宜萬鐵路橋墩高陡岸坡穩(wěn)定性分析及整治設(shè)計

張燁

（海峽（福建）交通工程設(shè)計有限公司，福建 福州 350000）

宜萬鐵路橋墩高陡岸坡穩(wěn)定性分析及整治設(shè)計

張燁

（海峽（福建）交通工程設(shè)計有限公司，福建 福州 350000）

宜昌—萬州鐵路全長約380 km，線位濱臨清江，地理位置屬云貴高原之東北緣的鄂西山地。該鐵路受區(qū)域構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，形成較多的高陡岸坡。以分香溪右線中橋1號墩為例，其右側(cè)為高陡岸坡，整治難度較大，易造成坍塌、落石等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，危及橋墩及施工人員的生命安全。介紹分香溪右線中橋1號橋墩基坑開挖、分析右側(cè)高陡岸坡對橋臺的影響；在現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)勘察及研究既有資料的基礎(chǔ)上，對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，確定加固方法為：錨桿+掛網(wǎng)噴射混凝土措施。實踐證明，此方案可增強(qiáng)巖體圍巖整體性，加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)合理，可為類似加固設(shè)計施工提供借鑒。

宜萬鐵路；分香溪中橋右線；高陡岸坡；原因分析；整治設(shè)計

1 工程概況

宜萬鐵路分香溪右線中橋（簡稱本橋）所屬地區(qū)為中低山區(qū)，地形陡竣，河谷深切，中橋跨越分香溪河谷，河谷蜿蜒曲折，河岸沖刷光滑，為“V”形谷，河床中部分地段堆積塊石，部分基巖裸露，兩側(cè)岸坡陡峻，宜昌側(cè)邊坡相對較緩，坡角45 °～55 °。本橋1號墩中心里程為IIDK048+841，原設(shè)計為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，橫向?qū)?.63 m，縱向長3.94 m。

2 施工現(xiàn)場地質(zhì)情況

2008年7月13日會同橋梁專業(yè)現(xiàn)場對本橋1號墩擴(kuò)大基礎(chǔ)驗證，基坑開挖揭示為白云質(zhì)灰?guī)r，灰白色～青灰色，弱風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀為185 °～215 °∠10 °～25 °，節(jié)理裂隙較發(fā)育，發(fā)育分為3組：（1）節(jié)理產(chǎn)狀為120 °∠85 °，為寬張節(jié)理，節(jié)理間距1～4 m，延伸長2～5 m，無充填，節(jié)理面粗糙，有滲水；（2）節(jié)理產(chǎn)狀為10 °∠85 °，為構(gòu)造節(jié)理，節(jié)理間距約為1 m，延伸長2～5 m，無充填，節(jié)理面粗糙，有滲水；（3）節(jié)理走向為235 °，為寬張節(jié)理，間距1～10條/m，延伸長2～5 m，無充填，節(jié)理面粗糙，有滲水，與線路平行。

3 施工現(xiàn)場變更原因分析

原設(shè)計為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，開挖后基礎(chǔ)左側(cè)襟邊寬度約6 m（見圖1（a）），滿足設(shè)計要求。2008年8月14—15日由于宜昌地區(qū)連降暴雨，使溪內(nèi)水量猛漲，加之溝底地形坡度大，水流速度快，水流夾雜上游溝底堆積的碎、塊石等，對溝內(nèi)坡面產(chǎn)生極大沖擊力。

圖1 施工現(xiàn)場概圖

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，水流流速v為15 m/s，水深H為6 m，水流流向與坡面的夾角a約80 °，K為繞流系數(shù)取1，水的容重γ為9.8 kN/m3，重力加速度g為10 m/s2。水流的沖擊力公式：

根據(jù)式（1）可計算水流的沖擊力P為1 125 kN/m。

受溪水水流強(qiáng)力沖撞后，承臺基礎(chǔ)下部巖體順著節(jié)理面及水流的方向，逐步使巖體剝離山體，致使承臺左側(cè)無襟邊寬度且與溝谷近似垂直（見圖1（b）），影響基坑巖體的整體穩(wěn)定性，難以滿足設(shè)計要求；且承臺右側(cè)岸坡，坡面存在松動塊石，受走向235 °節(jié)理切割巖體影響（見圖1（c）），并傾向線路，存在安全隱患，需對現(xiàn)場情況作出安全評估與評價，保證安全。

