洗馬溪大橋巖堆穩(wěn)定性分析評價

趙華宏

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

巖堆是坡積物的一種，是崩塌作用在山坡低凹處或坡腳堆積的地質(zhì)體，有時相互連接形成堆積裙。巖堆邊坡是一類具有特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的混合土邊坡，在自然條件下，坡面處于穩(wěn)定～極限平衡狀態(tài)，在外界環(huán)境及人工擾動作用下極易失穩(wěn)。影響巖堆體穩(wěn)定性的因素主要包括巖堆體的物質(zhì)組成、構(gòu)造特征、物理力學(xué)特性、水文氣象、地震及施工擾動等。由于巖堆體本身的復(fù)雜性，相關(guān)的研究還很不充分。G85麻柳灣至昭通段巖堆廣泛發(fā)育，而且走廊帶唯一，受地形地質(zhì)條件及路線縱坡控制，必須從巖堆體上通過。巖堆體上橋梁、隧道、路基穩(wěn)定性關(guān)系著項目建設(shè)成敗，而巖堆體組成的復(fù)雜性、變異性，致使巖堆穩(wěn)定性為該項目最大的不確定性風(fēng)險源和頭等工程技術(shù)難題。洗馬溪大橋全橋從巖堆體上通過，巖堆穩(wěn)定關(guān)系到橋梁建設(shè)的安全。

1 工程概況

擬建的洗馬溪大橋位于昭通市大關(guān)縣悅樂鎮(zhèn)塘房村，橋梁軸線走向方位角244°～278°，該橋左線中心樁號為ZK8＋994，設(shè)計橋孔和跨徑為23×30m（孔×m）；右線中心樁號為K9＋094，設(shè)計橋孔和跨為11×30徑（孔×m）m，上部結(jié)構(gòu)采用30m跨徑先簡支后連續(xù)T梁；下部采用圓柱墩、空心薄壁墩、樁基礎(chǔ)。

該橋位于巨型深厚層巖堆體上，橋位區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖堆，廣泛分布于橋梁起點ZK8＋905、ZK8＋970～K8＋970段，層厚5.0～72.0m。 巖堆體主要由塊石、碎石組成，母巖成分主要為砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等，充填物為泥質(zhì)、角礫等。

2 巖堆穩(wěn)定性調(diào)查評價

2.1 巖堆現(xiàn)狀

洗馬洗大橋位于大關(guān)河與灑魚河河谷交匯處北坡，地處云南省東北部，為橫斷山脈與云貴高原北部接壤處，為侵蝕中高山峽谷地貌，受北、北北東向構(gòu)造控制，新構(gòu)造強(qiáng)烈上升，河流下切侵蝕和溯源侵蝕強(qiáng)烈，河谷深狹，山峰峻峭，河谷橫斷面呈“V”形，縱坡降大，裂點多。崩塌、巖堆較多，巖溶發(fā)育，溶洞、暗河和溶蝕崩塌常見。

橋位區(qū)地面高程為760～830m，最大相對高差70m，橫坡向從坡腳灑魚河河谷至后部基巖裸露處高差80m左右。微地貌分別為堆積臺地和斜坡，組成物質(zhì)成分主要為塊碎石巖堆體。斜坡上自然沖溝發(fā)育，溝谷深10～40m，寬度大。下伏基巖為志留系下統(tǒng)龍馬溪組（S1l）泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀286°～290°∠8°～10°，近水平，地質(zhì)構(gòu)造較簡單，陡傾角結(jié)理裂隙發(fā)育，多充填泥質(zhì)，呈閉合狀，連通性差，賦水條件差。橋位區(qū)地表水較發(fā)育，主要為山間沖溝內(nèi)流水，水量受季節(jié)控制明顯；地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水，孔隙水主要賦存于角礫、碎石及塊石層中，裂隙水賦存于泥質(zhì)灰?guī)r及砂質(zhì)灰?guī)r的節(jié)理裂隙中，主要靠大氣降水及地表水下滲補給，以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表。橋位區(qū)地形、地貌如圖1所示。

