贵州某桥堆积体稳定性分析及防治措施研究

作者简介：邓中睿（1971—），男，本科，高级工程师，研究方向为路基路面、路线、岩土等。DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2205-5640-7435中图分类号：U412.36 6

摘要：由于山区地质条件特殊，沟底容易形成不良地质体，当桥梁跨越沟谷时，桥区范围内的不良地质会对桥梁结构安全产生重大隐患，其中桥区堆积体便是隐患之一。本文以贵州某大桥主墩所处的南孟溪堆积体边坡作为研究对象，对其地质特征开展细致的调查分析，利用极限平衡法对其稳定性进行评价分析，最后提出合理的防治措施，以期为同类工程项目提供参考，保障山区高速公路的建设和运营安全。

关键词：堆积体  稳定性分析  防治措施  荷载

中图分类号：U443.32                                      文件标识码：A

Stability Analysis and Prevention Measures of Accumulation of a Bridge in Guizhou

DENG Zhongrui

（Sichuan Hinghway Planning， Survey， Design and Research Institute Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610041 China）

Abstract： Because of the special geological conditions in mountainous areas， it is easy to form adverse geological bodies at the bottom of the ditch. When the bridge crosses the valley， the adverse geology within the bridge area will have major hidden dangers to the safety of the bridge structure， among which the accumulation body in the bridge area is one of the hidden dangers. This paper takes the Nanmengxi accumulation slope where the main pier of a bridge in Guizhou is located as the research object， conducts a detailed investigation and analysis of its geological characteristics， evaluates and analyzes its stability by using the limit equilibrium method， and finally proposes reasonable prevention measures， in order to provide reference for similar projects and ensure the construction and operation safety of highways in mountainous areas.

Key Words：  Accumulation; Stability analysis; Control measures; Load

在我國，公路运输在各种运输方式中占重要地位。近年来，随着我国西部大开发、“一带一路”倡议、交通强国等重大战略的实施，贵州省高速公路建设蓬勃开展，路网不断加密。贵州多为山区地貌，在贵州高山峡谷地区广泛分布着由于滑坡、崩塌、重力地质作用及降雨等作用形成的深厚堆积体边坡。在公路设计建设过程中，受到地形限制，公路、桥梁往往要从堆积体上穿越而过，此时如果对堆积体认识不足、处置不当，很容易发生滑坡或泥石流灾害，将对工程的安全实施和运营带来巨大的安全隐患^[1-5]。

本文以贵州某大桥主墩所处的南孟溪堆积体边坡作为研究对象，对其基本特征开展细致的调查分析，对其稳定性进行评价分析，进而提出合理的防治措施，以期为同类工程项目提供参考，保障山区高速公路的建设和运营安全。

1堆积体基本特征

南孟溪堆积体位于三板溪水电站水库库尾南孟溪右岸，在地形上呈两陡坡夹一缓平台，平台高程约508m，纵向长25～30m，基覆界面亦为一缓平台，未见强风化基岩。前缘段及后缘段平均坡度30°～33°，从剖面上看，基覆界面呈阶梯形，从平面上来看，堆积体沿NW方向呈扇形展布，后缘宽度约250m，长约300m（见图1、图2），其坡表主要为农用林地及荒废耕地。根据已有勘测资料，结合现场调查，测得整个堆积体面积约6.88×10⁴m²，整个堆积体平均厚度约19m，南孟溪堆积体体积约1.307×10⁶m³，为一大型堆积体。

南孟溪堆积体物质组成大致可分为三大部分，即粉质粘土层、块石土层和碎石土层。下伏基岩主要为凝灰质板岩。南孟溪堆积体结构较复杂，可分为前缘段、平台段、后缘段：前缘段主要为碎石土，部分夹粉质黏土及块石土透镜体;中部平台主要为碎石土，钻探揭示部分夹粉质粘土透镜体;下部基岩未见强风化界面，且根据形态来看，基覆界面为一缓平台。后缘表层见部分粉质粘土，下部主要为块石土夹少量碎石土、粉质粘土透镜体，部分钻探揭示断层破碎带，详见图3。

