APP下载

抵母河特大桥岸坡稳定性研究*

2013-01-18李春峰

交通科技 2013年1期
关键词:岸坡主塔大桥

李春峰 罗 勇 曾 耀

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550001)

公路特大桥岸坡稳定性问题是控制特大桥建设的关键因素。抵母河特大桥都格岸工程地质条件复杂,本文以都格岸岸坡为研究对象,对其稳定性进行研究。桥型方案为悬索桥,桩号范围K158+533.965~K159+460.643,主塔(墩)K158+730、K159+268,主跨538m,采用门型索塔,群桩基础。桥梁荷载:桥梁竖向力N1=900 600kN、顺桥向水平力N2=±29 590kN。横桥单位宽度上,桥梁荷载为竖向力:n1=N1/(4×2.8)=80 410kN。顺桥向水平力:n2=N2/(4×2.8)=±2 642kN。

首先对桥区进行详细的调查,查明桥区的工程地质条件。根据桥区的地质条件,建立稳定性计算模型,计算各种工况下岸坡的稳定性;然后基于快速拉格朗日有限差分法(FLAC3D),建立数值模拟模型,模拟各种工况下岸坡的位移,为桥梁设计提供数据;最后根据上述方法计算分析结果,综合分析岸坡稳定性。

1 岸坡地质条件

1.1 工程地质条件

(1)地形地貌。抵拇河特大桥位于深切的V形河谷。都格岸岸坡较陡,坡口陡崖高度300~400m,河流岸坡总体走向138°,陡崖走向160°,近垂直。

(2)地层岩性。抵母河特大桥桥区上覆残坡积层粘土(Qel+dl)、崩塌和错落堆积的块石土(Qc),下伏地层为二叠系下统栖霞组、茅口组(P1q+m)含燧石灰岩、角砾岩,梁山组(P1l)泥岩、石英砂岩;石炭系中上统黄龙组、马平组(C2-3h+m)灰岩。

(3)地质构造及地震。桥区位于六盘水断陷盆地威宁北西向构造变形区东部,共有6条断层分布,均为非活动性断层,仅F2断层经过桥位。F2位于 K159+108,倾向70°~100°,倾角80°,破碎带宽3~20m,由灰岩、含燧石灰岩角砾、碎块、炭质泥岩透镜体及钙、泥质胶结物组成,胶结大多较差,为压性断层。

受断层影响,桥区岩层产状变化大,场区总体倾向NE,倾角缓,以F2断层为界,上盘地层综合产状K线为50°∠20°,下盘地层综合产状K线为32°∠25°;都格岸为顺向缓倾。桥区岩体节理也较发育,倾角陡,主要节理有3组,即走向10°~30°,80°~110°,320°~340°。

根据国家地震局颁布的《中国地震动力参数区划图》(GB 18306-2001),场区地震动反应谱特征周期为0.35s,地震动峰值加速度系数为0.05g,场区地震基本烈度为VI度。

1.2 水文地质条件

桥区内地下水类型为碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水和第四系松散层孔隙水3种,地下水总体由东西两侧坡体向抵母河内排泄。

(1)松散层孔隙水。含水层为第四系坡残积物,具季节性,干旱时不含水,富水性差。

(2)基岩裂隙水。含水岩组为二叠系下统梁山组(P1l)石英砂岩、泥岩,地下水以大气降水通过地表风化裂隙渗透,沿层间裂隙和构造裂隙径流,向地势低洼部位以泉的形式排泄。

(3)碳酸盐岩岩溶水。含水层为二叠系下统栖霞组、茅口组(P1q+m)含燧石灰岩、石炭系中上统黄龙组、马平组(C2-3h+m)灰岩,该两含水层在桥位区因断层作用合二为一。大气降水沿溶隙、落水洞渗入补给,以溶隙、溶洞及暗河形式赋存运移。由于抵母河河谷深切,地下水排泄基面低,该层地下水位埋深大,补给途径较远,富水性中等~强。

1.3 溶蚀裂隙深度确定

都格岸发育可能影响岸坡稳定的深裂隙,分别是K159+255附近和K159+350附近。

(1)勘察合理计算深度。根据勘察结果,以勘察溶蚀裂隙深度的2.5倍(确保安全)进行计算,即勘察合理计算深度。都格岸K159+255,K159+350位置溶蚀裂隙勘察合理计算深度见表1。

表1 裂隙计算深度取值表 m

(2)极端条件下计算深度。根据岸坡地形地貌及大型结构面发育情况,考虑到裂隙深切岸坡的可能性,设定裂隙极端条件下的切割深度,即极端条件下计算深度。都格岸K159+255、K159+350位置溶蚀裂隙极端条件下计算深度见表2。

表2 极端条件下裂隙计算深度取值表 m

2 岸坡刚体极限平衡稳定性计算

2.1 计算模型及方法

根据都格岸的工程地质条件,都格岸稳定性主要由K159+255及K159+335~K159+355溶蚀裂隙、岸坡顺坡向软弱层面控制,故计算模型见图1。计算方法采用传递系数法、Bishop法及Jianbu法[1]。

