贵州某特大桥岸坡地质稳定分析

祝塘，曹欣宇，李剑

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳 550000）

1 项目概况

六广河特大桥为息烽至黔西高速公路主要的控制性工程。桥位全长1 280.400m，起点桩号为K39+557.000，终止桩号为K40+837.400，上部结构先采用5×40m先简支后连续T梁，再接（243+580+243）m双塔双索面钢桁梁斜拉桥。下部构造为薄壁空心花瓶形索塔、群桩基础、重力式桥台及桩柱式桥台。桥面净宽2×11m，公路I级。

2 场区工程地质条件

2.1 地形地貌

桥位为典型的V形峡谷低中山溶蚀地貌，桥轴线通过的最大高差约382m，从峡谷底至岸坡坡口明显分为两段：下段为陡崖段，黔西岸坡角65°左右，坡高约153m，息烽岸坡角80°左右，坡高约126m；上段为陡坡段，黔西岸坡角50°左右，坡高约80m，息烽岸坡角40°左右，坡高约95m。坡口之上为峰丛溶蚀地貌，坡度为中坡～陡坡。

2.2 地层岩性

桥区覆盖层薄且零星分布于地势低洼处，成分为残坡积层（Qel+dl）黏土。下伏基岩为三叠系下统茅草铺组（T1m）薄～中厚层状灰岩、泥质灰岩、角砾岩及钙质页岩。

2.3 地质构造与地震

场区地层产状呈单斜发育，地层产状为152°∠14°。区内未发现断层通过，场区岩体节理、裂隙发育，节理裂隙发育间距为150～350mm，节理沿两岸临河侧陡崖处形成的卸荷裂隙，延伸长度平均为3～8m，局部可达10～16m。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001），查得测区地震动反应谱特征周期为0.35s，地震动峰值加速度值小于0.05g，场区地震基本烈度为小于Ⅵ度。

2.4 不良地质

场区典型的不良地质为危岩、岩溶及卸荷裂隙。

（1）危岩：均为卸荷裂隙切割而成，后缘已脱离母岩，方量最大达21 450m3。

（2）岩溶：岩溶表现形态有岩溶溶洞、岩溶洼地及地表大型溶蚀沟，钻孔揭露隐伏溶洞高达27%的遇洞率。

（3）卸荷裂隙：卸荷裂隙（L）：沿六广河两岸岩体陡壁处分布，地表长度达145m，顶部张开度最宽350mm。

3 综合勘察技术

本桥梁采用地表调绘、钻探、槽探、竖井、现场岩体直剪试验、室内试验及物探等综合勘察技术。

4 岸坡地质分析

4.1 地形条件

（1）息烽岸：主塔位于一孤立三侧临空的坡体上，主塔前侧临空于六广河峡谷，距前侧陡崖坡口临空面距离约54m，坡顶与河底的垂直高差距离约260m。主塔左右两侧均为陡崖临空，距左侧陡崖临空面垂直距离约335～350m，距右侧陡崖临空面垂直距离约150～260m。

（2）黔西岸：主塔前侧距离陡崖坡口约105m，坡顶与河底的垂直高差约237m。

4.2 地质条件

主塔区域内覆盖层基岩大部出露，地表发育有溶沟、溶槽，溶沟、槽内局部有黏土充填。下伏基岩为薄～中厚层状灰岩、泥质灰岩、角砾岩及钙质页岩，灰岩、泥质灰岩为硬质岩，角砾岩为同生角砾岩，其角砾成分为灰岩及泥质灰岩，角砾岩与顶部灰岩、泥质灰岩的接触位置有一层钙质页岩，钙质页岩为软岩。根据勘察成果，强风化岩体破碎，属IV级岩体；中风化岩体较完整，属Ⅲ级岩体。

4.3 岸坡受控因素

（1）息烽岸：岩体略微外倾，岩层倾角14°，在桥梁横向存在长大顺层岩质边坡，控制息烽整体稳定性。且有软弱结构面（软弱夹层及结构面）临空。

（2）黔西岸：岩体略微内倾，倾角小于15°。地形地貌一面临空，岩层倾向山体，软弱结构面不临空。

因此，控制整个岸坡稳定的关键因素是息烽岸横向长大顺层岩质边坡，且岩层间软弱夹层的抗剪强度是整个岸坡稳定性的最关键指标参数。

4.4 软弱夹层参数的获取

根据地质调绘、钻探，该层软弱夹层厚度为1～3m，且该层在悬崖陡壁处出露，为获取该软弱夹层的抗剪强度黏聚力C值和摩擦角φ，在该层出露处进行了现场原位试验，为进一步研究岸坡稳定性提供了强有力的保障。

根据现场剪切试验成果分析（见图1），软弱夹层（钙质泥岩）天然状态下推荐值（正常工况下用此参数）：摩擦角为24.6°、黏聚力为100kPa；饱和状态下推荐值：摩擦角为20.9°、黏聚力为55kPa。

图1 现场岩体直剪试验

5 岸坡稳定性分析

5.1 变形破坏形式

根据息烽岸与黔西岸的地形地貌及工程地质条件，两岸均存在自然边坡，其中息烽岸沿左右两侧及前侧临空，岩体横向上沿左侧顺倾，岩体内软弱夹层出露并沿左侧顺倾临空，且岩层倾角小于自然坡度角，其破坏形式为沿左侧顺层滑移-压致拉裂，前侧临空于六广河峡谷，其破坏形式为前侧崩滑；黔西岸岩体倾向于山体内部，软弱结构面不临空，前侧临空于六广河峡谷，其破坏形式为前侧崩滑。

5.2 分析方法

对于复杂的岩土工程边坡，各种稳定分析方法均存在一定的局限性，结合特大桥的地形地貌及地层岩性分布，针对息烽岸与黔西岸高陡边坡潜在失稳破坏的特点，分析方法采用了极限平衡法的Bishop、Smara及强度折减法，考虑边坡沿桥轴线和最不利横坡方向潜在的破坏模式，进行数值模拟计算分析其在各种工况下的安全稳定性。

5.3 岸坡稳定性计算分析成果

（1）息烽岸：横向坡及纵向坡在三种工况条件下的稳定性均满足控制性标准（见表1、表2）。

表1 息烽岸横向坡安全系数计算一览表

表2 息烽岸纵向坡安全系数计算一览表

（2）黔西岸：横向坡及纵向坡在三种工况条件下的稳定性均满足控制性标准（见表3、表4）。

表3 黔西岸横向坡安全系数计算一览表

表4 黔西岸纵向坡安全系数计算一览表

6 结论

（1）采用有效、合理的勘察方法查明了黔西岸主塔承台处隐伏裂缝的分布范围及工程特征。通过综合勘察方法查明了桥位的工程地质条件，有效反映了桥位岸坡稳定的影响因素及变形破坏形式。

（2）针对息烽岸与黔西岸高陡边坡潜在失稳破坏的特点，岸坡稳定分析采用了极限平衡法的Bishop、Smara及强度折减法，并匹配相应的滑动稳定安全系数标准进行边（滑）坡稳定分析计算，使计算与现实更加吻合。

（3）综合考虑了桥位区软弱夹层（钙质页岩）的工程特征，遇水易软化，失水易干裂，并采用现场岩体原位试验，确定了软弱层相应的抗剪强度参数。

（4）依托该项目的成功及后续推广应用项目的相继实施，已取得贵州省交通运输厅科技项目《深切峡谷大跨径桥梁岸坡稳定性评价技术研究》立项，该项目拟进行综合勘察技术研究、岸坡稳定性评价方法与技术研究、主跨墩位合理布设研究，以形成一套完整的行业技术指南。