圖1 橋位區(qū)地形、地貌

2.2 分段評價

根據(jù)微地貌單元形態(tài)、巖堆體堆積形態(tài)、自然沖溝發(fā)育情況、堆積體物質(zhì)組成、地表植被發(fā)育、周邊居民活動等，將橋位區(qū)巖堆體分為2個大的堆積體單元分段評價。

K9＋150沖溝以前橋位區(qū)覆蓋層主要為第四系更新統(tǒng)坡積成因（Qpdl）粉質(zhì)黏土、崩積成因（Qpc）含碎石粉質(zhì)黏土、碎石、塊石組成，坡腳形成寬緩堆積臺地，堆積層厚2～72m，后部自然山體較緩，薄層殘破基層覆蓋，植被發(fā)育，坡腳臺地已改造為農(nóng)田。

K9＋150～K9＋342段巖堆所在斜坡體自然坡度為35°～42°，為“單面坡型巖堆”，表層呈稍密狀，下部呈中密-密實狀，工程地質(zhì)條件較差。該巖堆所在斜坡段植被較發(fā)育，以灌木為主，坡腳有高羊茅集中生長帶（見圖2），下部有地方道路及村舍通過，通車多年，未見新近碎石、塊石補給及裂縫發(fā)育，后部山體為陡崖，巖性主要為強(qiáng)度較高的泥質(zhì)灰?guī)r夾強(qiáng)度較低、易風(fēng)化的泥灰?guī)r，形成凹凸不平的陡崖斷面，凸出的砂巖由于陡傾節(jié)理裂隙發(fā)育，且橋位區(qū)所屬區(qū)域地震活動頻繁、地震烈度較高，在重力作用或地震力作用下易產(chǎn)生崩塌。巖堆體天然狀態(tài)穩(wěn)定性一般。具體工程特征對比見表1。

表1 巖堆分段特征一覽表

3 巖堆穩(wěn)定性定性分析

從項目區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、地層巖性分布、斷裂構(gòu)造、地形地貌、氣象水文等方面分析項目區(qū)巖堆形成原因主要是上部泥灰?guī)r、灰?guī)r、砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r受節(jié)理切割崩塌堆落于坡腳形成，大關(guān)河、灑魚河河谷巖堆呈裙?fàn)钫疾?，上部山體為陡崖。大多數(shù)巖堆表面灌木叢生，后部坡面植被較好，個別巖堆被改造為農(nóng)田，說明大多數(shù)巖堆處于靜止階段或趨于靜止階段。

對路線穿越巖堆個體從坡面形態(tài)、后部基巖完整性、坡面植被沖溝發(fā)育情況、巖堆體塊碎石含量、粒徑大小、塊碎石成分、充填結(jié)構(gòu)、密實程度、巖床形態(tài)等方面查明巖堆體結(jié)構(gòu)特征。一方面通過地表調(diào)查，另一方面結(jié)合鉆探資料共同查明巖堆體結(jié)構(gòu)特征及巖床形態(tài)，從而綜合分析判斷。通過全線巖堆調(diào)查分析，沿線巖堆含石量較高，成分主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖石較堅硬，自然坡面一般介于30°～50°，初步分析認(rèn)為：a）平均坡度介于30°～39°的巖堆邊坡處于基本穩(wěn)定，暴雨和地震工況下臨滑狀態(tài)；b）平均坡度介于39°～45°的巖堆邊坡處于臨滑狀態(tài)，暴雨和地震工況下欠穩(wěn)定；c）平均坡度高于45°的巖堆邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，其他工況下不穩(wěn)定；d）平均坡度低于30°的巖堆邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合分析認(rèn)為，洗馬溪大橋大橋巖堆，K9＋150以前為坡腳堆積臺地，堆積體密實，巖床整體形態(tài)底部平緩，巖堆體整體穩(wěn)定；K9＋150以后段整體形態(tài)屬于單面坡形，處于趨于靜止階段，自然坡面30°～42°，上陡下緩，屬于比較容易產(chǎn)生滑動的堆積形態(tài)，處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。

