貴州某特大橋岸坡地質(zhì)穩(wěn)定分析

祝塘，曹欣宇，李劍

（貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550000）

1 項目概況

六廣河特大橋為息烽至黔西高速公路主要的控制性工程。橋位全長1 280.400m，起點樁號為K39+557.000，終止樁號為K40+837.400，上部結構先采用5×40m先簡支后連續(xù)T梁，再接（243+580+243）m雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋。下部構造為薄壁空心花瓶形索塔、群樁基礎、重力式橋臺及樁柱式橋臺。橋面凈寬2×11m，公路I級。

2 場區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

橋位為典型的V形峽谷低中山溶蝕地貌，橋軸線通過的最大高差約382m，從峽谷底至岸坡坡口明顯分為兩段：下段為陡崖段，黔西岸坡角65°左右，坡高約153m，息烽岸坡角80°左右，坡高約126m；上段為陡坡段，黔西岸坡角50°左右，坡高約80m，息烽岸坡角40°左右，坡高約95m。坡口之上為峰叢溶蝕地貌，坡度為中坡～陡坡。

2.2 地層巖性

橋區(qū)覆蓋層薄且零星分布于地勢低洼處，成分為殘坡積層（Qel+dl）黏土。下伏基巖為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m）薄～中厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、角礫巖及鈣質(zhì)頁巖。

2.3 地質(zhì)構造與地震

場區(qū)地層產(chǎn)狀呈單斜發(fā)育，地層產(chǎn)狀為152°∠14°。區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層通過，場區(qū)巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育間距為150～350mm，節(jié)理沿兩岸臨河側陡崖處形成的卸荷裂隙，延伸長度平均為3～8m，局部可達10～16m。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2001），查得測區(qū)地震動反應譜特征周期為0.35s，地震動峰值加速度值小于0.05g，場區(qū)地震基本烈度為小于Ⅵ度。

2.4 不良地質(zhì)

場區(qū)典型的不良地質(zhì)為危巖、巖溶及卸荷裂隙。

（1）危巖：均為卸荷裂隙切割而成，后緣已脫離母巖，方量最大達21 450m3。

（2）巖溶：巖溶表現(xiàn)形態(tài)有巖溶溶洞、巖溶洼地及地表大型溶蝕溝，鉆孔揭露隱伏溶洞高達27%的遇洞率。

（3）卸荷裂隙：卸荷裂隙（L）：沿六廣河兩岸巖體陡壁處分布，地表長度達145m，頂部張開度最寬350mm。

3 綜合勘察技術

本橋梁采用地表調(diào)繪、鉆探、槽探、豎井、現(xiàn)場巖體直剪試驗、室內(nèi)試驗及物探等綜合勘察技術。

4 岸坡地質(zhì)分析

4.1 地形條件

（1）息烽岸：主塔位于一孤立三側臨空的坡體上，主塔前側臨空于六廣河峽谷，距前側陡崖坡口臨空面距離約54m，坡頂與河底的垂直高差距離約260m。主塔左右兩側均為陡崖臨空，距左側陡崖臨空面垂直距離約335～350m，距右側陡崖臨空面垂直距離約150～260m。

（2）黔西岸：主塔前側距離陡崖坡口約105m，坡頂與河底的垂直高差約237m。

4.2 地質(zhì)條件

主塔區(qū)域內(nèi)覆蓋層基巖大部出露，地表發(fā)育有溶溝、溶槽，溶溝、槽內(nèi)局部有黏土充填。下伏基巖為薄～中厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、角礫巖及鈣質(zhì)頁巖，灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r為硬質(zhì)巖，角礫巖為同生角礫巖，其角礫成分為灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r，角礫巖與頂部灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r的接觸位置有一層鈣質(zhì)頁巖，鈣質(zhì)頁巖為軟巖。根據(jù)勘察成果，強風化巖體破碎，屬IV級巖體；中風化巖體較完整，屬Ⅲ級巖體。

4.3 岸坡受控因素

（1）息烽岸：巖體略微外傾，巖層傾角14°，在橋梁橫向存在長大順層巖質(zhì)邊坡，控制息烽整體穩(wěn)定性。且有軟弱結構面（軟弱夾層及結構面）臨空。

（2）黔西岸：巖體略微內(nèi)傾，傾角小于15°。地形地貌一面臨空，巖層傾向山體，軟弱結構面不臨空。

因此，控制整個岸坡穩(wěn)定的關鍵因素是息烽岸橫向長大順層巖質(zhì)邊坡，且?guī)r層間軟弱夾層的抗剪強度是整個岸坡穩(wěn)定性的最關鍵指標參數(shù)。

