劉建新

(錦州鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 遼寧錦州 121000)

巴新線老哈河大橋邊坡穩(wěn)定性分析

劉建新

(錦州鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 遼寧錦州 121000)

介紹老哈河大橋概況及橋址區(qū)工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，對(duì)橋址區(qū)影響1號(hào)墩臺(tái)路段邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的工程措施，確保1號(hào)墩臺(tái)乃致整座橋梁的安全。

地質(zhì)條件 邊坡穩(wěn)定性 滑移面 安全系數(shù) 工程措施

巴彥烏拉至新邱新建地方鐵路工程老哈河大橋橋址區(qū)橫跨老哈河兩岸，修筑橋梁墩臺(tái)時(shí)開挖的邊坡存在安全隱患，如果不加以處理，可能出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)，誘發(fā)災(zāi)難性的橋梁墩臺(tái)毀壞事故。因此，必須對(duì)橋梁墩臺(tái)邊坡病害及時(shí)進(jìn)行預(yù)防和治理。

1 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

老哈河大橋中心里程DK196+724.7，橋式類型為1-24 m+6-32 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁，橋長(zhǎng)235.20 m。橋址區(qū)地貌單元為山間河谷地貌，地形起伏較大，溝谷陡峭。其中0號(hào)臺(tái)、1號(hào)墩位于小里程岸邊陡坎上，2號(hào)墩、3號(hào)墩、4號(hào)墩位于老哈河河道內(nèi)，5號(hào)墩、6號(hào)臺(tái)位于大里程岸邊坎上，(墩臺(tái)具體位置見圖1、圖2)。老哈河岸邊陡坎出露安山巖：黃褐色—灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母，強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較硬，基本承載力為550 kPa；橋址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g(地震基本烈度Ⅵ度)；土壤最大凍結(jié)深度1.48 m。

老哈河水為常年性流水河流，受凍融及雨季影響，每年的4月、8月，河流水量較大，勘察期間河流水位高程386.0 m，百年洪水位高程394.94 m，百年凍結(jié)水位389.20 m。河流對(duì)兩岸巖石風(fēng)化作用有一定的影響?？碧缴疃葍?nèi)橋址區(qū)地下水為基巖裂隙潛水，主要由大氣降水及上游來水補(bǔ)給，勘測(cè)期間地下水埋深0.1～1.4 m(高程386.08～386.18 m)，年變化幅度1.0～2.0 m。根據(jù)水質(zhì)分析報(bào)告，根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10005—2010)，判定地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不具有侵蝕性。

圖2 橋址區(qū)縱斷面

2 邊坡工程地質(zhì)條件調(diào)查及評(píng)價(jià)

老哈河大橋橫跨老哈河，河道兩岸為自然邊坡，小里程陡坡，高度18.0 m，陡坡傾角約60°。其中0號(hào)臺(tái)位于小里程岸邊陡坎上，墩臺(tái)中心線距離基巖陡坡39 m，基礎(chǔ)埋置于安山巖強(qiáng)風(fēng)化層中，基地穩(wěn)固，陡坡對(duì)0號(hào)墩臺(tái)無(wú)影響。2號(hào)墩臺(tái)、3號(hào)墩臺(tái)、4號(hào)墩臺(tái)位于老哈河河道中，兩側(cè)邊坡穩(wěn)定。5號(hào)墩、6號(hào)臺(tái)位于大里程岸邊坡上，大里程邊坡傾角約30°，高度約為20 m，基礎(chǔ)埋置于安山巖強(qiáng)風(fēng)化層中，邊坡比較穩(wěn)定。受場(chǎng)地條件的限制，該橋1號(hào)墩臺(tái)建在懸崖之上，崖底高程為386.00 m，基礎(chǔ)底面和崖底高差15.49 m，基礎(chǔ)三面緊鄰崖邊，墩臺(tái)中心線距離基巖陡坡6.0 m，基礎(chǔ)最外側(cè)邊緣線距陡坡最近處僅2.0 m。該墩臺(tái)基礎(chǔ)位于強(qiáng)風(fēng)化安山巖巖層中，節(jié)理裂隙均較發(fā)育，巖體破碎，屬塊狀碎裂散狀結(jié)構(gòu)，為地下水的賦存徑流提供良好的條件，加劇了巖石的風(fēng)化(如圖3、圖4)。在列車運(yùn)行的長(zhǎng)期震動(dòng)下，地基周邊側(cè)限支擋力微弱，對(duì)橋墩產(chǎn)生側(cè)向應(yīng)力，巖體有開裂，坍塌的可能，基礎(chǔ)將會(huì)失衡，不能滿足基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求，從而影響墩臺(tái)乃致整座橋梁的安全。

圖3 施工前1號(hào)墩臺(tái)地質(zhì)地貌

圖4 施工前1號(hào)墩臺(tái)地質(zhì)條件

3 邊坡穩(wěn)定性分析

1號(hào)墩臺(tái)為強(qiáng)風(fēng)化—弱風(fēng)化安山巖，該巖坡為均質(zhì)的以有及沒有斷裂面的巖坡，可看作平面問題，用瑞典圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定分析。在用瑞典圓弧法進(jìn)行分析時(shí)，首先假定滑動(dòng)面為一圓弧，把滑動(dòng)巖體看作為剛體，求滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力及抗滑力，再求這兩個(gè)力對(duì)滑動(dòng)圓心的力矩。滑動(dòng)力矩MS和抗滑力矩MR之比，即為該巖坡的穩(wěn)定安全系數(shù)(FS)

