洗马溪大桥岩堆稳定性分析评价

赵华宏

（安徽省交通规划设计研究院有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

岩堆是坡积物的一种，是崩塌作用在山坡低凹处或坡脚堆积的地质体，有时相互连接形成堆积裙。岩堆边坡是一类具有特殊地质结构的混合土边坡，在自然条件下，坡面处于稳定～极限平衡状态，在外界环境及人工扰动作用下极易失稳。影响岩堆体稳定性的因素主要包括岩堆体的物质组成、构造特征、物理力学特性、水文气象、地震及施工扰动等。由于岩堆体本身的复杂性，相关的研究还很不充分。G85麻柳湾至昭通段岩堆广泛发育，而且走廊带唯一，受地形地质条件及路线纵坡控制，必须从岩堆体上通过。岩堆体上桥梁、隧道、路基稳定性关系着项目建设成败，而岩堆体组成的复杂性、变异性，致使岩堆稳定性为该项目最大的不确定性风险源和头等工程技术难题。洗马溪大桥全桥从岩堆体上通过，岩堆稳定关系到桥梁建设的安全。

1 工程概况

拟建的洗马溪大桥位于昭通市大关县悦乐镇塘房村，桥梁轴线走向方位角244°～278°，该桥左线中心桩号为ZK8＋994，设计桥孔和跨径为23×30m（孔×m）；右线中心桩号为K9＋094，设计桥孔和跨为11×30径（孔×m）m，上部结构采用30m跨径先简支后连续T梁；下部采用圆柱墩、空心薄壁墩、桩基础。

该桥位于巨型深厚层岩堆体上，桥位区不良地质现象主要为岩堆，广泛分布于桥梁起点ZK8＋905、ZK8＋970～K8＋970段，层厚5.0～72.0m。 岩堆体主要由块石、碎石组成，母岩成分主要为砂岩、砂质灰岩、泥质灰岩、泥灰岩等，充填物为泥质、角砾等。

2 岩堆稳定性调查评价

2.1 岩堆现状

洗马洗大桥位于大关河与洒鱼河河谷交汇处北坡，地处云南省东北部，为横断山脉与云贵高原北部接壤处，为侵蚀中高山峡谷地貌，受北、北北东向构造控制，新构造强烈上升，河流下切侵蚀和溯源侵蚀强烈，河谷深狭，山峰峻峭，河谷横断面呈“V”形，纵坡降大，裂点多。崩塌、岩堆较多，岩溶发育，溶洞、暗河和溶蚀崩塌常见。

桥位区地面高程为760～830m，最大相对高差70m，横坡向从坡脚洒鱼河河谷至后部基岩裸露处高差80m左右。微地貌分别为堆积台地和斜坡，组成物质成分主要为块碎石岩堆体。斜坡上自然冲沟发育，沟谷深10～40m，宽度大。下伏基岩为志留系下统龙马溪组（S1l）泥质灰岩、泥灰岩。岩层产状286°～290°∠8°～10°，近水平，地质构造较简单，陡倾角结理裂隙发育，多充填泥质，呈闭合状，连通性差，赋水条件差。桥位区地表水较发育，主要为山间冲沟内流水，水量受季节控制明显；地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水，孔隙水主要赋存于角砾、碎石及块石层中，裂隙水赋存于泥质灰岩及砂质灰岩的节理裂隙中，主要靠大气降水及地表水下渗补给，以沿裂隙渗流形式或受地形切割排出地表。桥位区地形、地貌如图1所示。

图1 桥位区地形、地貌

2.2 分段评价

根据微地貌单元形态、岩堆体堆积形态、自然冲沟发育情况、堆积体物质组成、地表植被发育、周边居民活动等，将桥位区岩堆体分为2个大的堆积体单元分段评价。

K9＋150冲沟以前桥位区覆盖层主要为第四系更新统坡积成因（Qpdl）粉质黏土、崩积成因（Qpc）含碎石粉质黏土、碎石、块石组成，坡脚形成宽缓堆积台地，堆积层厚2～72m，后部自然山体较缓，薄层残破基层覆盖，植被发育，坡脚台地已改造为农田。

K9＋150～K9＋342段岩堆所在斜坡体自然坡度为35°～42°，为“单面坡型岩堆”，表层呈稍密状，下部呈中密-密实状，工程地质条件较差。该岩堆所在斜坡段植被较发育，以灌木为主，坡脚有高羊茅集中生长带（见图2），下部有地方道路及村舍通过，通车多年，未见新近碎石、块石补给及裂缝发育，后部山体为陡崖，岩性主要为强度较高的泥质灰岩夹强度较低、易风化的泥灰岩，形成凹凸不平的陡崖断面，凸出的砂岩由于陡倾节理裂隙发育，且桥位区所属区域地震活动频繁、地震烈度较高，在重力作用或地震力作用下易产生崩塌。岩堆体天然状态稳定性一般。具体工程特征对比见表1。

