G85桥位区岩堆稳定性评价

赵华宏

（安徽省交通规划设计研究院有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

云南G85麻柳湾至昭通高速公路项目岩堆广泛发育、稳定性差、地质勘察难度大、任务时间紧。初期勘察阶段通过地质选线、地质勘察对大型岩堆进行勘察稳定性评价，总体设计采取一定的避让措施，但由于天然地质条件限制，还有大量桥梁从岩堆体斜坡上通过。天然状态斜坡处于基本稳定-稳定状态，但对于工程建设有扰动影响，特别是桥梁建设、路基开挖，以及后期运营过程中在遇到地震、连续降雨或持续暴雨、坡脚长期冲刷侵蚀等不利条件时，岩堆体有可能发生滑坡灾害，危及道路桥梁工程安全。施工图设计阶段，结合桥梁工程地质勘察，对桥位区岩堆进一步采用物探、钻探、试验等综合勘察，进行稳定性分析评价，并联合合肥工业大学知名岩土工程专家朱大勇教授作了进一步稳定性复核。

根据岩堆体上道路结构物设置类型，分别选取岩堆体上桥梁墩台稳定性、岩堆体路堑边坡稳定性、隧道洞口边仰坡稳定性及岩堆体上填方路堤稳定性四个指标进行稳定性评价复核，不仅评价岩堆体自身稳定性、工程施工对岩堆体造成的扰动，还要对各种情况下的岩堆体稳定性进行合理评价，具体内容包括：

（1） 采用严格极限平衡法和二维数值方法对岩堆路堑高边坡的稳定性进行评价，复核设计加固方案。

（2）采用严格极限平衡法和二维数值法对岩堆上路基填方的整体稳定性进行评价，复核设计加固方案。

（3）采用严格极限平衡法和三维数值法对洗马溪大桥和泡桐湾特大桥桥台及桥墩边坡的稳定性进行评价，评价桥墩施工对原有边坡稳定性的影响。

（4）采用严格极限平衡法和三维数值法对堰沟隧道洞口边坡的稳定性进行评价，评价隧道开挖对原有边坡稳定性的影响。

（5）采用严格极限平衡法分析12个大桥区域的桥台及桥墩边坡稳定性。

路线基本以路堑、路堤、桥梁及隧道4种形式跨越岩堆体，结合道路设计及岩堆分布状况，共选出18处工点进行稳定性复核，具体工作量见表1。

表1 稳定性复核工作量一览表

2 稳定性评价标准

因岩堆体物质组成的复杂性、不均匀性等，岩堆稳定性评价参数取值、方法、标准等在我国各行业有关规范中尚不一致。根据我国公路路基规范规定，岩堆稳定性评价采用滑坡勘察评价方法。关于滑坡稳定性评价标准，我国建筑、公路、水利、铁路、国土等部门行业规范规定也不同。鉴于相关规范和文献的规定，考虑到各种方法计算所得安全系数差异(约5%)，综合确定本次天然边坡稳定性分类的评价标准，如表2所示，工程边坡应达到相关规范的设计安全系数要求。

表2 岩堆稳定性评价标准

3 稳定性复核

3.1 稳定性调查

桥位区岩堆物质成分为残坡积、崩积成因（Qpc）的粉质粘土、碎石、块石，下伏基岩为志留系泥质灰岩、砂质灰岩、灰岩、泥灰岩。地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存于角砾、碎石及块石层中。裂隙水赋存于泥质灰岩及砂质灰岩的节理裂隙中，主要靠大气降水及地表水下渗补给，以沿裂隙渗流形式或受地形切割排出地表。岩堆体形态呈单面坡型，厚度一般为10.0～44.6m，最大揭露厚度为51.5m。岩堆体植被不发育，大部分已被人工改造成耕地，堆积物块石、碎石含量约占80%，粒径为20～1000mm，地表出露最大块石直径可达5.0m，母岩成分主要为灰岩、泥质灰岩等，充填物为角砾、粉质粘土等，覆盖层主要为粉质粘土，厚度一般为1.0～3.6m。堆积物块体间孔隙度大，局部结构较松散。

根据现场边坡调查可知：

（1）平均坡度介于30°～39°之间的岩堆边坡处于基本稳定，饱水和“地震+饱水工况”下临滑状态。

（2）平均坡度介于39°～45°之间的岩堆边坡处于临滑状态，饱水和“地震+饱水工况”下欠稳定。

（3）平均坡度大于45°的岩堆边坡处于欠稳定状态，其他工况下不稳定。

（4）平均坡度小于30°的岩堆边坡处于稳定状态。

结合该区已有边坡（公路、铁路建设）调查及滑坡灾害调查，综合分析判断，自然岩堆体在不受工程扰动的情况下，现有岩堆体整体处于基本稳定状态，不排除在工程开挖、连续降水、地震等极端不利条件下失稳的可能。