拟建大桥为整体式桥梁，桥梁起点桩号为K34+815.0，终点桩号为K35+310.0，桥长980.00m，孔數及跨径为2×30+（160+360+160）+6×40m，上部结构采用斜拉桥、预应力混凝土T梁，下部桥墩采用主塔、柱式墩、空心墩，基础采用桩基础;桥台采用U台、基础采用扩大基础。桥型图如图4所示。可见大桥4#桥墩位于南孟溪堆积体右岸。

2堆积体稳定性分析

2.1 计算工况及荷载组合

本次稳定性计算采用极限平衡法，对该堆积体蓄水状态下的稳定现状及开挖后边坡稳定性进行评价。采用加拿大公司的GEO-SLOPE商业软件的SLOPE/W模块进行计算。

根据1：4 000 000《中国地震动峰值加速度区划图》（GB 18306-2015）及《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010），拟建线位区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，地震基本烈度区划分为VI度区，可不进行地震工况计算。考虑到南孟溪特大桥属重点工程，计算时引入地震工况作为参考。虽然该堆积体位于主墩后缘，工程开挖量较小，堆积体仍对主墩有一定影响，根据《公路路基设计规范》（JTDG 30-2015）第3.7.7条安全系数取高值，《公路工程抗震规范》（JTG B02-2013）地震工况采取拟静力法验算时，安全系数取1.15，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）表5.2.6各地震峰值加速度与综合水平地震系数关系，采用拟静力法计算时，综合水平地震系数取K=0.05×0.25=0.0125，竖直地震影响系数取0。

在对堆积体边坡前缘及整体进行计算时，由于边坡受库区水位调节影响，根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL3 86-2007）相关规定，运用条件可分为正常运用条件、非常运用条件I和非常运用条件II，其中正常运用条件是指水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位及其经常性降落，非常运用条件I包括施工期工况、水位非常降落工况以及降雨引起的边坡体饱和及相应的地下水水位变化工况，非常运用条件II为正常运用条件下遭遇地震。各个计算工况、荷载组合及相应安全系数见表1。

2.2 堆积体力学计算参数

在本次计算中，其岩土体力学参数的取值是在室内、室外试验资料的基础上^[5]-[13]，并结合工程类比及参数反演综合确定，计算参数取值详见表2。

2.3 稳定性计算结果

堆积体各工况稳定性计算结果如表3所示。（1）天然状态下正常运用条件的整体稳定性系数为1.303，水位骤降工况和暴雨工况下非正常运用条件I的整体稳定性系数分别为1.267和1.203，地震工况下非正常运用条件II的整体稳定性系数为1.266，边坡处于基本稳定状态，满足水库边坡安全标准。（2）边坡前缘天然状态下正常运用条件的稳定系数为1.16，水位骤降工况和暴雨工况下非正常运用条件I的稳定性系数分别为1.110和1.050，地震工况下非正常运用条件II的稳定性系数为1.108，边坡处于基本稳定状态，但均不满足水库边坡安全标准。（3）边坡后缘天然状态下正常运用条件的稳定系数为1.239，暴雨工况下非正常运用条件I的稳定性系数分别为1.125，地震工况下非正常运用条件II的稳定性系数为1.209，边坡处于基本稳定状态，但不满足天然状态和暴雨工况下的水库边坡安全标准。

综上所述，边坡堆积体稳定性分析结果表明：（1）边坡整体稳定较好，在各工况下均能满足安全系数要求，在边坡内设置大桥的重要构筑物是可行的;（2）边坡前缘处于基本稳定状态，但不满足边坡安全标准，若在该区设置重要构筑物，需要进行强加固，由于前缘段后部设置有南孟溪大桥4#桥墩，因此，需在4#桥墩前缘设置护坡桩，以防止前缘坡体失稳后对后方桥墩造成牵引破坏，在充分防护好后部桥墩的情况下，前缘坡体可考虑适当降低安全标准。

