坡向，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定性；②受橋梁加載，岸坡順節理J5 剪斷前緣巖體發生破壞。

圖12 張家灣岸赤平投影

4.3.2 張家灣岸岸坡穩定性計算

定量計算采用UEDC 離散元軟件進行，地質模型如圖13：

圖13 張家灣岸縱橋向地質模型

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 張家灣岸穩定性計算成果表

4.3.3 岸坡變形數值模擬

采用UEDC 離散元計算軟件，以莫爾-庫倫理論作為計算本構模型，計算結果表明，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 結論與建議

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

（2）在橋梁荷載作用下，兩岸岸坡變形均為毫米級，變形滿足控制標準。

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

（4）邊坡、墩臺基礎開挖應采取相應的爆破控制措施減少對巖體的震動及破裂破壞。