嘉陵江某特大桥工程堆积体的稳定性分析

吴兆敬

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610017)

0 引言

从2010年开始，四川大力实施渡口改桥梁的建设。渡改桥是落实百姓出行安全的重要民生工程，也是打通区域产业发展经济通道的重要枢纽。受两端渡口人类活动及构筑物影响，渡口附近桥梁位置的选择有一定局限性，有时不得不放在堆积体或滑坡体上。对堆积体或滑坡体的稳定性进行分析是确定桥址方案的关键一步。嘉陵江某特大桥工程的桥墩不得不选在堆积体上，本文就该堆积体的稳定性进行分析。

1 工程概况

拟建的嘉陵江某特大桥位于某水电站下游，属于“国家渡改桥工程”项目。受场镇、水电站等构筑物条件影响，桥址位置受限，桥梁右端仅能在右岸堆积体上布置。其中主墩22号墩位于堆积体前缘、23号墩位于中部。因此分析堆积体稳定状态对桥梁的影响程度等是本项目的关键问题。

2 工区右岸边坡工程地质条件

研究区位于嘉陵江右岸（见图1），边坡地形上呈“较陡-缓-陡”状。前缘较陡部位高程210m；中部平缓部位平均高程235m，微地貌上表现为缓坡平台，在其后部形成了一条浅沟槽，与边坡走向一致；后缘陡坡坡度一般52°，局部呈直立状。整体边坡坡顶高程294m，与前缘高差84m左右。边坡堆积体由第四系全新统人工填土（Q4me），崩坡积（Q4c+d）l含砾、块粉质黏土组成，下伏基岩为中生界侏罗系中统沙溪庙组（J2s）的砂岩、粉砂质泥岩。

图1 桥址区河流右岸堆积体全貌

工程场地属于新华夏构造体系四川中坳陷区，处于川东南华蓥山隆起褶皱束与川中龙女寺隆起之间。在具体构造上位于龙凤场向斜的北西翼，地层产状166°∠3°，构造运动形迹微弱，无断层通过。工程区水文地质条件简单，地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水和基岩风化裂隙水。水质对混凝土结构中的钢筋具轻微腐蚀性。

3 堆积体变形特征及其分区

桥址区右岸岸坡为覆盖层边坡。根据边坡变形特征，可分为Ⅰ区及Ⅱ区（见图2）。

图2 堆积体分区

桥梁桩号K32+052至前缘为I区，地面堆积粉砂、细砂，同时堆积了较多大型孤石、块石，植被发育，地表河流冲刷痕迹明显。在轴线K32+052左侧地表部位发育错台裂缝，错台高度约30cm，裂缝张开约2cm，延伸长度约30m（见图3）。前缘局部产生了滑塌，总体上该区稳定性较差。

图3 地表变形特征

K32+052至后缘为Ⅱ区，受河流侵蚀影响较小，边坡未见明显变形开裂迹象，虽中部发育一条浅沟槽，但为人工形成，非边坡变形所致。总体上该区边坡稳定性较好。

4 堆积体成因机制分析

Ⅰ区地面整体较陡，且距离河水位更近，河流冲刷强烈，地表可见大块石、孤石出露，为河水冲走细粒土所致。下挫裂缝发生在陡坡至缓坡的交界处，为岸坡冲刷前缘土体变形所致，属于岸坡稳定问题。未见裂缝向堆积体后部发展的趋势，其变形范围仅在Ⅰ区范围内。Ⅱ区地面平缓，地表堆积薄层细砂，为洪水时沉积形成。根据地表调查测绘及钻孔揭露，堆积体后缘、侧缘均未见明显近期变形特征，钻孔揭示土体内部无明显的滑带特征土；靠近基覆界限部位的土样呈坚硬状～硬塑状，且含有部分泥质角砾，无错动、擦痕等滑面痕迹特征。

从后缘陡壁岩体特征来看，该处砂岩多发育两组卸荷裂隙：L1，6°∠83°，L2，76°∠85°，与层面及其他裂隙构成不稳定块体，边坡的局部稳定性差，在极端条件下，易发生崩塌、垮塌等地质灾害。钻探岩芯中的粉质黏土及未完全风化的角砾即为崩塌的泥岩风化所致，大型块石为砂岩崩塌体滚落所形成。因此，整个堆积体为原陡峻边坡崩塌所致，至于堆积体表部形成的平台，据调查，为10年前上游桐子壕水电站施工形成。

5 堆积体稳定性评价

由于Ⅱ区无明显滑动带，计算整体稳定性按照土体性质差别较大的界面（基覆界面）作为最不利面，因Ⅰ、Ⅱ区变形特征区别较大，土体成分也明显差别，堆积体稳定程度按照Ⅰ、Ⅱ区分别考虑较为合理。

