貴州某橋堆積體穩(wěn)定性分析及防治措施研究

作者簡(jiǎn)介：鄧中睿（1971—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槁坊访?、路線、巖土等。DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2205-5640-7435中圖分類號(hào)：U412.36 6

摘要：由于山區(qū)地質(zhì)條件特殊，溝底容易形成不良地質(zhì)體，當(dāng)橋梁跨越溝谷時(shí)，橋區(qū)范圍內(nèi)的不良地質(zhì)會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重大隱患，其中橋區(qū)堆積體便是隱患之一。本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡作為研究對(duì)象，對(duì)其地質(zhì)特征開展細(xì)致的調(diào)查分析，利用極限平衡法對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，最后提出合理的防治措施，以期為同類工程項(xiàng)目提供參考，保障山區(qū)高速公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全。

關(guān)鍵詞：堆積體 ?穩(wěn)定性分析 ?防治措施 ?荷載

中圖分類號(hào)：U443.32 ?????????????????????????????????????文件標(biāo)識(shí)碼：A

Stability Analysis and Prevention?Measures of Accumulation of a Bridge in Guizhou

DENG Zhongrui

（Sichuan Hinghway Planning， Survey， Design and Research Institute Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610041 China）

Abstract： Because of the special geological conditions in mountainous areas， it is easy to form adverse geological bodies at the bottom of the ditch. When the bridge crosses the valley， the adverse geology within the bridge area will have major hidden dangers to the safety of the bridge structure， among which the accumulation body in the bridge area is one of the hidden dangers. This paper takes the Nanmengxi accumulation slope where the main pier of a bridge in Guizhou is located as the research object， conducts a detailed investigation and analysis of its geological characteristics， evaluates and analyzes its stability by using the limit equilibrium method， and finally proposes reasonable prevention measures， in order to provide reference for similar projects and ensure the construction and operation safety of highways in mountainous areas.

Key Words： ?Accumulation; Stability analysis; Control measures; Load

在我國(guó)，公路運(yùn)輸在各種運(yùn)輸方式中占重要地位。近年來(lái)，隨著我國(guó)西部大開發(fā)、“一帶一路”倡議、交通強(qiáng)國(guó)等重大戰(zhàn)略的實(shí)施，貴州省高速公路建設(shè)蓬勃開展，路網(wǎng)不斷加密。貴州多為山區(qū)地貌，在貴州高山峽谷地區(qū)廣泛分布著由于滑坡、崩塌、重力地質(zhì)作用及降雨等作用形成的深厚堆積體邊坡。在公路設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，受到地形限制，公路、橋梁往往要從堆積體上穿越而過，此時(shí)如果對(duì)堆積體認(rèn)識(shí)不足、處置不當(dāng)，很容易發(fā)生滑坡或泥石流災(zāi)害，將對(duì)工程的安全實(shí)施和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)巨大的安全隱患^[1-5]。

本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡作為研究對(duì)象，對(duì)其基本特征開展細(xì)致的調(diào)查分析，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，進(jìn)而提出合理的防治措施，以期為同類工程項(xiàng)目提供參考，保障山區(qū)高速公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全。

1堆積體基本特征

南孟溪堆積體位于三板溪水電站水庫(kù)庫(kù)尾南孟溪右岸，在地形上呈兩陡坡夾一緩平臺(tái)，平臺(tái)高程約508m，縱向長(zhǎng)25～30m，基覆界面亦為一緩平臺(tái)，未見強(qiáng)風(fēng)化基巖。前緣段及后緣段平均坡度30°～33°，從剖面上看，基覆界面呈階梯形，從平面上來(lái)看，堆積體沿NW方向呈扇形展布，后緣寬度約250m，長(zhǎng)約300m（見圖1、圖2），其坡表主要為農(nóng)用林地及荒廢耕地。根據(jù)已有勘測(cè)資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，測(cè)得整個(gè)堆積體面積約6.88×10⁴m²，整個(gè)堆積體平均厚度約19m，南孟溪堆積體體積約1.307×10⁶m³，為一大型堆積體。

南孟溪堆積體物質(zhì)組成大致可分為三大部分，即粉質(zhì)粘土層、塊石土層和碎石土層。下伏基巖主要為凝灰質(zhì)板巖。南孟溪堆積體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可分為前緣段、平臺(tái)段、后緣段：前緣段主要為碎石土，部分夾粉質(zhì)黏土及塊石土透鏡體;中部平臺(tái)主要為碎石土，鉆探揭示部分夾粉質(zhì)粘土透鏡體;下部基巖未見強(qiáng)風(fēng)化界面，且根據(jù)形態(tài)來(lái)看，基覆界面為一緩平臺(tái)。后緣表層見部分粉質(zhì)粘土，下部主要為塊石土夾少量碎石土、粉質(zhì)粘土透鏡體，部分鉆探揭示斷層破碎帶，詳見圖3。

