深切河谷特大桥岸坡稳定性研究

龙 维,陈 海

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司,贵州 贵阳 550081)

1 概述

深切河谷段路线线位的拟定关键点为桥位的选择，尤其特大桥桥位是控制路线方案的重要因素，桥位岸坡稳定性是路线方案拟定首要评价目标。特大型桥梁工程结构的稳定性受岸坡稳定影响极大[1],地形地质条件对桥型、桥跨、基础形式等的选择至关重要[2-3]，峡谷高陡岸坡稳定性对桥基位置的确定意义重大[4]。

某拟建高速公路龙河特大桥位于重庆市丰都县，推荐桥型为9×40 T梁+(122+230+122)连续刚构+4×40 T梁，桥墩采用箱型墩、空心薄壁墩，群桩基础，桥台为U型台，扩大基础。

路线以主跨230 m大跨径刚构桥梁横跨龙河深切河谷，山势陡峻，河谷深切，谷底为龙河，河内块片石大量分布，丰水期最高水位274.6 m。丰都岸坡面分布有堆积体，基岩为砂泥岩互层，层面倾向河谷，为顺层坡，强风化岩体节理裂隙发育，岩体破碎(见图1，图2)。丰都岸地质条件复杂，不良地质发育，岸坡是否稳定，将直接决定桥位是否成立及桥型的选择。

2 工程地质特征

2.1 地形地貌

桥位区属构造剥蚀河谷地貌，地形上呈宽缓“V”型沟谷状，两岸地形较陡，丰都岸坡角一般16°～46°，武隆岸坡角一般29°～59°，局部呈陡崖状。

2.2 地层岩性

碎石土：杂色，稍密状，主要由砂、泥岩碎、块石组成，黏性土充填，碎、块石呈次棱角状，含量(质量分数)约48%～59%，含量分布不均，粒径一般6 cm～28 cm，地表可见最大者达2.0 m。

粉砂质泥岩：紫红色，粉砂泥质结构，中～厚层状构造，主要由黏土矿物组成。

砂岩：灰白色，细中粒结构，中～厚层状构造，主要由长石、石英等矿物组成。

2.3 地质构造

桥址区位于石柱向斜北西翼，岩层呈单斜产出，岩层优势产状110°∠12°，主要发育2组构造裂隙：L1组裂隙，优势产状为52°∠85°，局部反倾，张开2 mm～15 mm，局部泥质充填，延伸1.50 m～2.80 m，间距为0.60 m～1.50 m，结构面结合很差；L2组裂隙，优势产状为334°∠78°，局部反倾，张开1 mm～5 mm，局部泥质充填，延伸1.8 m～3.8 m，间距为0.50 m～1.30 m，结构面结合很差。

2.4 水文地质

桥址区地下水划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两大类型：

松散岩类孔隙水主要分布于第四系崩坡积碎石土中，水量较小，受气候影响显著；基岩裂隙水主要分布于砂岩地层中，含水量主要受构造裂隙发育程度、深度及贯通性控制，富水性相对较强，粉砂质泥岩为相对隔水层，水量小。

2.5 不良地质

根据工程地质调绘及钻孔揭露，桥址区不良地质主要为堆积体，崩坡积形成。堆积体位于龙河特大桥丰都岸引桥区，平面呈扇形，位于斜坡中部。崩坡积前后缘相对高差约88 m，主崩方向123°。崩坡积体宽约240 m，纵向长约390 m，平均厚度约15.9 m，面积约9.4×104m2，体积约149.6×104m3，为大型堆积体，主要由碎石土组成。

崩坡积体目前未见开裂变形迹象，局部地形较陡地段见掉块、松落现象。前缘由于乡村公路修建局部切坡，采用简易条石挡墙支挡，挡墙未见开裂变形迹象。崩坡积体目前整体处于稳定状态。

3 丰都岸岸坡稳定性

丰都岸为顺层岸坡，且有大型堆积体发育，岸坡是否稳定直接决定了桥位是否成立及桥型的选择，岸坡稳定性研究重点为堆积体稳定性及顺层滑动稳定性。采用有限差分强度折减法对堆积体岸坡稳定性进行计算分析，利用边坡的塑性区贯通性来确定滑动面的位置，弥补了极限平衡方法的不足，得出的计算结果更为准确[5]，基于Mohr-Coulomb准则，利用FLAC3D建模进行计算(见图3)。

强度折减法是将岩土材料的抗剪强度c,φ值不断迭代折减，直至达到临界破坏状态，此时的折减系数为稳定系数，参数折减公式如下：

(1)

(2)

3.1 计算参数

根据现场详细地质调绘、物探、钻探结果，结合室内试验及工程经验类比，岩土体物理力学参数取值如表1所示。

表1 岩土体物理力学参数

3.2 计算工况

丰都岸岸坡稳定性分析重点为堆积体及顺层岸坡，因桥址区山高谷深、河谷深切，河流水位相对较浅，经研究发现河水位影响范围有限，丰水期水位远低于堆积体位置，对顺层层面也无影响，因此岸坡稳定性研究忽略河水位的影响。区域地震基本烈度为6度，地震反映谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度为0.05g。由于刚构桥结构自重较大，对基础要求较高，且下部结构在地震作用下会产生较大的反力，对岸坡造成一定扰动，影响岸坡的稳定性，因此按7度抗震要求验算地震工况下岸坡稳定性。计算工况如下：

工况一：岸坡自重+桥梁荷载。

工况二：岸坡自重+桥梁荷载+暴雨。

工况三：岸坡自重+桥梁荷载+地震。

3.3 稳定性评价结果

不同工况条件下计算结果见表2，其中安全控制标准依据相关规范并考虑近年来高速公路特大桥岸坡稳定性控制标准而定。

表2 岸坡稳定性计算结果一览表

计算结果表明，堆积体在工况一、工况三条件下稳定性系数分别为1.39，1.15，满足安全控制标准，而在工况二条件下稳定性系数为1.18，不满足安全控制标准。

由于堆积体相对松散且透水，而下部泥岩为相对隔水层，在暴雨工况下堆积体稳定性系数下降明显，且计算结果表明最大位移量达4.7 cm(见图4)，说明雨水对岸坡稳定性有显著不利影响，局部可能会产生失稳破坏，加强截排水措施是岸坡堆积体处治首要工作，且需对堆积体进行适当清方及支挡处理，同时，应加强监测工作。

顺层岸坡在工况一、工况二、工况三条件下均满足安全控制标准，处于稳定状态。

可以看出，地震作用下稳定性明显降低，地震作用将对顺层岸坡稳定性产生显著的影响，但主要影响浅层岩土体稳定性(见图5)，主要体现在地震震动通过改变坡体结构及整体应力状态和坡体岩土性质，从内因上造成边坡稳定性降低。

4 结论

1)桥址区整体地质条件适宜桥梁建设。

2)桥区堆积体在暴雨工况下不满足安全控制标准，需进行处治，以清方结合截排水措施为主，局部采取支挡措施。

3)顺层岸坡稳定性满足安全控制标准，但因桥梁墩台基础开挖切脚，需进行支挡防护，并做好开挖临时防护措施。