陳 江，段光武

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

0 引言

成貴高鐵設(shè)計速度為250km/h，在畢節(jié)市大方縣跨越西溪河深切河谷，河谷下切深度達(dá)260 余m，河谷兩岸懸崖絕壁高達(dá)180 余m，大部分懸崖近于90°直立，崖壁及崖頂發(fā)育卸荷裂隙及節(jié)理，兩岸岸坡的穩(wěn)定性決定橋址可行性、橋跨大小及技術(shù)難度，設(shè)計按分析得出的岸坡穩(wěn)定線進(jìn)行設(shè)計，2019 年建成通車，現(xiàn)狀使用良好。

1 工程概況

1.1 工點概況

成都至貴陽高鐵樂山至貴陽段正線全長約515km，設(shè)計時速250km/h，西溪河大橋全長493.60m，軌面至河面高差255.7m，主跨240m?？卓缡綐訛?×32m簡支箱梁+1×240m 上承式鋼管混凝土拱橋+4×32m 簡支箱梁，屬大跨特殊結(jié)構(gòu)重點橋梁。

1.2 地形地貌

橋址區(qū)屬高原侵蝕、溶蝕深切河谷地貌，西溪河下切深度達(dá)260 余m，成都岸絕壁高137m，坡度60°～85°，貴陽岸絕壁高141m，一面直立崖壁至頂，局部倒懸。西溪河長年流水，流量隨季節(jié)變化較大，平常流量較小[1]。

1.3 地層巖性

橋址河床內(nèi)為第四系沖洪積（Q4al+pl）粉質(zhì)黏土及卵石土，兩岸斜坡零星覆有第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el）紅黏土。大橋兩端橋臺處基巖有三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組二段（T1yn2）泥巖、泥質(zhì)白云及泥質(zhì)灰?guī)r；河谷兩岸絕壁及壁頂上部斜坡基巖為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組一段（T1yn1）石灰?guī)r，該地層為全橋各墩臺基礎(chǔ)持力層，也是決定河谷兩岸岸坡穩(wěn)定性的主要地層；河床及兩側(cè)高約35m 范圍為三疊系下統(tǒng)夜郎組三段（T1y3）泥巖、砂質(zhì)泥巖。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造及地震

1.4.1 地質(zhì)構(gòu)造

橋址區(qū)無斷裂構(gòu)造，巖層傾角平緩起伏變化，成都岸灰?guī)r產(chǎn)狀為N20°～50°E/4°～7°SE，貴陽岸灰?guī)r產(chǎn)狀為N30°～70°W/4°～6°SW，河底測到泥巖產(chǎn)狀為N80°W/4°SW。

成都岸陡崖主要節(jié)理為N20°E/90°、N85°E/90°，節(jié)理間距0.5～2.0m，延伸長度3～15m，貫通性較好，微張至張開型，其中N20°E/90°走向與河谷走相近。

貴陽岸懸崖頂上發(fā)育N20°W/90°、N20°E/90°、N50°W/90°、N40°E/90°、N60°E/90°等節(jié)理，間距為2.0～5.0m，長度大于5m，其中N20°W/90°節(jié)理面與陡崖面相近一致，其貫通性較好，幾組節(jié)理相互組合對岸坡穩(wěn)定性影響較大。

1.4.2 地震

對近場地震資料分析得知，近場迄今僅發(fā)生過1次Ms≥4.7 級破壞性地震。自20 世紀(jì)70 年代至今，近場內(nèi)記錄到的地震約63.64%為ML＜3.0 級的小震活動，ML≥3.0 級地震約占36.36%左右；迄今為止，記錄到的最大地震是1930 年9 月23 日發(fā)生在近場東北部的貴州金沙級破壞性地震。

1.5 不良地質(zhì)

1.5.1 巖溶

橋址區(qū)主地層為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組一段（T1yn1）石灰?guī)r，根據(jù)地表溶蝕、巖溶形態(tài)及鉆孔揭示溶洞遇洞率，橋址區(qū)巖溶發(fā)育程度為中等[2]。

