萬州城區(qū)跨長江橋庫岸工程地質(zhì)特征及穩(wěn)定性分析

謝 波/中交路橋華南工程有限公司

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萬州城區(qū)跨長江橋庫岸工程地質(zhì)特征及穩(wěn)定性分析

謝 波/中交路橋華南工程有限公司

【摘 要】以系統(tǒng)的野外勘測和室內(nèi)巖土力學(xué)實驗為基礎(chǔ)，通過對工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)及不良地質(zhì)現(xiàn)象的分析，探討了工程區(qū)庫岸的穩(wěn)定性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其破壞方式，進(jìn)而對庫岸穩(wěn)定性進(jìn)行了分段評價。

【關(guān)鍵詞】工程地質(zhì)條件；庫岸；穩(wěn)定性分析；分段評價

1.項目概況

萬州長江三橋位于重慶市東部，地處長江中上游結(jié)合部、三峽庫區(qū)腹心地帶，東接云陽，南與石柱和湖北利川毗鄰，西與忠縣、梁平接壤，北連開江和開縣。萬州長江三橋工程地質(zhì)勘察起始于2010年10月，在初步設(shè)計階段勘察基礎(chǔ)上，對選定橋型方案進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，查明橋墩、橋位區(qū)及兩岸互通工程地質(zhì)條件，為編制施工圖設(shè)計文件提供工程地質(zhì)依據(jù)。現(xiàn)完成的主要工作量見表1。

2.工程地質(zhì)條件

2.1.地貌及地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于長江三峽庫區(qū)，地貌類型主要為構(gòu)造剝蝕低山、丘陵，周邊區(qū)域內(nèi)最高處地面高程約621m，橋位區(qū)地面高程小于250m，最低處高程78m。長江順直，江水流向NNW。工程區(qū)長江北岸（左岸）地表陡緩相間，呈臺階狀，其中受沖溝（如大河溝）切割，“臺階”（緩坡平臺）連續(xù)性較差。

區(qū)域構(gòu)造上，工程區(qū)位于川東褶皺束萬縣復(fù)向斜北東段近軸部，北臨鐵鋒山背斜，南臨方斗山背斜，褶皺走向北東，褶皺形態(tài)為梳狀高背斜和寬闊平緩向斜相間排列，構(gòu)成隔檔式構(gòu)造?？傮w上，工程近場區(qū)25km范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，構(gòu)造部位為寬緩的向斜軸部，地層變形微弱，產(chǎn)狀近水平，未發(fā)現(xiàn)較大斷層和活動斷裂。未見Ms≥6級的地震記錄。

2.2 地層巖性

根據(jù)地表出露及鉆孔揭露，工程區(qū)內(nèi)分布有第四系和侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組地層，第四系地層主要有人工填土、殘坡積層、崩坡積層及滑坡堆積層。人工填土由粉質(zhì)粘土夾碎塊石、碎塊石等物質(zhì)組成，最大厚度約40m，主要分布于長江北岸大河溝下游溝內(nèi)及長江南岸無名溝溝口。殘坡積層主要為黃褐色粉質(zhì)粘土夾碎塊石。該土層厚度不一，一般厚數(shù)米，兩岸分布較廣泛。崩坡積層主要為粉質(zhì)粘土夾碎塊石，厚度數(shù)米～十余米，兩岸零星分布?；露逊e層主要為褐黃色粉質(zhì)粘土夾碎塊石。該層厚數(shù)米～二十余米，分布于老層巖滑坡和老層巖下滑坡。

侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組上部為厚層～巨厚層褐紅色、暗紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾紫紅色、淺紫紅色泥巖、夾薄層灰黃色、紫灰色長石砂巖，厚度約50m～55m。其下為中厚層～巨厚層暗紫紅色、褐紅色泥質(zhì)粉砂巖和淺紫紅色、紫紅色泥巖，中部夾厚層～巨厚層（極少量薄層）灰黃色、紫灰色長石砂巖，極少量的砂礫，厚142m。底部為厚層～巨厚層暗紫紅色、紫褐色泥質(zhì)粉砂巖夾厚層～巨厚層灰黃色、紫灰色長石砂巖和青灰色、灰白色細(xì)砂巖。全層厚約90m。

2.3氣象水文條件

工程區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候四季分明。冬暖，夏熱，秋長，陰雨綿綿。本區(qū)日照充足，雨量充沛，天氣溫和，無霜期長，霜雪稀少。境內(nèi)多年平均氣溫17.7℃，最高年平均氣溫19.0℃，最低平均氣溫17.6℃（1974年）。區(qū)內(nèi)多年平均降雨量為1191.3mm，降雨集中在夏秋兩季，其中4～9月占全年降雨的90%。夏季大雨、暴雨頻繁，最大日降雨量175mm。

工程區(qū)地表水系主要為長江和長江兩岸的沖溝。長江水面為工程區(qū)地表水排泄的最低基準(zhǔn)面，地表水通過沖溝匯入長江。

區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。第四系孔隙水主要賦存于第四系殘坡積層、崩坡積層、沖積層和大河溝下游溝內(nèi)及無名溝溝口人工回填區(qū)中的人工填土中，主要受大氣降雨及庫水補(bǔ)給，水量較豐富。兩岸陸域地表第四系殘坡積層和崩坡積層中地下水類型主要為上層滯水，其水位埋深約0.5m，水量較貧乏。基巖裂隙水主要賦存于侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組砂巖中，水量較貧乏，主要受大氣降水補(bǔ)給。

