考慮上跨橋梁影響的河岸邊坡穩(wěn)定性研究

陳 川,胡衛(wèi)軍,韓琳琳

(廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

廣西地區(qū)地形地貌復(fù)雜,地表起伏不平,山川河流分布廣泛,同時區(qū)域內(nèi)因大量公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)形成的河道上跨橋梁較多[1-3]。因橋梁建設(shè)而形成的兩岸邊坡巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在自然應(yīng)力、降雨條件、河道水位變化、橋梁建設(shè)及運(yùn)營期的荷載變化及工程擾動等外界因素的影響下,容易形成岸坡失穩(wěn)破壞隱患,威脅岸坡的穩(wěn)定,進(jìn)而對橋梁的施工及運(yùn)營安全產(chǎn)生不利影響[4-6]。鑒于此,對橋位邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)合理的分析,進(jìn)而評價岸坡支護(hù)加固方案的適用性,對工程設(shè)計及安全運(yùn)營具有重要意義[7-8]。

1 工程概況

某運(yùn)河下穿某高速公路,航道底標(biāo)高為27.3 m,設(shè)計最高通航水位為35.92 m,設(shè)計最低通航水位為34.0 m,上跨大橋兩岸主墩沉井基礎(chǔ)設(shè)計底標(biāo)高均位于航道底標(biāo)高之上。設(shè)計橋型為下承式鋼管混凝土系桿拱橋,路基設(shè)計高程為96.873～100.948 m,全長為525.184 m。橋址區(qū)屬侵蝕殘丘地貌,地形起伏較緩,地面高程為57.50～94.00 m,地形自然坡度為5°～40°,山體低緩,谷地大致呈北東-南西向發(fā)育,丘谷表層覆蓋第四系沖洪積層。兩側(cè)橋臺位于斜坡上,地表多被第四系地層覆蓋,山丘植被發(fā)育。

地下水主要為覆蓋層中孔隙水及基巖裂隙水,均屬潛水。孔隙水主要賦存于第四系覆蓋層及全風(fēng)化硅質(zhì)巖、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的孔隙中;基巖裂隙水主要賦存于基巖風(fēng)化帶、破碎帶及裂隙中。均受大氣降水或地表水補(bǔ)給,在接受補(bǔ)給后基巖裂隙、孔隙水一部分向下徑流或側(cè)向補(bǔ)給其他類型地下水,另一部分以滲流等形式分散排泄于低洼部位。水位受季節(jié)影響變化較大。鉆孔內(nèi)測得穩(wěn)定地下水位高程為42.75～55.43 m,埋深為7.8～15 m。

2 場地巖土性質(zhì)指標(biāo)

為了確定場地各地層巖土物理力學(xué)參數(shù),并合理分析兩岸邊坡穩(wěn)定性,在靠近運(yùn)河中心部位、左岸航道邊坡開口線靠近5#橋墩部位分別開展現(xiàn)場原位剪切試驗。試驗點(diǎn)位置如圖1所示,巖體直剪試驗強(qiáng)度結(jié)果如表1所示。

表1 巖體直剪試驗強(qiáng)度結(jié)果表

圖1 原位剪切試驗點(diǎn)位置示意圖

結(jié)合前期工程勘察成果、室內(nèi)試驗成果、現(xiàn)場原位測試成果等,并根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗,總結(jié)穩(wěn)定性分析所需的各地層巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值如表2所示。

