G85麻柳湾至昭通段K3-K6岩堆体桥梁稳定性分析

2013-07-06赵华宏温广军

交通运输研究 2013年4期

赵华宏，温广军

（安徽省交通规划设计研究院，安徽合肥 230088）

1 项目概要

本项目为高山峡谷地形，构造剥蚀地貌，切割强烈，V型河谷发育，山体上部多发育悬岩陡壁，山前崩堆积体、滑坡发育。K11以前基本沿河谷或堆积体上布线，K11以后基本以桥隧加短段路基从山腰通过，路基左侧挖方高边坡高度大，且大部分段落位于崩堆积体中下部，堆积体自然状态处于稳定或欠稳定状态，路堑开挖易形成顺基岩面滑坡。高速公路桥梁建于堆积体斜坡上，场地稳定及桥梁地基基础稳定至关重要。

根据全线岩堆桥梁钻探成果结合现场地质调查分析表明： a）岩堆发育规模大，厚度大，一般在20～30m，有的甚至大于60m，规模超100万方的段落较多，潜在滑坡危害性大； b）对全线岩堆上桥梁未钻穿的进行统计，主要集中在K4-K6段岩堆群、K7-K9+200段堆积台地、K11+700-K13+600段巨型古堆积体、K35-K35+400段堆积体台地，钻孔深度一般达40～50m，岩堆厚度未揭穿，选择代表性桥位区进行物探勘察，解译最大厚度可达63m，工程建设需深入研究岩堆体上桥梁基础形式及安全问题、路堑边坡开挖引发岩堆滑坡问题、路线安全风险问题、施工图详勘岩堆区桥梁钻孔要钻多深、是否一定要钻穿进入完整基岩、钻穿的目的是什么等问题。

2 场地建设条件

本项目处于长江上游支流向云贵高原过渡带上，为强构造剥蚀山岭区高速公路，设计时速80km/h。高山峡谷地貌，新构造运动活动强烈，V型河谷发育，山体上部多发育悬岩陡壁，山前崩堆积体、滑坡发育，地形地质条件极差。沿线出露岩性主要有灰岩、砂岩、泥灰岩、泥质粉砂岩、泥岩、泥灰岩等软硬互层的沉积岩建造。河谷堆积第四系卵砾石层夹大滚石，坡面上覆盖层一般较薄，大部分基岩出露，坡脚、台地堆积厚层巨厚层坡崩堆积物，成分主要为碎石土、块石土，含少量细粒土，表层一般有0.5～6m的粉质粘土。

项目区位于“川滇经向构造带”的北段东缘，东部与华夏式构造交接，南北向构造、北东向构造最为明显，为主要构造，二者以明显的联合、复合关系交织在一起，前者以明显的等距性发育于项目区北部，后者成“多”字形排列于项目区南部；北西向构造不太发育，仅在大关附近零星出露。受构造运动影响，断裂构造、褶皱发育，一般向斜宽缓，背斜紧闭，陡倾角节理裂隙发育。悬岩陡坎上卸荷裂隙、风化裂隙发育，节理裂隙及层面等把岩体切割成碎块状结构。风化强烈，地形陡峻，使崩塌、掉落异常发育，提供了充足的崩堆积物源，一般沿大关河、洒渔河河谷阶地及山坡上形成大量岩堆，规模厚度巨大，一般堆积厚度20～30m，有的厚达63m以上，大型堆积体方量都在100万方以上，有的甚至连成裙，稳定性差。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001），本场地的地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s。据史料记载，桥位所属区域地震活动频繁、强度大，震源浅、灾害重，从1854年至今，已发生破坏性地震22起，其中最大地震震级7.1级。

本项目路线方案受地形地质条件限制，特别是纵坡控制，平面上还有原麻柳湾至昭通二级公路、老G213、高压输电线等控制因素，K11以前基本沿河谷或堆积体上布线，K11以后基本以桥隧加短段路基从山腰通过，且大部分段落位于崩堆积体中下部，共统计路线经过岩堆12段，长约13km，单个最短长度200m，长的2 000m，目前调查天然状态一般处于稳定～欠稳定状态。