5.1 参数考虑

反演分析是滑带强度参数的重要手段，通常结合室内试验成果，对滑带力学参数进行综合取值[1,2]。工区属于地震低烈度区，计算工况仅考虑暴雨工况及300年一遇洪水工况。

由于Ⅰ区已变形开裂，且边界清晰，该变形体在天然状态下，处于欠稳定状态。取稳定系数K=1.05，对此变形体进行参数反算后取c=17.0kPa，φ=8.5°，依据试验成果及反算成果，综合考虑到取样误差、试验误差，具体各工况下，土体物理力学参数见表1。

表1 潜在滑动带土体参数取值建议表

5.2 稳定性评价

Ⅰ区地面整体较陡，且距离水面更近，河流冲刷强烈，地表可见大块石、孤石出露，为河水冲走细粒土所致。在河水冲刷作用下，该段落局部已发生了滑塌，在陡坡至缓坡的交界处，产生了下挫裂缝。由于该区距离河水面较近，受河水潮落影响，土体力学性质变化较大，极易产生变形，土体应力状态处于不断变化中，在一定条件下变形协调以达到新的平衡状态。前缘的滑塌裂缝正是这种条件下形成。在河水位不断变化条件下，前缘变形将继续发展，因此前缘滑塌体在天然状态下即处于欠稳定状态，在暴雨或洪水条件下可能处于失稳状态[3]。

Ⅱ区多以粉质黏土为主，局部含有未完全风化角砾、块石等，未见明显的滑带特征土，不具备滑带软弱性或错动等滑面痕迹特征。整个堆积体边坡虽前缘变形对后部土体有牵引作用，但中后部含砾块粉质黏土呈硬塑状为主，物理力学性质相对较好，且中前段的基伏界线较缓，边坡的抗滑阻力较大，对边坡稳定有利。从现场调查来看，中部及后缘未见明显变形开裂迹象，因此自然状态下Ⅱ区稳定性较好。

5.3 稳定性计算

计算结果显示：Ⅰ区在天然工况下稳定系数为1.05时，对应在暴雨工况滑带土饱水时稳定系数为0.76，边坡处于失稳状态。即边坡在非正常工况条件下处于不稳定状态[4]。

Ⅱ区在天然工况下，边坡的稳定系数可达1.26，属于稳定状态；在暴雨工况下稳定系数为1.07，处于基本稳定状态，但安全储备不足；在300年一遇洪水情况下，稳定系数小于1.0，边坡处于失稳状态。

需要说明的是：（1）在暴雨条件下虽处于基本稳定状态，但安全富裕度已不高，如在附加外力或局部土体条件（桥梁施工）改变后，有发生较大变形的可能，进而可能产生较大的内力，对构筑物不利，需要进行处治。（2）在300年一遇洪水条件下，边坡大部分处于水面以下，土体物理力学性质急剧恶化，边坡处于不稳定状态。

5.4 处治建议

鉴于地形特征、坡体结构特征及稳定性分析成果，可采用削坡减载的方式进行处理。但开挖后后缘岩质边坡范围变大，且岩体中存在不利结构面及差异性风化，表部块体稳定性相对较差，因此，需要对后壁岩质边坡采用锚杆等方式进行加固，以防止变形破坏影响桥墩安全。

边坡安全系数大小受到边坡坡面形式的影响[3]，建议沿22号桥墩台面高程（217.4m）以1∶10坡率[4]将堆积体上部全部清除。经验算，开挖后堆积体边坡在暴雨及300年一遇洪水条件下均处于稳定状态，为防止河水冲刷岸坡，可进行设置岸坡防护措施。

6 结束语

综上所述，对嘉陵江某特大桥工程堆积体进行稳定性分析的结论如下：

（1）后缘陡壁岩体发育两组卸荷裂隙，与层面及其他裂隙构成不稳定块体，在极端条件下，易发生崩塌、垮塌等地质灾害。整个堆积体即为原陡峻边坡崩塌所致。

（2）Ⅰ区滑塌体自然状态下边坡已出现开裂变形，边坡处于欠稳定状态，在暴雨工况下，边坡处于失稳状态。Ⅱ区在暴雨条件下处于基本稳定状态，但安全富裕度已不高。如在附加外力或局部土体条件（桥梁施工）改变后，有发生较大变形的可能，进而可能产生较大的内力，对构筑物不利，需要进行处治。

（3）在300年一遇洪水条件下，边坡大部分处于水面以下，土体物理力学性质急剧恶化，边坡处于不稳定状态。

建议：沿22号桥墩台面高程（217.4m）以1∶10坡率将堆积体上部全部清除。为防止河水冲刷岸坡，可进行设置岸坡防护措施。对后壁岩质边坡采用锚杆等方式进行加固，以防止变形破坏影响桥墩安全。