4 橋臺岸坡穩(wěn)定性分析

岸坡穩(wěn)定性分析主要包括定性分析和定量分析2個部分。定性分析方法主要在對宏觀區(qū)域地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上，通過詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，分析影響邊坡穩(wěn)定的主要因素、失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制及可能的破壞形式等，對邊坡的穩(wěn)定狀況及其可能發(fā)展的趨勢作出定性的說明和解釋。定量計算方法主要有極限平衡法、數(shù)值分析法和模型試驗法等[1-4]。

圖2 赤平投影

表1 結(jié)構(gòu)面赤平投影分析表 （°）

采用赤平投影發(fā)進(jìn)行定性成果分析（見圖2、表1）：（1）2組節(jié)理產(chǎn)狀與坡面切割線位于坡面內(nèi)，但層面傾角小于10 °，巖體基本穩(wěn)定；（2）2組節(jié)理交割線位于坡面外但切割線節(jié)理產(chǎn)狀傾角陡傾，受溪水沖刷影響，巖體受節(jié)理切割影響發(fā)生傾倒崩落破壞，致使坡面巖體較不穩(wěn)定；（3）右側(cè)山體邊坡受走向23 °節(jié)理切割，切割后山體巖層傾向線路，切割體對橋墩穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

由于該橋墩右側(cè)岸坡巖體為灰?guī)r弱風(fēng)化層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，且右側(cè)坡面受走向235 °節(jié)理切割，邊坡垂直高達(dá)17 m，并傾向線路方向，危及線路安全。采用極限平衡法進(jìn)行定量計算，依據(jù)TB 10025—2006《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中10.2.4-1～2規(guī)定：反算計算內(nèi)摩擦角為φ=55.7 °，其穩(wěn)定安全坡率m=tanφ/2≈0.75。由于岸坡已開挖，右側(cè)岸坡坡面近似垂直，達(dá)不到安全穩(wěn)定坡率，需對坡面進(jìn)行處理。結(jié)合相關(guān)規(guī)范及實踐經(jīng)驗，選取該坡面巖體參數(shù)值γ=24 kN/m3，C=0 kPa，安全穩(wěn)定系數(shù)K取1.25，計算該楔體剩余下滑力為560 kN/m。

通過定性分析及定量計算分析得出：該岸坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，右側(cè)山體邊坡受走向235 °組節(jié)理切割后產(chǎn)生破壞，易發(fā)生災(zāi)害；另外2組節(jié)理（見表1），根據(jù)赤平投影交割線位于坡面外切割面傾角較陡，受溪水水流沖刷影響，易發(fā)生坍塌、落石，危及橋墩安全；為提高岸坡巖體的整體穩(wěn)定性，需對岸坡及坡面進(jìn)行加固與防護(hù)。

5 整治加固方案比選

治理的基本原則：（1）削坡減載，穩(wěn)定坡率；（2）施加錨固力，消除剩余下滑力，保證右側(cè)岸坡穩(wěn)定。

5.1 消坡方案

由于右側(cè)岸坡達(dá)不到穩(wěn)定安全坡率，需對其坡面進(jìn)行減載，坡腳設(shè)擋墻，墻頂以上邊坡采用坡率1∶0.5～1∶1.0放坡防護(hù)。

雖然此方案對提高圍巖整體性和穩(wěn)定性效果更好，但由于基坑開挖已形成高陡邊坡，坡面近垂直，且臨近分香溪溪邊。減載后，土石方量較大，由于受地形地貌條件控制，施工運(yùn)輸難度大，影響施工工期，受施工條件限制，所以未采用該方案。

5.2 加固方案

根據(jù)岸坡穩(wěn)定性檢算結(jié)果，楔體剩余下滑力為560 kN/m，為提高圍巖的整體及穩(wěn)定性，初步擬定2種加固方案。

5.2.1 預(yù)應(yīng)力錨索加固

設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索共21孔，錨固力440 kN，每孔4根φ12.7 mm，間距3 m，正方形布置，錨固端長10 m，錨索長度17 m，傾角15 °，孔徑130 mm。

