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        嘉陵江某特大橋工程堆積體的穩(wěn)定性分析

        2022-11-17 09:51:34吳兆敬
        四川水泥 2022年10期
        關(guān)鍵詞:變形

        吳兆敬

        (四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610017)

        0 引言

        從2010年開(kāi)始,四川大力實(shí)施渡口改橋梁的建設(shè)。渡改橋是落實(shí)百姓出行安全的重要民生工程,也是打通區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)濟(jì)通道的重要樞紐。受兩端渡口人類活動(dòng)及構(gòu)筑物影響,渡口附近橋梁位置的選擇有一定局限性,有時(shí)不得不放在堆積體或滑坡體上。對(duì)堆積體或滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析是確定橋址方案的關(guān)鍵一步。嘉陵江某特大橋工程的橋墩不得不選在堆積體上,本文就該堆積體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

        1 工程概況

        擬建的嘉陵江某特大橋位于某水電站下游,屬于“國(guó)家渡改橋工程”項(xiàng)目。受場(chǎng)鎮(zhèn)、水電站等構(gòu)筑物條件影響,橋址位置受限,橋梁右端僅能在右岸堆積體上布置。其中主墩22號(hào)墩位于堆積體前緣、23號(hào)墩位于中部。因此分析堆積體穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)橋梁的影響程度等是本項(xiàng)目的關(guān)鍵問(wèn)題。

        2 工區(qū)右岸邊坡工程地質(zhì)條件

        研究區(qū)位于嘉陵江右岸(見(jiàn)圖1),邊坡地形上呈“較陡-緩-陡”狀。前緣較陡部位高程210m;中部平緩部位平均高程235m,微地貌上表現(xiàn)為緩坡平臺(tái),在其后部形成了一條淺溝槽,與邊坡走向一致;后緣陡坡坡度一般52°,局部呈直立狀。整體邊坡坡頂高程294m,與前緣高差84m左右。邊坡堆積體由第四系全新統(tǒng)人工填土(Q4me),崩坡積(Q4c+d)l含礫、塊粉質(zhì)黏土組成,下伏基巖為中生界侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)的砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。

        圖1 橋址區(qū)河流右岸堆積體全貌

        工程場(chǎng)地屬于新華夏構(gòu)造體系四川中坳陷區(qū),處于川東南華鎣山隆起褶皺束與川中龍女寺隆起之間。在具體構(gòu)造上位于龍鳳場(chǎng)向斜的北西翼,地層產(chǎn)狀166°∠3°,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形跡微弱,無(wú)斷層通過(guò)。工程區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水和基巖風(fēng)化裂隙水。水質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具輕微腐蝕性。

        3 堆積體變形特征及其分區(qū)

        橋址區(qū)右岸岸坡為覆蓋層邊坡。根據(jù)邊坡變形特征,可分為Ⅰ區(qū)及Ⅱ區(qū)(見(jiàn)圖2)。

        圖2 堆積體分區(qū)

        橋梁樁號(hào)K32+052至前緣為I區(qū),地面堆積粉砂、細(xì)砂,同時(shí)堆積了較多大型孤石、塊石,植被發(fā)育,地表河流沖刷痕跡明顯。在軸線K32+052左側(cè)地表部位發(fā)育錯(cuò)臺(tái)裂縫,錯(cuò)臺(tái)高度約30cm,裂縫張開(kāi)約2cm,延伸長(zhǎng)度約30m(見(jiàn)圖3)。前緣局部產(chǎn)生了滑塌,總體上該區(qū)穩(wěn)定性較差。

        圖3 地表變形特征

        K32+052至后緣為Ⅱ區(qū),受河流侵蝕影響較小,邊坡未見(jiàn)明顯變形開(kāi)裂跡象,雖中部發(fā)育一條淺溝槽,但為人工形成,非邊坡變形所致??傮w上該區(qū)邊坡穩(wěn)定性較好。