3 堆积体稳定性防治对策

根据堆积体边坡特征和稳定性分析结果，南孟溪特大桥4#桥墩拟定了以下两套方案。方案一：承台施工放坡开挖方案，临时边坡按1：1.5坡率放坡，边坡分级高度8m，设2m宽边坡平台，后缘刷坡三级总高度21.9m。方案二：在墩台上方设双排支护桩，在承台基坑开挖过程中作为支挡措施（排桩每排设计承受推力为600kN/m），在后期又可作为抗滑安全储备。排桩直径1.8m，桩左右间距2.5m，前后间距5m，桩长32m。排桩后侧边坡按1：1.5坡率放坡，边坡分级高度12m，桩后设8m宽边坡平台。

3.1 方案一工况下4#桥墩后部斜坡稳定性

表4给出了方案一工况下4#桥墩后部斜坡稳定性计算结果。可以看出，采取开挖方案一时，临时边坡暴雨及地震工况下稳定性系数均大于1.05，满足规范要求;而在施工回填完毕后，天然工况下F_s=1.268<1.30，暴雨工况下F_s=1.145<1.20，地震工况下F_s=1.235>1.15，不满足规范取高限的要求。

对比2.3节中后缘稳定性计算，以放坡开挖处为剪切口进行稳定性计算时，稳定性系数明显高于后缘搜索自动最危险滑面，这主要是由于放坡处抗滑段相较于最危险滑面处抗滑段明显增加导致。放坡开挖坡脚处及搜索最危险滑面两种稳定性系数均低于安全标准。

3.2 方案二工况下4#桥墩后部斜坡稳定性

表5给出了方案二工况下4#桥墩后部斜坡稳定性计算结果。可以看出，采取开挖加固方案二，墩台上方设双排支护桩，在承台基坑开挖过程中作支挡（排桩每排设计承受推力为600kN/m）时，边坡天然工况下F_s=1.382>1.30，暴雨工况下F_s=1.249>1.20，地震工况下F_s=1.344>1.15，均满足安全标准。

对比2.3节中后缘稳定性计算，以方案二开挖处为剪切口进行稳定性计算时，稳定性系数高于后缘搜索自动最危险滑面，这主要是由于放坡处抗滑段相较于最危险滑面处抗滑段明显增加导致。支护开挖坡脚处稳定性系数满足安全标准。

4结论

本文以贵州某大桥主墩所处的南孟溪堆积体边坡作为研究对象，结合现场对堆积体的工程地质调查结果，通过极限平衡法评价了堆积体的稳定性，同时提出了防治措施，得到以下结论.

（1）南孟溪堆积体在地形上呈两边坡夹一缓平台，平台高程约508m，纵向长25～30m，从剖面上看，基覆界面呈阶梯形，从平面上来看，堆积体沿NW方向呈扇形展布，后缘宽度约250m，长约300m，为一大型堆积体。

（2）堆积体边坡前缘在天然状态下稳定性良好，在地震、暴雨及水位骤降工况下稳定性明显降低，建议在主桥桥墩前方加固支护，以防止前部岸坡垮塌引起承台处牵引破坏。

（3）边坡开挖计算结果表明，方案一放坡开挖及方案二开挖支护方案在施工期均能满足安全系数要求，放坡开挖回填后方案一各工况下稳定性不能满足安全系数要求;采用开挖方案二则满足安全标准。

（4）4#桥墩位于平台前缘，考虑到工程量较大，需要进行一定的开挖，而平台端对堆积体抗滑作用明显，建议尽量减少开挖量，并对开挖处进行强支护，综上考虑，建议选取方案二进行开挖支护。

参考文献[1]张帆宇，刘高，谌文武，等.袁家湾滑坡在切坡开挖过程中的演化机理[J].岩土工程学报，2009，31（8）：1248-1254.