3 岩堆上桥梁稳定性

3.1 岩堆分类

全线12km长的岩堆基本是以桥梁或路基形式通过，路基开挖或路堤加载对岩堆稳定性影响分析可按规范公式分析计算，但岩堆体桥梁作用荷载对岩堆稳定性影响与其基础结构形式等有关，也是目前稳定性分析难题。对以上4段桥梁通过巨型岩堆结合现场地质调查判断进行稳定性分析，该4段岩堆都规模巨大，但根据坡面形态、地表建筑、岩土结构、物质成分等可分为两类。

3.1.1 台地型

K7-K9+200段堆积台地、K11+700-K13+600段里底村巨型古堆积体、K35-K35+400段沙池村台地的共性是台地宽阔、阶面平缓，距河床较高较远，有村庄居住，表层风化粘性土厚度较大，一般耕种农田，说明堆积体时间久远，稳定。这类巨型堆积台地一般整体稳定性较好，即建设场地稳定，一般工程建设只需考虑开挖边坡稳定及堆载地基稳定性问题，同一般建设场地条件。

3.1.2 单斜堆积体

K4-K6段岩堆群，为坡前堆积体相连成裙，位于大关河岸坡上，坡面成单斜坡，局部顶部有缓平台，坡面一般30～40°，块石、碎石土堆积，密实度

图1 岩堆内部结构（架空结构）

图3 岩堆地形地貌

就本项目勘察而言，对岩堆勘探按照规范要求进行地质调绘、物探、结合桥位钻探进行综合勘探，基本查明了岩堆分布、物质成分、地层结构等工程地质条件。但岩堆稳定性评价是目前普遍工程技术难题，规范也未明确给出稳定性评价方法，新版公路工程地质勘查规范7.3.10节第3款要求：危岩、崩塌与岩堆详勘应按第7.2.9条规定提供资料，7.2.9条为滑坡勘探规定。

稳定性评价采取定性分析与定量计算相结合的综合评价方法。岩堆稳定性评价首先是斜坡自身稳定性评价及工程建设影响后的稳定性预测。厚层巨差，局部成架空结构（见图1～图4），厚度一般30～40m，甚至达63m以上，土性不均，透水性不一，工程地质条件差。

3.2 稳定性分析

图2 岩堆局部开挖滑塌

图4 岩堆表面物质成分

厚层岩堆斜坡由块石土、碎石土组成，斜坡稳定分析可用圆弧法分析坡面稳定，其次是分析整体沿基岩面滑动的可能性。

以K4+260特大桥的K4+560断面进行分析，地质地层条件参考该桥ZK-5钻孔。由于堆积体厚度巨大，坡面稳定可近似均质体按圆弧滑动计算，计算参数及结果见表1。

由此可知，该堆积体为欠稳定斜坡，自然状态基本稳定，在暴雨或地震等不利条件下可能发生坡面滑动，场地斜坡安全系数达不到规范要求，建设场地不稳定。

表1 堆积体斜坡稳定性计算

3.3 岩堆体桥梁基础形式及稳定性

岩堆体上桥梁稳定性涉及场地稳定性和地基基础稳定性，根据勘察方案建议岩堆上桥梁采用桩基础，地基基础稳定性解决，那么场地稳定性就是斜坡稳定性以及工程建设后的稳定性。根据场地建设条件，岩堆上桥梁场地根据岩堆体厚度、地形地面坡度、堆积平台宽度等，建设场地可分为两类，一类是平缓稳定场地，对应于台地型岩堆（见图5）。场地开阔平缓，堆积体稳定的场地，岩堆体只是岩土结构特殊，但不存在不良地质条件，仅基岩面上堆积体厚度大而已，可划分为一般场地，地基土承载力参数及变形性要根据结构密实度、细粒土含量等综合考虑。另一类是斜坡场地，对应单面坡型岩堆（见图6），堆积体呈斜坡状，桥梁建设场地位于斜坡体上，尽管堆积体厚度、物质成分、稳定性等在不同堆积体甚至同一堆积体不同部位都有所不同，但作为建设场地考虑，其都为斜坡场地，建筑物的适宜性首先应考虑场地自身的稳定性以及桥梁建设对斜坡稳定性的影响。

岩堆斜坡场地上桥梁桩基作用，一是摩擦桩型悬浮结构，安全性最低，危险性最大，二是嵌岩桩型，由于桩长达40～60m，柔性结构，侧向抵抗力弱，安全性不足。两者对岩堆体而言形成外部荷载，作用形式有所不同，但都是在欠稳定斜坡体上建设，且增加外荷载，桥梁建设场地安全性不够。