4.4 軟弱夾層參數(shù)的獲取

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探，該層軟弱夾層厚度為1～3m，且該層在懸崖陡壁處出露，為獲取該軟弱夾層的抗剪強度黏聚力C值和摩擦角φ，在該層出露處進行了現(xiàn)場原位試驗，為進一步研究岸坡穩(wěn)定性提供了強有力的保障。

根據(jù)現(xiàn)場剪切試驗成果分析（見圖1），軟弱夾層（鈣質(zhì)泥巖）天然狀態(tài)下推薦值（正常工況下用此參數(shù)）：摩擦角為24.6°、黏聚力為100kPa；飽和狀態(tài)下推薦值：摩擦角為20.9°、黏聚力為55kPa。

圖1 現(xiàn)場巖體直剪試驗

5 岸坡穩(wěn)定性分析

5.1 變形破壞形式

根據(jù)息烽岸與黔西岸的地形地貌及工程地質(zhì)條件，兩岸均存在自然邊坡，其中息烽岸沿左右兩側及前側臨空，巖體橫向上沿左側順傾，巖體內(nèi)軟弱夾層出露并沿左側順傾臨空，且?guī)r層傾角小于自然坡度角，其破壞形式為沿左側順層滑移-壓致拉裂，前側臨空于六廣河峽谷，其破壞形式為前側崩滑；黔西岸巖體傾向于山體內(nèi)部，軟弱結構面不臨空，前側臨空于六廣河峽谷，其破壞形式為前側崩滑。

5.2 分析方法

對于復雜的巖土工程邊坡，各種穩(wěn)定分析方法均存在一定的局限性，結合特大橋的地形地貌及地層巖性分布，針對息烽岸與黔西岸高陡邊坡潛在失穩(wěn)破壞的特點，分析方法采用了極限平衡法的Bishop、Smara及強度折減法，考慮邊坡沿橋軸線和最不利橫坡方向潛在的破壞模式，進行數(shù)值模擬計算分析其在各種工況下的安全穩(wěn)定性。

5.3 岸坡穩(wěn)定性計算分析成果

（1）息烽岸：橫向坡及縱向坡在三種工況條件下的穩(wěn)定性均滿足控制性標準（見表1、表2）。

表1 息烽岸橫向坡安全系數(shù)計算一覽表

表2 息烽岸縱向坡安全系數(shù)計算一覽表

（2）黔西岸：橫向坡及縱向坡在三種工況條件下的穩(wěn)定性均滿足控制性標準（見表3、表4）。

表3 黔西岸橫向坡安全系數(shù)計算一覽表

表4 黔西岸縱向坡安全系數(shù)計算一覽表

6 結論

（1）采用有效、合理的勘察方法查明了黔西岸主塔承臺處隱伏裂縫的分布范圍及工程特征。通過綜合勘察方法查明了橋位的工程地質(zhì)條件，有效反映了橋位岸坡穩(wěn)定的影響因素及變形破壞形式。

（2）針對息烽岸與黔西岸高陡邊坡潛在失穩(wěn)破壞的特點，岸坡穩(wěn)定分析采用了極限平衡法的Bishop、Smara及強度折減法，并匹配相應的滑動穩(wěn)定安全系數(shù)標準進行邊（滑）坡穩(wěn)定分析計算，使計算與現(xiàn)實更加吻合。

（3）綜合考慮了橋位區(qū)軟弱夾層（鈣質(zhì)頁巖）的工程特征，遇水易軟化，失水易干裂，并采用現(xiàn)場巖體原位試驗，確定了軟弱層相應的抗剪強度參數(shù)。

（4）依托該項目的成功及后續(xù)推廣應用項目的相繼實施，已取得貴州省交通運輸廳科技項目《深切峽谷大跨徑橋梁岸坡穩(wěn)定性評價技術研究》立項，該項目擬進行綜合勘察技術研究、岸坡穩(wěn)定性評價方法與技術研究、主跨墩位合理布設研究，以形成一套完整的行業(yè)技術指南。