5.2.2 錨桿加固

設(shè)錨桿共49孔，每孔設(shè)1根φ32 mm螺紋鋼筋，間距2 m，正方形布置，錨桿長度12 m，傾角15 °，孔徑73 mm。

對比2種方案得出：采用錨索加固，施工進(jìn)度慢、施工工藝復(fù)雜、造價較高，施工工期長；采用錨桿加固，施工進(jìn)度快，施工工藝較簡單，造價低，施工工期短。

最終確定的錨桿坡面加固方案見圖3，加固運(yùn)營現(xiàn)狀見圖4。

圖3 1號墩橋臺右側(cè)岸坡整治加固

圖4 加固運(yùn)營現(xiàn)狀

5.3 方案確定

由于鋪軌工期緊迫，該橋梁基坑工程被水流沖刷后，線路右側(cè)形成不穩(wěn)定的高陡岸坡，危及橋墩安全，如不及時處理或處理不到位，勢必影響鋪軌進(jìn)度。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況綜合分析考慮，最終采用錨桿加固+掛網(wǎng)噴射混防護(hù)方案措施進(jìn)行加固（見圖4）。

6 結(jié)束語

該鐵路2010年底通車運(yùn)營至今6年多的時間，加固后該橋臺右側(cè)邊坡未出現(xiàn)明顯的裂縫以及次生災(zāi)害，邊坡穩(wěn)定。實踐證明：錨桿+掛網(wǎng)噴射混凝土措施可增強(qiáng)巖體圍巖整體性，加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。驗證通過現(xiàn)場地質(zhì)勘察測繪及室內(nèi)綜合穩(wěn)定性分析得出的設(shè)計方案合理有效。

橋墩承臺以下坡面基巖裸露部分，因工期原因未及時進(jìn)行處理，設(shè)計回訪后，已對該部分進(jìn)行加固處理，現(xiàn)狀良好。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司. 分香溪右線中橋IIDK48+821.18～I(xiàn)IDK48+877.17段工程地質(zhì)勘察報告[R]. 武漢，2008.

[2] TB 10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[3] TB 10025—2006 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司. 宜萬鐵路宜昌至萬州段新建工程施工圖——分香溪右線中橋1＃墩邊坡防護(hù)變更設(shè)計圖[R]. 武漢，2008.

責(zé)任編輯 李葳

Stability Analysis of & Treatment Design for High & Steep Bank Slopes of a Bridge Pier of Yichang-Wanzhou Railway

ZHANG Ye
（Haixia（Fujian）Transportation Engineering Design Co Ltd，F(xiàn)uzhou Fujian 350000，China）

380 km long, Yichang-Wanzhou railway is not far from Qingjiang River. It is located in the mountainous area of Western Hubei, at the northeast edge of Yunnan-Guizhou Plateau. The area is characterized by joints and fractures of rocks, which have given birth to high and steep bank slopes along the railway. Take Pier 1 of Middle Bridge of Right Line of Fenxiangxi River as an example, high and steep bank slopes are on its right side, which are diff cult to treat and easy to cause serious geological disasters such as collapse and rockfall, endangering the piers and builders. This paper introduces the excavation of the foundation pit of Pier 1 of Middle Bridge of Right Line of Fenxiangxi River of the railway, and analyzes the inf uence of high and steep bank slopes on the abutment of the bridge. On the basis of on-site investigation, geological survey and study of existing materials, the causes of the problem is analyzed and presents the reinforcement method of combining bolt and shotcrete measures. It has been proved in practice that this method can enhance the integrity of the surrounding rocks, strengthening the stability of the slopes, and is also cost-effective. It can be used for reference for similar reinforcement design and construction projects.

Yichang-Wanzhou railway；right line of middle bridge of Fenxiangxi River；high and steep bank slope；cause analysis；treatment design

U455.48+2；U455.7+1

A

1001-683X（2017）02-0067-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.02.067

2016-11-10

張燁（1985—），男，工程師。E-mail：732856388@qq.com