        4 堆積體成因機(jī)制分析

        Ⅰ區(qū)地面整體較陡,且距離河水位更近,河流沖刷強(qiáng)烈,地表可見(jiàn)大塊石、孤石出露,為河水沖走細(xì)粒土所致。下挫裂縫發(fā)生在陡坡至緩坡的交界處,為岸坡沖刷前緣土體變形所致,屬于岸坡穩(wěn)定問(wèn)題。未見(jiàn)裂縫向堆積體后部發(fā)展的趨勢(shì),其變形范圍僅在Ⅰ區(qū)范圍內(nèi)。Ⅱ區(qū)地面平緩,地表堆積薄層細(xì)砂,為洪水時(shí)沉積形成。根據(jù)地表調(diào)查測(cè)繪及鉆孔揭露,堆積體后緣、側(cè)緣均未見(jiàn)明顯近期變形特征,鉆孔揭示土體內(nèi)部無(wú)明顯的滑帶特征土;靠近基覆界限部位的土樣呈堅(jiān)硬狀~硬塑狀,且含有部分泥質(zhì)角礫,無(wú)錯(cuò)動(dòng)、擦痕等滑面痕跡特征。

        從后緣陡壁巖體特征來(lái)看,該處砂巖多發(fā)育兩組卸荷裂隙:L1,6°∠83°,L2,76°∠85°,與層面及其他裂隙構(gòu)成不穩(wěn)定塊體,邊坡的局部穩(wěn)定性差,在極端條件下,易發(fā)生崩塌、垮塌等地質(zhì)災(zāi)害。鉆探巖芯中的粉質(zhì)黏土及未完全風(fēng)化的角礫即為崩塌的泥巖風(fēng)化所致,大型塊石為砂巖崩塌體滾落所形成。因此,整個(gè)堆積體為原陡峻邊坡崩塌所致,至于堆積體表部形成的平臺(tái),據(jù)調(diào)查,為10年前上游桐子壕水電站施工形成。

        5 堆積體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        由于Ⅱ區(qū)無(wú)明顯滑動(dòng)帶,計(jì)算整體穩(wěn)定性按照土體性質(zhì)差別較大的界面(基覆界面)作為最不利面,因Ⅰ、Ⅱ區(qū)變形特征區(qū)別較大,土體成分也明顯差別,堆積體穩(wěn)定程度按照Ⅰ、Ⅱ區(qū)分別考慮較為合理。

        5.1 參數(shù)考慮

        反演分析是滑帶強(qiáng)度參數(shù)的重要手段,通常結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果,對(duì)滑帶力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合取值[1,2]。工區(qū)屬于地震低烈度區(qū),計(jì)算工況僅考慮暴雨工況及300年一遇洪水工況。

        由于Ⅰ區(qū)已變形開(kāi)裂,且邊界清晰,該變形體在天然狀態(tài)下,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。取穩(wěn)定系數(shù)K=1.05,對(duì)此變形體進(jìn)行參數(shù)反算后取c=17.0kPa,φ=8.5°,依據(jù)試驗(yàn)成果及反算成果,綜合考慮到取樣誤差、試驗(yàn)誤差,具體各工況下,土體物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

        表1 潛在滑動(dòng)帶土體參數(shù)取值建議表

        5.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        Ⅰ區(qū)地面整體較陡,且距離水面更近,河流沖刷強(qiáng)烈,地表可見(jiàn)大塊石、孤石出露,為河水沖走細(xì)粒土所致。在河水沖刷作用下,該段落局部已發(fā)生了滑塌,在陡坡至緩坡的交界處,產(chǎn)生了下挫裂縫。由于該區(qū)距離河水面較近,受河水潮落影響,土體力學(xué)性質(zhì)變化較大,極易產(chǎn)生變形,土體應(yīng)力狀態(tài)處于不斷變化中,在一定條件下變形協(xié)調(diào)以達(dá)到新的平衡狀態(tài)。前緣的滑塌裂縫正是這種條件下形成。在河水位不斷變化條件下,前緣變形將繼續(xù)發(fā)展,因此前緣滑塌體在天然狀態(tài)下即處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨或洪水條件下可能處于失穩(wěn)狀態(tài)[3]。