擬建大橋?yàn)檎w式橋梁，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)為K34+815.0，終點(diǎn)樁號(hào)為K35+310.0，橋長(zhǎng)980.00m，孔數(shù)及跨徑為2×30+（160+360+160）+6×40m，上部結(jié)構(gòu)采用斜拉橋、預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部橋墩采用主塔、柱式墩、空心墩，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ);橋臺(tái)采用U臺(tái)、基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋型圖如圖4所示?？梢姶髽?#橋墩位于南孟溪堆積體右岸。

2堆積體穩(wěn)定性分析

2.1 計(jì)算工況及荷載組合

本次穩(wěn)定性計(jì)算采用極限平衡法，對(duì)該堆積體蓄水狀態(tài)下的穩(wěn)定現(xiàn)狀及開挖后邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用加拿大公司的GEO-SLOPE商業(yè)軟件的SLOPE/W模塊進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)1：4?000 000《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》（GB?18306-2015）及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB?50011-2010），擬建線位區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，地震基本烈度區(qū)劃分為VI度區(qū)，可不進(jìn)行地震工況計(jì)算?？紤]到南孟溪特大橋?qū)僦攸c(diǎn)工程，計(jì)算時(shí)引入地震工況作為參考。雖然該堆積體位于主墩后緣，工程開挖量較小，堆積體仍對(duì)主墩有一定影響，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTDG?30-2015）第3.7.7條安全系數(shù)取高值，《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013）地震工況采取擬靜力法驗(yàn)算時(shí)，安全系數(shù)取1.15，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）表5.2.6各地震峰值加速度與綜合水平地震系數(shù)關(guān)系，采用擬靜力法計(jì)算時(shí)，綜合水平地震系數(shù)取K=0.05×0.25=0.0125，豎直地震影響系數(shù)取0。

在對(duì)堆積體邊坡前緣及整體進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于邊坡受庫(kù)區(qū)水位調(diào)節(jié)影響，根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL3 86-2007）相關(guān)規(guī)定，運(yùn)用條件可分為正常運(yùn)用條件、非常運(yùn)用條件I和非常運(yùn)用條件II，其中正常運(yùn)用條件是指水庫(kù)水位處于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位與死水位之間的各種水位及其經(jīng)常性降落，非常運(yùn)用條件I包括施工期工況、水位非常降落工況以及降雨引起的邊坡體飽和及相應(yīng)的地下水水位變化工況，非常運(yùn)用條件II為正常運(yùn)用條件下遭遇地震。各個(gè)計(jì)算工況、荷載組合及相應(yīng)安全系數(shù)見表1。

2.2 堆積體力學(xué)計(jì)算參數(shù)

在本次計(jì)算中，其巖土體力學(xué)參數(shù)的取值是在室內(nèi)、室外試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上^[5]-[13]，并結(jié)合工程類比及參數(shù)反演綜合確定，計(jì)算參數(shù)取值詳見表2。

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

堆積體各工況穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表3所示。（1）天然狀態(tài)下正常運(yùn)用條件的整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.303，水位驟降工況和暴雨工況下非正常運(yùn)用條件I的整體穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.267和1.203，地震工況下非正常運(yùn)用條件II的整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.266，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，滿足水庫(kù)邊坡安全標(biāo)準(zhǔn)。（2）邊坡前緣天然狀態(tài)下正常運(yùn)用條件的穩(wěn)定系數(shù)為1.16，水位驟降工況和暴雨工況下非正常運(yùn)用條件I的穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.110和1.050，地震工況下非正常運(yùn)用條件II的穩(wěn)定性系數(shù)為1.108，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但均不滿足水庫(kù)邊坡安全標(biāo)準(zhǔn)。（3）邊坡后緣天然狀態(tài)下正常運(yùn)用條件的穩(wěn)定系數(shù)為1.239，暴雨工況下非正常運(yùn)用條件I的穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.125，地震工況下非正常運(yùn)用條件II的穩(wěn)定性系數(shù)為1.209，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但不滿足天然狀態(tài)和暴雨工況下的水庫(kù)邊坡安全標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，邊坡堆積體穩(wěn)定性分析結(jié)果表明：（1）邊坡整體穩(wěn)定較好，在各工況下均能滿足安全系數(shù)要求，在邊坡內(nèi)設(shè)置大橋的重要構(gòu)筑物是可行的;（2）邊坡前緣處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但不滿足邊坡安全標(biāo)準(zhǔn)，若在該區(qū)設(shè)置重要構(gòu)筑物，需要進(jìn)行強(qiáng)加固，由于前緣段后部設(shè)置有南孟溪大橋4#橋墩，因此，需在4#橋墩前緣設(shè)置護(hù)坡樁，以防止前緣坡體失穩(wěn)后對(duì)后方橋墩造成牽引破壞，在充分防護(hù)好后部橋墩的情況下，前緣坡體可考慮適當(dāng)降低安全標(biāo)準(zhǔn)。