2.4 不良地質(zhì)現(xiàn)象

工程區(qū)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為人工填土不均勻沉降變形。區(qū)內(nèi)長江北岸大河溝下游溝內(nèi)和長江南岸無名溝溝口均分布有人工填土，部分構(gòu)筑物布置于人工填土區(qū)。據(jù)鉆孔揭露，無名溝溝口人工填土最大厚度為40.7m，大河溝下游溝內(nèi)人工填土最大厚度為40.5m。無名溝內(nèi)人工填土固結(jié)時間長，自重固結(jié)基本完成，可以預(yù)測其在受壓下產(chǎn)生的沉降變形程度較輕；大河溝內(nèi)人工填土為隨意回填，未經(jīng)碾壓，其成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不均一，厚度不一，自重固結(jié)時間短，在自重應(yīng)力及附加應(yīng)力作用下易產(chǎn)生不均勻沉降變形。通過現(xiàn)場調(diào)查，大河溝人工回填區(qū)內(nèi)多處出現(xiàn)沉降變形，變形裂縫張開度一般為1cm～3cm。

3.穩(wěn)定性分析與評價

3.1 穩(wěn)定性分析

長江南側(cè)庫岸坡度較緩，坡度約10°～25°，僅局部為陡崖。岸坡主要為巖質(zhì)邊坡，表部局部分布第四系松散堆積層，庫岸總體較穩(wěn)定，但局部由于受到庫水的浪蝕、快速消落、軟化等不良作用，可能會產(chǎn)生小規(guī)模的塌岸現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場勘查，局部臨水土體岸坡出現(xiàn)了與岸坡走向近平行的變形裂縫，裂縫張開度2～12cm，裂縫距岸肩最遠(yuǎn)距離約為11m。長江北側(cè)庫岸較陡，總體坡度約17°～55°，岸坡為巖質(zhì)邊坡；以下基本為堅硬、耐風(fēng)化、抗浪蝕能力較強(qiáng)的長石砂巖及細(xì)砂巖，該部位邊坡穩(wěn)定性較好；高程約149m～155m之間為較軟弱、易風(fēng)化、抗浪蝕能力差的泥質(zhì)粉砂巖，該巖層位于庫水變幅帶內(nèi)，當(dāng)庫水長期對其進(jìn)行軟化、侵蝕、掏刷后，將使其上的厚約27m的巖（土）層（主要為有一定卸荷作用的長石砂巖）懸空，巖層失去支撐后必然會產(chǎn)生崩塌。

3.2岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件，按巖土體組合形式將岸坡劃分為兩大類：（1）岸坡主要由基巖組成，為巖質(zhì)岸坡和（2）岸坡上部為覆蓋層，下部為基巖，為土巖組合岸坡［2］。前者主要由砂巖（長石砂巖及細(xì)砂巖）夾泥巖、泥質(zhì)粉砂巖組成，表部局部可能分布少量土層（圖1a）；后者表部為土層，下部為基巖（圖1b）。

圖1　 巖質(zhì)岸坡（a）和土巖組合岸坡（b）剖面示意圖

3.3 庫岸破壞方式

依據(jù)區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)分析，可分為土體崩塌或滑移和巖體崩塌。土體崩塌或滑移表現(xiàn)為土體變形破壞主要出現(xiàn)在南岸，南岸岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型為土巖組合類型，上部土層局部較陡?，F(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，南岸上游180m的庫岸段岸邊土層表面已產(chǎn)生了數(shù)條變形裂縫，變形裂縫發(fā)育于離岸肩約20m的范圍內(nèi)，其與岸坡走向近平行，張開度約2cm～12cm，延伸長度5m～30m。變形裂縫產(chǎn)生的主要原因為：（1）岸坡較陡；（2）庫水的不良作用。當(dāng)岸坡變形不斷地發(fā)展，勢必會產(chǎn)生土體失穩(wěn)。

巖體崩塌主要出現(xiàn)在北岸，北岸岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型為巖質(zhì)岸坡，岸坡較陡（坡度約17°～55°），多處為陡崖。岸坡主要由堅硬、耐風(fēng)化、抗浪蝕能力較強(qiáng)的砂巖組成，在高程149m～155m之間為泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，泥質(zhì)粉砂巖和泥巖具有較軟弱、易風(fēng)化、抗浪蝕能力差的特征，該巖層位于庫水變幅帶內(nèi)，當(dāng)庫水長期對其進(jìn)行軟化、侵蝕、掏刷后，將使其上的厚約27m的巖（土）層（主要為有一定卸荷作用的長石砂巖）懸空，巖層失去支撐后必然會產(chǎn)生崩塌。

4.庫岸穩(wěn)定性分段評價

根據(jù)岸坡的地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖土特性等工程地質(zhì)條件及岸坡的穩(wěn)定性，對工程所涉及的南、北庫岸進(jìn)行了分段評價，結(jié)果見表2。

表2　 庫岸穩(wěn)定性分段評價一覽表

上述分析可知，岸坡坡度總體較緩，有利于邊坡整體穩(wěn)定；岸坡巖層平緩，巖體完整，未發(fā)現(xiàn)不利邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面。通過綜合分析，庫岸整體穩(wěn)定。庫岸塌岸輕微，庫岸再造作用微弱，對工程無影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督局和中華人民共和國建設(shè)部，《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50266-2013），2013

［2］中華人民共和國建設(shè)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013），2013