表2 巖土強(qiáng)度參數(shù)建議值一覽表

3 岸坡穩(wěn)定性分析

3.1 岸坡支護(hù)方案

為了保障兩岸邊坡的穩(wěn)定性,左岸邊坡支護(hù)方案為設(shè)置三級邊坡,坡比均為1∶2,采用2排旋挖鉆孔灌注樁支護(hù),第一排為雙排樁,樁長為50～60 m,樁徑為2 m,樁距為5 m,排距為7 m;第二排為單排樁,樁長為25～30 m,樁徑為1.6 m,樁距為5 m;沉井基礎(chǔ)深度為24 m,井外地基采用高壓旋噴注漿加固,井內(nèi)地基采用外徑為146 mm,壁厚為4.5 mm,深度為15 m的微型鋼管樁+注漿加固。右岸邊坡支護(hù)方案為設(shè)置三級邊坡,坡比均為1∶1.75,采用2排旋挖鉆孔灌注樁,第一排為雙排樁,樁徑為1.6 m,樁距為5 m,排距為5.6 m,樁長為30～45 m;第二排于沉井基礎(chǔ)寬度范圍兩側(cè)布樁,布樁寬度分別為56 m和59 m,兩側(cè)灌注樁樁長為15～30 m,樁徑為1.6 m,樁距為5 m;沉井基礎(chǔ)深度為17 m。兩岸邊坡支護(hù)方案剖面分別如圖2、圖3所示。

圖2 左岸邊坡支護(hù)方案剖面圖(m)

圖3 右岸邊坡支護(hù)方案剖面圖(m)

3.2 穩(wěn)定性分析

3.2.1 岸坡穩(wěn)定性計算荷載及標(biāo)準(zhǔn)

岸坡穩(wěn)定性評價依據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL 386-2007)、《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-2013)、《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0219-2006)等相關(guān)規(guī)范,結(jié)合本工程項目特點(diǎn),考慮邊坡工作條件及邊坡破壞對大橋的危害性,岸坡穩(wěn)定性分析工況及穩(wěn)定系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)選取如表3所示。

表3 岸坡穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)表

3.2.2 岸坡穩(wěn)定性結(jié)果分析

本文采用畢肖普法計算分析了不同工況下兩岸邊坡的穩(wěn)定性,兩岸邊坡的破壞模式判定為沿圓弧面滑動,采用自動搜索破壞面的方法進(jìn)行計算。左岸和右岸邊坡未施加旋挖鉆孔灌注樁的破壞模式分別如圖4、圖5所示;施加了旋挖鉆孔灌注樁支護(hù)措施的左岸和右岸邊坡的破壞模式分別如下頁圖6、圖7所示。

(a)右岸無支護(hù),自重

(a)左岸支護(hù),自重+地下水

(a)右岸支護(hù),自重+地下水

由兩岸邊坡各工況的滑動面可以看出,無論是否施加支護(hù),考慮橋梁上部荷載后,邊坡滑動面均位于沉井基礎(chǔ)靠近邊坡一側(cè),即橋梁上部荷載與邊坡穩(wěn)定性的計算無關(guān),因而不會影響邊坡失穩(wěn)破壞模式。計算所得的兩岸邊坡穩(wěn)定系數(shù)如表4所示。由表4可以看出,左岸無支護(hù)工況下,穩(wěn)定系數(shù)不滿足要求,其他工況均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

表4 兩岸邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果表

4 結(jié)語

(1)兩岸邊坡的滑動面均位于全風(fēng)化硅質(zhì)巖夾泥質(zhì)粉砂巖層中,該地層強(qiáng)度相對較小,對穩(wěn)定性結(jié)果分析起主要作用,而強(qiáng)度較大的強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化硅質(zhì)巖夾泥質(zhì)粉砂巖對本文岸坡穩(wěn)定性分析無影響。

(2)考慮橋梁上部荷載后,各工況的邊坡滑動面均位于沉井基礎(chǔ)靠近邊坡一側(cè),即橋梁上部荷載與邊坡穩(wěn)定性的計算無關(guān),因而不會影響邊坡失穩(wěn)破壞模式。

(3)左岸邊坡自然狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)不滿足設(shè)計及規(guī)范的要求,采用本文的雙排旋挖鉆孔灌注樁支護(hù)方案并實施后,其穩(wěn)定系數(shù)可滿足設(shè)計及規(guī)范的要求。