        Ⅱ區(qū)多以粉質(zhì)黏土為主,局部含有未完全風(fēng)化角礫、塊石等,未見(jiàn)明顯的滑帶特征土,不具備滑帶軟弱性或錯(cuò)動(dòng)等滑面痕跡特征。整個(gè)堆積體邊坡雖前緣變形對(duì)后部土體有牽引作用,但中后部含礫塊粉質(zhì)黏土呈硬塑狀為主,物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好,且中前段的基伏界線較緩,邊坡的抗滑阻力較大,對(duì)邊坡穩(wěn)定有利。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)看,中部及后緣未見(jiàn)明顯變形開(kāi)裂跡象,因此自然狀態(tài)下Ⅱ區(qū)穩(wěn)定性較好。

        5.3 穩(wěn)定性計(jì)算

        計(jì)算結(jié)果顯示:Ⅰ區(qū)在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.05時(shí),對(duì)應(yīng)在暴雨工況滑帶土飽水時(shí)穩(wěn)定系數(shù)為0.76,邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。即邊坡在非正常工況條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)[4]。

        Ⅱ區(qū)在天然工況下,邊坡的穩(wěn)定系數(shù)可達(dá)1.26,屬于穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.07,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但安全儲(chǔ)備不足;在300年一遇洪水情況下,穩(wěn)定系數(shù)小于1.0,邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。

        需要說(shuō)明的是:(1)在暴雨條件下雖處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但安全富裕度已不高,如在附加外力或局部土體條件(橋梁施工)改變后,有發(fā)生較大變形的可能,進(jìn)而可能產(chǎn)生較大的內(nèi)力,對(duì)構(gòu)筑物不利,需要進(jìn)行處治。(2)在300年一遇洪水條件下,邊坡大部分處于水面以下,土體物理力學(xué)性質(zhì)急劇惡化,邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

        5.4 處治建議

        鑒于地形特征、坡體結(jié)構(gòu)特征及穩(wěn)定性分析成果,可采用削坡減載的方式進(jìn)行處理。但開(kāi)挖后后緣巖質(zhì)邊坡范圍變大,且?guī)r體中存在不利結(jié)構(gòu)面及差異性風(fēng)化,表部塊體穩(wěn)定性相對(duì)較差,因此,需要對(duì)后壁巖質(zhì)邊坡采用錨桿等方式進(jìn)行加固,以防止變形破壞影響橋墩安全。

        邊坡安全系數(shù)大小受到邊坡坡面形式的影響[3],建議沿22號(hào)橋墩臺(tái)面高程(217.4m)以1∶10坡率[4]將堆積體上部全部清除。經(jīng)驗(yàn)算,開(kāi)挖后堆積體邊坡在暴雨及300年一遇洪水條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài),為防止河水沖刷岸坡,可進(jìn)行設(shè)置岸坡防護(hù)措施。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,對(duì)嘉陵江某特大橋工程堆積體進(jìn)行穩(wěn)定性分析的結(jié)論如下:

        (1)后緣陡壁巖體發(fā)育兩組卸荷裂隙,與層面及其他裂隙構(gòu)成不穩(wěn)定塊體,在極端條件下,易發(fā)生崩塌、垮塌等地質(zhì)災(zāi)害。整個(gè)堆積體即為原陡峻邊坡崩塌所致。

        (2)Ⅰ區(qū)滑塌體自然狀態(tài)下邊坡已出現(xiàn)開(kāi)裂變形,邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨工況下,邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。Ⅱ區(qū)在暴雨條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但安全富裕度已不高。如在附加外力或局部土體條件(橋梁施工)改變后,有發(fā)生較大變形的可能,進(jìn)而可能產(chǎn)生較大的內(nèi)力,對(duì)構(gòu)筑物不利,需要進(jìn)行處治。

        (3)在300年一遇洪水條件下,邊坡大部分處于水面以下,土體物理力學(xué)性質(zhì)急劇惡化,邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

        建議:沿22號(hào)橋墩臺(tái)面高程(217.4m)以1∶10坡率將堆積體上部全部清除。為防止河水沖刷岸坡,可進(jìn)行設(shè)置岸坡防護(hù)措施。對(duì)后壁巖質(zhì)邊坡采用錨桿等方式進(jìn)行加固,以防止變形破壞影響橋墩安全。

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