表1 岩堆分段特征一览表

3 岩堆稳定性定性分析

从项目区域地质构造背景、地层岩性分布、断裂构造、地形地貌、气象水文等方面分析项目区岩堆形成原因主要是上部泥灰岩、灰岩、砂岩、泥质灰岩受节理切割崩塌堆落于坡脚形成，大关河、洒鱼河河谷岩堆呈裙状占布，上部山体为陡崖。大多数岩堆表面灌木丛生，后部坡面植被较好，个别岩堆被改造为农田，说明大多数岩堆处于静止阶段或趋于静止阶段。

对路线穿越岩堆个体从坡面形态、后部基岩完整性、坡面植被冲沟发育情况、岩堆体块碎石含量、粒径大小、块碎石成分、充填结构、密实程度、岩床形态等方面查明岩堆体结构特征。一方面通过地表调查，另一方面结合钻探资料共同查明岩堆体结构特征及岩床形态，从而综合分析判断。通过全线岩堆调查分析，沿线岩堆含石量较高，成分主要为灰岩、泥灰岩、白云质灰岩，岩石较坚硬，自然坡面一般介于30°～50°，初步分析认为：a）平均坡度介于30°～39°的岩堆边坡处于基本稳定，暴雨和地震工况下临滑状态；b）平均坡度介于39°～45°的岩堆边坡处于临滑状态，暴雨和地震工况下欠稳定；c）平均坡度高于45°的岩堆边坡处于欠稳定状态，其他工况下不稳定；d）平均坡度低于30°的岩堆边坡处于稳定状态。

综合分析认为，洗马溪大桥大桥岩堆，K9＋150以前为坡脚堆积台地，堆积体密实，岩床整体形态底部平缓，岩堆体整体稳定；K9＋150以后段整体形态属于单面坡形，处于趋于静止阶段，自然坡面30°～42°，上陡下缓，属于比较容易产生滑动的堆积形态，处于基本稳定～欠稳定状态。

4 岩堆稳定性定量分析

4.1 桥位区地层工程地质条件

桥位区地层分布复杂，表层含碎石粉质粘土、碎石土、块石土交错分布，局部呈透镜状，下部基岩面起伏变化大，岩堆体最大厚度大于60m。块碎石土呈中密-密实状，粒径大于20mm的颗粒含量为55%～70%，母岩成分主要为强风化砂岩、泥质灰岩、瘤状灰岩，粒径20～60mm，呈棱角状、次棱角状，角砾、泥砂质充填，颗粒级配一般。块石土中含大量孤石。

4.2 参数选取

结合定性调查分析，选取洗马溪边坡的K8＋960边坡、K9＋145边坡和K8＋923～959边坡这3个断面进行参数反演。经反算，推荐稳定性计算参数见表2。

表2 边坡工程设计强度参数反演值

4.3 定量分析评价

桥位区岩堆体边坡为土石堆积二元结构边坡，岩堆体破坏可能沿块碎石土内部某一软弱层面滑动或者由于坡脚开挖扰动产生圆弧滑动，而最深滑动面为岩土界面。计算极限平衡法采用国际通行的严格M-P法和简化毕肖普法。

首先对K9＋150～K9＋342段岩堆选取典型横断面K9＋220断面（见图2），指定堆积体沿基岩面滑动，计算安全系数为1.28，边坡整体稳定，说明岩堆在自然状态下不可能产生沿基岩面整体滑动。考虑岩堆在连续降水、地震等不利条件下，可能在块碎石土内部产生滑动破坏，块碎石土假定为均质连续体，采用圆弧法搜索最危险滑动面，稳定性系数计算见表3，根据最危险滑面及容许安全系数进一步确定最危险区域。

图2 K9＋220断面最危险滑动面

表3 稳定性系数计算表

表3（续）

根据稳定性计算结果及定性评价分析，K9＋150以前为稳定-基本稳定段落，K9＋150～K9＋342段欠稳定，且桥梁位于斜坡体中部，欠稳定区位于桥梁上方，自然坡面较陡段，潜在滑动面深6～10m，滑动变形破坏范围相对高差35m，面积7 000m2，总方量估计5万m3，工程危害性大。综合分析上部堆积层自然坡面达40°，接近于灰岩、泥灰岩块石土最大休止角，可能因为上部排水顺畅，再加上大块石的骨架作用，自然状态下处于极限平衡状态，若下部桥梁桩基开挖，特别是施工便道及作业平台开挖切坡，可能诱发滑坡，特别是在桥梁建成后期运营当中，若在连续降水、地震等不利条件下，一旦上部发生滑坡，可能危及桥梁桩柱安全，因而必须进行预加固处理。

5 结论

5.1 天然岩堆体基本处于稳定-极限平衡状态，由于其物质结构的复杂性、不均匀性，特别是降水软化作用的不确定性，致使岩堆稳定性难以完全做到准确定量评价，必须采用定性评价与定量分析相结合的综合评价方法。

5.2 洗马洗大桥从岩堆群上跨越，通过现场调查评价，对其分段、分区评价，为岩堆稳定性定量分析评价、勘察工作布置重点、不稳定区段划分打下坚实基础。

5.3 岩堆稳定性调查评价与路线方案布设同期进行，对大型不（欠）稳定岩堆体尽量避让，对于无法避让且工程安全影响不大的，应采取一定的工程措施，以阻止、减缓、预防滑坡发生，而对于必须进行滑坡治理的，应一次根治。

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