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》推薦的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算公式，計(jì)算岸坡安全系數(shù)為

如果FS>1，則這個(gè)計(jì)算滑動(dòng)面是穩(wěn)定的；如果FS≤1，則是不穩(wěn)定的；如果FS=1，說明這個(gè)計(jì)算滑動(dòng)面處于極限平衡狀態(tài)。

通過理正軟件對(duì)岸坡穩(wěn)定性分析，采用瑞典圓弧法計(jì)算結(jié)果該陡坡穩(wěn)定在自然工況下安全系數(shù)FS=1.136。通過計(jì)算結(jié)果來看在自然及人為破壞作用下，該岸坡完全能夠保持穩(wěn)定，但是安全系數(shù)偏低，仍然處于危險(xiǎn)狀態(tài)。由于巖體出露，風(fēng)化作用使巖石的強(qiáng)度減弱，裂隙增加，沿裂隙風(fēng)化，使巖體脫落或沿邊坡崩塌、堆積、滑移。在雨季可能導(dǎo)致河流水位上漲，地下水河流水接觸巖面軟化巖體，增大下滑力，產(chǎn)生動(dòng)、靜水壓力，使巖體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，受風(fēng)化作用、水文作用、地震作用等因素影響，該邊坡可能發(fā)生滑動(dòng)破壞。為了保持土坡的穩(wěn)定性，若不采取加固措施，則需要放緩坡或把墩臺(tái)基礎(chǔ)埋至安山巖弱風(fēng)化層，進(jìn)而規(guī)避陡峭巖體。而本工程中放緩坡或基礎(chǔ)挖至弱風(fēng)化層所需要的挖方量巨大，且治標(biāo)不治本，所以放緩坡不合適，必須采取擋墻支護(hù)。

4 不穩(wěn)定邊坡工點(diǎn)的主要防治措施

鑒于老哈河大橋1號(hào)墩位于較陡坡面上，為保證陡坎巖石整體穩(wěn)定，防止落石、崩塌等發(fā)生，確保橋梁安全，對(duì)1號(hào)橋墩周圍邊坡采用噴錨掛網(wǎng)防護(hù)。噴錨掛網(wǎng)防護(hù)范圍如圖5所示，里程從DK196+675.40至DK196+697(坡腳底部)，范圍可根據(jù)實(shí)際地形適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)實(shí)際坡面情況對(duì)表層浮土進(jìn)行清除，對(duì)巖層表面進(jìn)行整修后進(jìn)行噴錨掛網(wǎng)防護(hù)，噴錨掛網(wǎng)防護(hù)外側(cè)3 m范圍內(nèi)噴射C20素混凝土防護(hù)(如圖6)，層厚15 cm。由于現(xiàn)有的巖石邊坡破碎松散且不平整，必須將松散的浮石和巖渣清除干凈。在1號(hào)墩斷面左右側(cè)坡腳下修建C20混凝土導(dǎo)流堤至百年設(shè)計(jì)水位以上0.5 m(高程395.44 m)；錨桿采用&22螺紋鋼筋；根據(jù)巖石破碎程度，錨固深度為1.5 m并用水泥砂漿固結(jié)；錨桿間距采用2 m×2 m，梅花形布置。噴射混凝土作業(yè)結(jié)束后方能掛網(wǎng)。在坡面施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范要求，確保防治措施牢固。

圖5 1號(hào)墩邊坡導(dǎo)流堤平面示意

圖6 1號(hào)墩邊坡防護(hù)平面示意

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)老哈河1號(hào)墩岸坡穩(wěn)定性研究，得到以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

(1)重視地質(zhì)勘察與測(cè)繪工作。地質(zhì)勘測(cè)過程中建議相關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)墩臺(tái)位置盡可能的避開陡峭巖體。如受場(chǎng)地條件限制，墩臺(tái)位置落在陡峭巖體上，必須委托有資質(zhì)及豐富經(jīng)驗(yàn)的單位對(duì)陡峭巖體穩(wěn)定性進(jìn)行專題研究，進(jìn)而確保全橋安全施工及其運(yùn)營(yíng)。

(2)做好動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工作。由于邊坡巖土體的復(fù)雜性及不確定性，難以在設(shè)計(jì)前探明邊坡的全部狀況，故必須設(shè)計(jì)與施工緊密配合，設(shè)計(jì)者及時(shí)根據(jù)施工反饋的信息調(diào)整方案，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)。

(3)做好施工組織。對(duì)邊坡的穩(wěn)定狀況應(yīng)當(dāng)有預(yù)見性，制定合理的施工程序和方法，減少對(duì)坡體的擾動(dòng)和病害的產(chǎn)生，從而確保邊坡的穩(wěn)定。

(4)做好動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作。在施工及運(yùn)營(yíng)過程中要做好巡視檢查工作，監(jiān)測(cè)工作包括：沉降觀測(cè)、位移觀測(cè)、破碎巖體節(jié)理裂隙水壓力觀測(cè)。如發(fā)現(xiàn)巖土失穩(wěn)前征兆應(yīng)及時(shí)預(yù)警，避免造成安全事故。

[1] 《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì). 工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

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TheInvestigationandStabilityAnalysisofBaxinRailwayLaohaheBridgeSlope

LIU Jian-xin

2014-04-08

劉建新(1982—)，男，2005年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

1672-7479(2014)04-0061-03

P64

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