3.2 稳定性计算

根据初步调查，自然岩堆体处于基本稳定状态，该区滑坡地质灾害易发，为潜在滑坡体。由于堆积体成分复杂，且存在不均匀性、变异性等问题，其滑动破坏范围及破坏形式在不同诱发条件下，都有可能不同，为了尽可能分析多种破坏滑面，本次稳定性计算采用临界滑动场技术自主搜索滑动面，综合分析确定最危险滑动区及滑动面。分析计算方法采用国际通行的严格M-P法，对复杂工点还进行三维分析计算。依据相关规范，本项目共考虑3种计算工况：

（1）天然工况；

（2）饱水工况；

（3）地震+饱水工况。

其中工况（2）考虑到岩堆体透水性较好且坡面较陡，由于水位线不便准确确定，采用通过折减滑面参数和饱和重度的简化计算方法；工况（3）中的地震力依据《公路工程抗震设计规范》取值。

计算参数依据勘察资料结合反算确定。根据《公路工程地质勘察规范》和其他边坡、滑坡规范，在反算边坡强度参数时，要求：

（1）对于基本稳定边坡，安全系数应该高于1.05～1.10；

（2）对于临滑状态的边坡，取安全系数为0.95～1.05；

（3）对于欠稳定的边坡，安全系数为0.90～0.95；

（4）对于不稳定的边坡，安全系数低于0.90。

泡桐湾特大桥稳定性计算强度参数反演及稳定性计算部分成果分别见表3及图1、图2。

表3 岩堆强度参数反演值

图1 K14+820～K14+950段边坡稳定性M-P计算结果

图2 K14+820～K14+950段边坡稳定性三维数值计算结果

3.3 稳定性综合评价

根据多断面、多种方法稳定性综合分析成果，1座桥梁稳定，1座隧道洞口边坡及2段路堑边坡加固处理后也达到设计安全系数要求，对剩余11座需加固处理桥梁，根据边坡失稳变形破坏范围、方向、滑动面深度规模、危害程度等几方面，对其明确分类，具体见表4。

表4 G85岩堆稳定性复核成果表

表4 （续）

从表4可以看出，顺桥向边坡潜在滑动面深度一般为中层，范围体积不大，且桥梁勘察报告顺桥向地层地质结构明确，可进行相关设计调整及处治设计。还有一类，滑动破坏方向为横桥向，岩堆体范围大，潜在滑动面深层，深度一般都在25～30m范围，有的甚至大于40m，勘察对桥梁以上、以下岩堆体分布不清楚，主要因为堆积体厚度、基岩面形态都不明确，这一类岩堆体分布范围大、规模大，一旦变形，对桥梁危害巨大，建议进行必要的补充勘察后再进行优化设计。

4 处治建议

（1）对于第一类4座变形观测桥梁，施工阶段先进行变形观测，进一步跟踪服务，也可根据场地条件、施工状况等采取反压护脚、铺砌、截排水综合措施，防护、减缓或阻止边坡破坏变形。

（2）对于第一类需加固设计的7座桥梁，顺桥向地质地层结构控制明确的，应根据稳定性分析结果补充加固设计，加固处理宽度建议在桥梁最外侧边沿桩基以外不小于10m范围，至少6倍桩径范围以外。加固措施建议优先采用预应力锚索（杆）框架。

（3）对于第二类桥梁，勘察基础资料不满足边坡治理设计需要，建议适当补充勘察后再进行治理设计。

（4）鉴于本项目区岩堆不良地质普遍发育，滑坡频发，对工程建设及运营安全危害性大，而彻底治理费用高昂，建议重视滑坡变形监测工作，不仅在施工阶段对重要路段进行观测，还要在工程建成运营养护期间，对特殊路段采用GPS远程测量技术结合养护巡查，对桥梁下部边坡稳定性进行监控。

（5）开挖施工扰动对边坡稳定性影响大，要对特殊路段施工工序及工艺要求做出明确交待说明，并做必要的风险提醒，对必要的开挖应及时予以加固，防止工程开挖诱发大面积工程滑坡。

（6）加强地表截排水措施，减少降水下渗。

[1] 魏永幸.内昆铁路岩堆路基工程技术研究[J].铁道勘察，2004，（2）：27-30.

[2] 赵华宏，温广军.G85麻柳湾至昭通段K3-K6岩堆体桥梁稳定性评价[J].交通标准化，2013，（4）：70-73.

[3] 薛亚东，黄宏伟，刘志强.云南水麻高速公路岩堆体边坡结构特征研究[J].地下空间与工程，2007，3（7）：1295-1299.

[4] JTG D30—2004，公路路基设计规范[S].

[5] JTG C20—2011，公路工程地质勘察规范[S].

[6] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京：铁道出版社，1999.