15.2 卸荷裂隙

由于河流深切，河谷兩岸形成高陡臨空面，巖體應(yīng)力釋放和調(diào)整產(chǎn)生裂隙，受重力、風(fēng)化及岸坡的物理地質(zhì)作用裂隙進(jìn)一步張開，張開寬度往往上寬下窄，形成卸荷裂隙[3]。

橋址區(qū)河谷兩岸陡立、直立的絕壁上部發(fā)育較多卸荷裂隙，卸荷裂隙主要沿陡傾節(jié)理擴(kuò)張，成都岸卸荷裂隙主要沿N20°E/90°節(jié)理擴(kuò)張形成，張開寬度約5～20cm，深度約大于20m；貴陽岸卸荷裂隙主要沿N20°W/90°、N20°E/90°、N40°E/90°節(jié)理擴(kuò)張形成，張開寬度為5～40cm，深度大于30m。

1.6 水文地質(zhì)特征

西溪河屬長江流域烏江水系，下游匯入烏江源，雨季洪水來時汛猛，雨后消退也快，是典型的山區(qū)河流，平常流量較小，枯水季節(jié)水深僅0.1～1.0m。

地下水主要為巖溶裂隙水和基巖裂隙水，由于河谷深，排泄基準(zhǔn)面低[4]，河谷兩岸巖溶裂隙水和基巖裂隙水受大氣降雨補給后快速沿巖溶通道、節(jié)理裂隙徑流排泄于西溪河，常以巖溶下降泉的形式流出，多在河谷兩岸近底部的灰?guī)r與泥巖接觸帶出露。

1.7 巖體結(jié)特征分析

通過巴頓（Barton）模型的等效抗剪強度計算，西溪河大橋岸坡巖體以灰?guī)r為主，兩岸絕壁發(fā)育N20°E/90°、N40°E/90°、N60°E/90°、N20°W/90°、N50°W/90°等卸荷裂隙及節(jié)理，間距為2.0～5.0m 或大于5m，其中N20°E/90°、N20°W/90°兩組卸荷裂隙面與陡崖面近一致，延伸性、貫通性較好，張開寬度5～30cm，其他方位裂隙卸荷面較少，延伸性較差。

2 岸坡巖體赤平投影分析

2.1 成都岸赤平投影分析

成都岸赤平投影如圖1 所示，表1 為成都邊坡巖體片（節(jié)）理走向和傾角傾向，表2 為成都邊坡巖體片（節(jié)）理交線走向和交線傾角傾向。對此進(jìn)行分析，可知存在直角傾角巖層，由圖1 可見坡面投影區(qū)穿越單滑面1、2、3，雙滑面13、23，以及墜落體G，故不在邊坡面上形成滑塌體，而只有雙滑面12（層理L 和節(jié)理J1 共同切割所形成的楔形體）的滑塌形式是在邊坡臨空面出露的潛在滑塌體，且滑動方向僅沿滑面1 即層理面方向滑動，滑面2 在此處僅起切割巖體的作用，潛在滑動方向與線路走向夾角為58°。但由于滑面1（即被層理L 所在平面所切割構(gòu)成的滑面）的穩(wěn)定系數(shù)為9.14，故西溪河特大橋成都端岸坡不會產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象[5]。

表1 成都邊坡巖體片（節(jié)）理走向和傾角傾向

表2 成都邊坡巖體片（節(jié)）理交線走向和交線傾角傾向

圖1 成都岸赤平投影

2.2 貴陽岸赤平投影分析

貴陽岸赤平投影如圖2 所示，表3 為貴陽邊坡巖體層（節(jié)）理走向和傾角傾向，表4 為貴陽邊坡巖體層（節(jié)）理交線走向和交線傾角傾向。對此進(jìn)行分析，可知存在直角傾角巖層，由圖2 可見坡面投影區(qū)穿越單滑面1、2、3，雙滑面13、23，以及墜落體G，故不在邊坡面上形成滑塌體，而只有雙滑面12（層理L 和節(jié)理J1 共同切割所形成的楔形體）的滑塌形式是在邊坡臨空面出露的潛在滑塌體，且滑動方向僅沿滑面1 即層理面方向滑動，滑面2 在此處僅起切割巖體的作用，潛在滑動方向與線路走向夾角為40°。但由于滑面1（即被層理L 所在平面所切割構(gòu)成的滑面）的穩(wěn)定系數(shù)為22.42，故西溪河特大橋貴陽端端岸坡不會產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象。