3 堆積體穩(wěn)定性防治對(duì)策

根據(jù)堆積體邊坡特征和穩(wěn)定性分析結(jié)果，南孟溪特大橋4#橋墩擬定了以下兩套方案。方案一：承臺(tái)施工放坡開挖方案，臨時(shí)邊坡按1：1.5坡率放坡，邊坡分級(jí)高度8m，設(shè)2m寬邊坡平臺(tái)，后緣刷坡三級(jí)總高度21.9m。方案二：在墩臺(tái)上方設(shè)雙排支護(hù)樁，在承臺(tái)基坑開挖過程中作為支擋措施（排樁每排設(shè)計(jì)承受推力為600kN/m），在后期又可作為抗滑安全儲(chǔ)備。排樁直徑1.8m，樁左右間距2.5m，前后間距5m，樁長(zhǎng)32m。排樁后側(cè)邊坡按1：1.5坡率放坡，邊坡分級(jí)高度12m，樁后設(shè)8m寬邊坡平臺(tái)。

3.1 方案一工況下4#橋墩后部斜坡穩(wěn)定性

表4給出了方案一工況下4#橋墩后部斜坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯扇￠_挖方案一時(shí)，臨時(shí)邊坡暴雨及地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.05，滿足規(guī)范要求;而在施工回填完畢后，天然工況下F_s=1.268<1.30，暴雨工況下F_s=1.145<1.20，地震工況下F_s=1.235>1.15，不滿足規(guī)范取高限的要求。

對(duì)比2.3節(jié)中后緣穩(wěn)定性計(jì)算，以放坡開挖處為剪切口進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)明顯高于后緣搜索自動(dòng)最危險(xiǎn)滑面，這主要是由于放坡處抗滑段相較于最危險(xiǎn)滑面處抗滑段明顯增加導(dǎo)致。放坡開挖坡腳處及搜索最危險(xiǎn)滑面兩種穩(wěn)定性系數(shù)均低于安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 方案二工況下4#橋墩后部斜坡穩(wěn)定性

表5給出了方案二工況下4#橋墩后部斜坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。可以看出，采取開挖加固方案二，墩臺(tái)上方設(shè)雙排支護(hù)樁，在承臺(tái)基坑開挖過程中作支擋（排樁每排設(shè)計(jì)承受推力為600kN/m）時(shí)，邊坡天然工況下F_s=1.382>1.30，暴雨工況下F_s=1.249>1.20，地震工況下F_s=1.344>1.15，均滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)比2.3節(jié)中后緣穩(wěn)定性計(jì)算，以方案二開挖處為剪切口進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)高于后緣搜索自動(dòng)最危險(xiǎn)滑面，這主要是由于放坡處抗滑段相較于最危險(xiǎn)滑面處抗滑段明顯增加導(dǎo)致。支護(hù)開挖坡腳處穩(wěn)定性系數(shù)滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)論

本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡作為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)堆積體的工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，通過極限平衡法評(píng)價(jià)了堆積體的穩(wěn)定性，同時(shí)提出了防治措施，得到以下結(jié)論.

（1）南孟溪堆積體在地形上呈兩邊坡夾一緩平臺(tái)，平臺(tái)高程約508m，縱向長(zhǎng)25～30m，從剖面上看，基覆界面呈階梯形，從平面上來(lái)看，堆積體沿NW方向呈扇形展布，后緣寬度約250m，長(zhǎng)約300m，為一大型堆積體。

（2）堆積體邊坡前緣在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性良好，在地震、暴雨及水位驟降工況下穩(wěn)定性明顯降低，建議在主橋橋墩前方加固支護(hù)，以防止前部岸坡垮塌引起承臺(tái)處牽引破壞。

（3）邊坡開挖計(jì)算結(jié)果表明，方案一放坡開挖及方案二開挖支護(hù)方案在施工期均能滿足安全系數(shù)要求，放坡開挖回填后方案一各工況下穩(wěn)定性不能滿足安全系數(shù)要求;采用開挖方案二則滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。

（4）4#橋墩位于平臺(tái)前緣，考慮到工程量較大，需要進(jìn)行一定的開挖，而平臺(tái)端對(duì)堆積體抗滑作用明顯，建議盡量減少開挖量，并對(duì)開挖處進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)，綜上考慮，建議選取方案二進(jìn)行開挖支護(hù)。

參考文獻(xiàn)[1]張帆宇，劉高，諶文武，等.袁家灣滑坡在切坡開挖過程中的演化機(jī)理[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2009，31（8）：1248-1254.