库区蓄水对铁路大桥岸坡的稳定性影响

2013-04-14庄旭峰韦波立田祖涛

铁道勘察 2013年1期

庄旭峰　韦波立　田祖涛

(中国中铁二院贵阳勘察设计研究院有限公司，贵州贵阳　550000)

跳蹬河铁路大桥孔跨布置为2×32 m+(52+88+52) m预应力混凝土连续梁+2×32 m+1×24 m，全长360.1 m。本桥24 m、32 m简支梁采用圆柱面钢支座，主桥连续梁采用LQZ(E)系列球形支座。3号为固定支座，4号为活动支座。3号、4号桥墩采用圆端形空心桥墩，桩径为1.5 m的钻孔桩基础。大桥桥址位于规划区水库库区范围内(如图1所示)。水库蓄水后，将引起桥区地下水循环系统的变化，岸坡岩体及结构面物理力学性质也随之改变，岸坡稳定性系数将可能低于铁路桥基岸坡的安全系数要求。其中3号墩台岸坡为顺向坡，受水位变化影响较大。准确判定右岸岸坡蓄水后的稳定性，对大桥及规划水库的正常运行致为重要。

图1　桥区三维地貌

1　地质环境条件

1.1　地形地貌

桥址区属云贵高原东部低中山切割地貌，大桥3号承台位于跳蹬河高阶地上，承台高程1 178.64 m，沟谷正常水面高程1 141.4 m。区内地势总体北西高南东低，地表水由西向东排泄。

1.2　地层岩性

桥址区上覆第四系全新统坡残积(Q4dl+el)黏土、粉质黏土。下伏基岩为：三叠系下统茅草铺组(T1m)灰岩、夜郎组(T1y)厚层状灰岩及二叠系上统龙潭组(P2l)泥质灰岩夹灰岩、炭质页岩及煤层。断层破碎带主要为黏性土夹碎块石组成，结构较松散，含水量较大，力学性质较差。

1.3　地质构造

桥址区地质构造强烈，跳蹬河右岸发育有跳蹬河1号正断层及跳蹬河2号逆断层。受断层影响，右岸岸坡节理裂隙发育，岩体破碎，岩层产状为：N50°E/36°N，代表性节理产状为：①N60°W/68°N、②E-W/61°S、③N25°E/60°S、④N40°W/47°N。

1.4　水文地质条件

基岩裂隙含水量少。地下水受大气降水及地表沟水补给，通过基岩裂隙、孔隙径流，岩溶水通过岩溶管道向跳蹬河内排泄，蓄水后补给条件将发生变化。

2　坡体结构特征及破坏机理

2.1　结构特征

在地壳抬升河谷强烈下切时期[1]，右岸边坡卸荷强烈，受到后期右岸断层的影响，岩体破碎，节理裂隙较为发育(如图2所示)。

图2　坡体结构示意

岩层面和节理面的赤平投影如图3所示。由各组结构面的组合情况看，岸坡易产生较大的不稳定块体。

图3　结构面赤平投影

2.2　破坏机理分析

岸坡岩体在应力释放及重力等综合因素作用下，向临空方向卸荷回弹变形明显，使得卸荷裂隙较发育；另外，石灰岩溶蚀裂隙(凹腔)较发育。这些裂隙与层面(层间错动带)、构造裂隙等构成了岸坡失稳的边界条件。加之卸荷风化等表生改造作用[2]，使得边坡浅表部的岩体结构趋于复杂化，变形破坏多样化。推测岸坡的破坏模式为整体滑移剪切破坏模式：岸坡顺坡方向存在强卸荷裂隙，裂隙顺坡向延伸较好，将石灰岩切分成板裂状，浅表部强风化、强卸荷，呈碎裂状。岸坡的失稳方式是：沿顺坡向卸荷面滑动(蠕滑)，剪断岩体锁固段，然后沿石灰岩层面整体剪出而滑落(如图4所示)。蓄水后，在静水及动水压力作用下，卸荷裂隙发展到一定的连通率时，岸坡将失稳。