表3 貴陽邊坡巖體層（節(jié)）理走向和傾角傾向

表4 貴陽邊坡巖體層（節(jié)）理交線走向和交線傾角傾向

圖2 貴陽巖赤平投影

3 岸坡穩(wěn)定性數(shù)值計算分析

3.1 有限元數(shù)值模擬分析

有限元數(shù)值計算分析如下。

（1）大橋兩岸岸坡在自然狀態(tài)下，岸坡巖體的應(yīng)力場、變形場分析結(jié)果顯示為穩(wěn)定。

（2）成都岸開挖、加載狀態(tài)下強度分析如圖3 所示，主橋墩基礎(chǔ)底部巖體在橋梁荷載作用下出現(xiàn)剪切破壞區(qū)，在陡坡坡腳坡面線轉(zhuǎn)折部位也出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象。分析結(jié)果符合荷載作用下岸坡巖體應(yīng)力分布規(guī)律，強度特征狀態(tài)。兩剪切破壞部位不存在貫通性破壞聯(lián)系。建議對主橋墩基礎(chǔ)巖體加固處理，提高巖體剪切強度。

圖3 成都岸開挖、加載狀態(tài)下強度分析

（3）貴陽岸開挖、加載狀態(tài)下強度分析如圖4 所示，主橋墩基礎(chǔ)底部巖體在橋梁荷載作用下出現(xiàn)剪切破壞區(qū)，在陡坡坡腳坡面線轉(zhuǎn)折部位上下方也出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象。分析結(jié)果符合荷載作用下岸坡巖體應(yīng)力分布規(guī)律，強度特征狀態(tài)。兩剪切破壞部位不存在貫通性破壞聯(lián)系。建議對主橋墩基礎(chǔ)巖體加固處理，提高巖體剪切強度。對坡腳上方出現(xiàn)剪切破壞坡面適當(dāng)加固處理，增強坡面穩(wěn)定性。

圖4 貴陽岸開挖、加載狀態(tài)下強度分析

3.2 離散元數(shù)值模擬分析

（1）成都岸在自然狀態(tài)下模擬過程中相對時間t=6400、7400、8400 次時，模型的位移變化不大，且模型的不平衡力已經(jīng)為0，說明成都端岸坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定，與實際情況相符。

（2）貴陽岸在自然狀態(tài)下模擬過程中相對時間t=3800、4800、5800 次時，模型的位移變化不大，且模型的不平衡力已經(jīng)為0，說貴陽端岸坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定，與實際情況相符。

在橋基開挖加載的狀態(tài)下，貴陽端岸坡巖體的位移小于4.5cm，成都端岸坡巖體的位移小于20cm.，岸坡穩(wěn)定性較貴陽端稍差，可以認(rèn)為該橋位兩端岸坡整體是穩(wěn)定的。需對橋基巖體加固處理，提高巖體強度[6]。

4 結(jié)論

（1）綜合巖體質(zhì)量分析，工程地質(zhì)對比和地質(zhì)模型模擬分析，建議成都端岸坡穩(wěn)定角為65°左右，貴陽端岸坡穩(wěn)定角為70°左右。

（2）成都端及貴陽端岸坡巖體的剪切破壞均是由于施加橋荷載后，橋基礎(chǔ)周圍巖體強度偏低所致，故建議盡可能減小橋荷載，并在兩端拱座基底進(jìn)行適當(dāng)加固，以減少橋荷載對岸坡表層巖體的影響，還應(yīng)注意對陡崖下方的坡腳處進(jìn)行適當(dāng)加固。

綜上所述，巖性、地質(zhì)構(gòu)造、卸荷裂隙及其他不良地質(zhì)是影響岸坡穩(wěn)定的主要因素，實地查清影響因素是分析岸坡穩(wěn)定的基本條件。