图1 都格岸岸坡稳定性计算模型

2.2 工况及荷载

工况1。岸坡自重+桥梁荷载。

工况2。岸坡自重+桥梁荷载+地震。

工况3。岸坡自重+桥梁荷载+暴雨(暴雨期间岸坡裂隙水头20m)。

2.3 岩体力学参数

根据工程地质勘察、室内外试验、工程地质类比及反演计算分析等方法综合确定岩体力学参数取值,见表3。

表3 岩体力学参数取值表

2.4 计算结果

都格岸两处裂隙的切割深度对岸坡稳定性的影响很大。为综合研究岸坡的稳定性,按2种深度进行计算。

(1)裂隙勘察计算深度计算结果显示,岸坡安全系数普遍较高,符合设置主塔的岸坡稳定性要求,其中各主塔位置最低安全系数见表4。

表4 裂隙勘察合理计算深度最低安全系数

(2)裂隙极端计算深度计算结果显示,K159+268位置往大桩号岸坡安全系数在1.2以上,符合设置主塔的岸坡稳定性要求,各主塔位置最低安全系数见表5。

表5 裂隙极端计算深度最低安全系数

3 岸坡数值模拟

3.1 数值模型

本文应用快速拉格朗日有限差分法(FLAC3D),采用平面应变弹塑性力学模型,剖面厚度为单位厚度(1m)。假设桥塔位置K159+268及K159+298。考虑大桥主塔置入岸坡深度45m,主塔宽度10m。模型左右边界加水平向约束,底面边界加竖向约束,上边界为自由边界[2-4],数值模拟模型见图2。模拟分2种工况:工况一,岸坡自重+桥梁荷载;工况二,岸坡自重+桥梁荷载+地震荷载。地震荷载下,采用FLAC3D动力学模型,施加水平向加速度0.1 g。

图2 都格岸岸坡数值模拟模型

3.2 数值模拟结果及分析

(1)都格岸K159+298主塔

工况一。大桥主塔引起的岸坡位移场略微向岸坡外侧延伸。主塔下部岩体塑性区不明显,岩体最大位移小于3.52mm,距离主塔桩基下部位置大于5m的岸坡岩体,位移值小于3.0mm,坡口位移值小于1.8mm。位移值向坡口方向逐渐减小,位移逐渐收敛。

工况二。岸坡坡口位移较大。主塔附近岩体未形成连续塑性区,岸坡坡口最大位移小于60 mm,主塔附近位移值小于50mm。

结果显示,大桥都格岸K159+298m主塔在2种工况下,岸坡均不会发生整体破坏。

(2)都格岸K159+268主塔

工况一。大桥主塔引起的岸坡位移场略微向岸坡外侧延伸。主塔下部岩体塑性区不明显,岩体最大位移小于4.61mm,距离主塔桩基下部位置大于5m的岸坡岩体,位移值小于3.4mm,坡口位移值小于2.2mm。位移值向坡口方向逐渐减小,位移逐渐收敛。

工况二。岸坡坡口位移较大。主塔附近岩体未形成连续塑性区,岸坡坡口最大位移小于60 mm,主塔附近位移值小于50mm。

结果显示,大桥都格岸K159+268主塔在2种工况下位移值均较小,岸坡不会发生整体破坏。

4 结论

(1)刚体极限平衡法计算结果显示,若主塔设在 K159+268,K159+278,K159+288,K159+298m位置,其岸坡稳定性均符合抵母河岸坡安全控制标准。

(2)数值模拟结果显示,K159+268,K159+298m位置岸坡变形在60mm以内。

(3)K159+268临近溶蚀裂隙,主塔位置由K159+268移至K159+288是基本适合的。

[1] 陈祖煜,汪小刚,杨 健.岩质边坡稳定分析:原理·方法·程序[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[2] 杜宇本,郑 光,蒋良文,等.大瑞铁路澜沧江大桥工程边坡稳定性三维数值模拟分析[J].地质力学学报,2010,16(1):108-114.

[3] 万 川.纳界河特大桥桥址岸坡岩体稳定性数值分析[J].路基工程,2011,156(3):136-139.

[4] 任青文.岩体破坏分析方法的研究进展[J].岩石力学与工程学报,2001,20(S2):1303-1309.

猜你喜欢

岸坡主塔大桥
泉州湾跨海大桥主塔封顶
一图看懂藏木大桥
公安长江大桥主塔上横梁施工技术
数鸭子
上天入地——港珠澳大桥
基于沉桩作用下高桩码头岸坡稳定可靠度的研究
城市河道岸坡的生态型修复研究
某小型水库岸坡稳定性综合评判
哈尔滨淞浦大桥主塔设计
我国跨度最大自锚式悬索桥主塔横梁成功吊装