4 巖堆穩(wěn)定性定量分析

4.1 橋位區(qū)地層工程地質(zhì)條件

橋位區(qū)地層分布復(fù)雜，表層含碎石粉質(zhì)粘土、碎石土、塊石土交錯分布，局部呈透鏡狀，下部基巖面起伏變化大，巖堆體最大厚度大于60m。塊碎石土呈中密-密實狀，粒徑大于20mm的顆粒含量為55%～70%，母巖成分主要為強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r，粒徑20～60mm，呈棱角狀、次棱角狀，角礫、泥砂質(zhì)充填，顆粒級配一般。塊石土中含大量孤石。

4.2 參數(shù)選取

結(jié)合定性調(diào)查分析，選取洗馬溪邊坡的K8＋960邊坡、K9＋145邊坡和K8＋923～959邊坡這3個斷面進(jìn)行參數(shù)反演。經(jīng)反算，推薦穩(wěn)定性計算參數(shù)見表2。

表2 邊坡工程設(shè)計強(qiáng)度參數(shù)反演值

4.3 定量分析評價

橋位區(qū)巖堆體邊坡為土石堆積二元結(jié)構(gòu)邊坡，巖堆體破壞可能沿塊碎石土內(nèi)部某一軟弱層面滑動或者由于坡腳開挖擾動產(chǎn)生圓弧滑動，而最深滑動面為巖土界面。計算極限平衡法采用國際通行的嚴(yán)格M-P法和簡化畢肖普法。

首先對K9＋150～K9＋342段巖堆選取典型橫斷面K9＋220斷面（見圖2），指定堆積體沿基巖面滑動，計算安全系數(shù)為1.28，邊坡整體穩(wěn)定，說明巖堆在自然狀態(tài)下不可能產(chǎn)生沿基巖面整體滑動?？紤]巖堆在連續(xù)降水、地震等不利條件下，可能在塊碎石土內(nèi)部產(chǎn)生滑動破壞，塊碎石土假定為均質(zhì)連續(xù)體，采用圓弧法搜索最危險滑動面，穩(wěn)定性系數(shù)計算見表3，根據(jù)最危險滑面及容許安全系數(shù)進(jìn)一步確定最危險區(qū)域。

圖2 K9＋220斷面最危險滑動面

表3 穩(wěn)定性系數(shù)計算表

表3（續(xù)）

根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果及定性評價分析，K9＋150以前為穩(wěn)定-基本穩(wěn)定段落，K9＋150～K9＋342段欠穩(wěn)定，且橋梁位于斜坡體中部，欠穩(wěn)定區(qū)位于橋梁上方，自然坡面較陡段，潛在滑動面深6～10m，滑動變形破壞范圍相對高差35m，面積7 000m2，總方量估計5萬m3，工程危害性大。綜合分析上部堆積層自然坡面達(dá)40°，接近于灰?guī)r、泥灰?guī)r塊石土最大休止角，可能因為上部排水順暢，再加上大塊石的骨架作用，自然狀態(tài)下處于極限平衡狀態(tài)，若下部橋梁樁基開挖，特別是施工便道及作業(yè)平臺開挖切坡，可能誘發(fā)滑坡，特別是在橋梁建成后期運營當(dāng)中，若在連續(xù)降水、地震等不利條件下，一旦上部發(fā)生滑坡，可能危及橋梁樁柱安全，因而必須進(jìn)行預(yù)加固處理。

5 結(jié)論

5.1 天然巖堆體基本處于穩(wěn)定-極限平衡狀態(tài)，由于其物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、不均勻性，特別是降水軟化作用的不確定性，致使巖堆穩(wěn)定性難以完全做到準(zhǔn)確定量評價，必須采用定性評價與定量分析相結(jié)合的綜合評價方法。

5.2 洗馬洗大橋從巖堆群上跨越，通過現(xiàn)場調(diào)查評價，對其分段、分區(qū)評價，為巖堆穩(wěn)定性定量分析評價、勘察工作布置重點、不穩(wěn)定區(qū)段劃分打下堅實基礎(chǔ)。

5.3 巖堆穩(wěn)定性調(diào)查評價與路線方案布設(shè)同期進(jìn)行，對大型不（欠）穩(wěn)定巖堆體盡量避讓，對于無法避讓且工程安全影響不大的，應(yīng)采取一定的工程措施，以阻止、減緩、預(yù)防滑坡發(fā)生，而對于必須進(jìn)行滑坡治理的，應(yīng)一次根治。

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