考虑上跨桥梁影响的河岸边坡稳定性研究

陈 川,胡卫军,韩琳琳

(广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029)

0 引言

广西地区地形地貌复杂,地表起伏不平,山川河流分布广泛,同时区域内因大量公路等基础设施建设形成的河道上跨桥梁较多[1-3]。因桥梁建设而形成的两岸边坡岩体结构复杂,在自然应力、降雨条件、河道水位变化、桥梁建设及运营期的荷载变化及工程扰动等外界因素的影响下,容易形成岸坡失稳破坏隐患,威胁岸坡的稳定,进而对桥梁的施工及运营安全产生不利影响[4-6]。鉴于此,对桥位边坡的稳定性进行科学合理的分析,进而评价岸坡支护加固方案的适用性,对工程设计及安全运营具有重要意义[7-8]。

1 工程概况

某运河下穿某高速公路,航道底标高为27.3 m,设计最高通航水位为35.92 m,设计最低通航水位为34.0 m,上跨大桥两岸主墩沉井基础设计底标高均位于航道底标高之上。设计桥型为下承式钢管混凝土系杆拱桥,路基设计高程为96.873～100.948 m,全长为525.184 m。桥址区属侵蚀残丘地貌,地形起伏较缓,地面高程为57.50～94.00 m,地形自然坡度为5°～40°,山体低缓,谷地大致呈北东-南西向发育,丘谷表层覆盖第四系冲洪积层。两侧桥台位于斜坡上,地表多被第四系地层覆盖,山丘植被发育。

地下水主要为覆盖层中孔隙水及基岩裂隙水,均属潜水。孔隙水主要赋存于第四系覆盖层及全风化硅质岩、全风化泥质粉砂岩的孔隙中;基岩裂隙水主要赋存于基岩风化带、破碎带及裂隙中。均受大气降水或地表水补给,在接受补给后基岩裂隙、孔隙水一部分向下径流或侧向补给其他类型地下水,另一部分以渗流等形式分散排泄于低洼部位。水位受季节影响变化较大。钻孔内测得稳定地下水位高程为42.75～55.43 m,埋深为7.8～15 m。

2 场地岩土性质指标

为了确定场地各地层岩土物理力学参数,并合理分析两岸边坡稳定性,在靠近运河中心部位、左岸航道边坡开口线靠近5#桥墩部位分别开展现场原位剪切试验。试验点位置如图1所示,岩体直剪试验强度结果如表1所示。

表1 岩体直剪试验强度结果表

图1 原位剪切试验点位置示意图

结合前期工程勘察成果、室内试验成果、现场原位测试成果等,并根据相关工程经验,总结稳定性分析所需的各地层岩土物理力学参数建议值如表2所示。

表2 岩土强度参数建议值一览表

3 岸坡稳定性分析

3.1 岸坡支护方案

为了保障两岸边坡的稳定性,左岸边坡支护方案为设置三级边坡,坡比均为1∶2,采用2排旋挖钻孔灌注桩支护,第一排为双排桩,桩长为50～60 m,桩径为2 m,桩距为5 m,排距为7 m;第二排为单排桩,桩长为25～30 m,桩径为1.6 m,桩距为5 m;沉井基础深度为24 m,井外地基采用高压旋喷注浆加固,井内地基采用外径为146 mm,壁厚为4.5 mm,深度为15 m的微型钢管桩+注浆加固。右岸边坡支护方案为设置三级边坡,坡比均为1∶1.75,采用2排旋挖钻孔灌注桩,第一排为双排桩,桩径为1.6 m,桩距为5 m,排距为5.6 m,桩长为30～45 m;第二排于沉井基础宽度范围两侧布桩,布桩宽度分别为56 m和59 m,两侧灌注桩桩长为15～30 m,桩径为1.6 m,桩距为5 m;沉井基础深度为17 m。两岸边坡支护方案剖面分别如图2、图3所示。

图2 左岸边坡支护方案剖面图(m)

图3 右岸边坡支护方案剖面图(m)

3.2 稳定性分析

3.2.1 岸坡稳定性计算荷载及标准

岸坡稳定性评价依据《水利水电工程边坡设计规范》(SL 386-2007)、《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)、《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219-2006)等相关规范,结合本工程项目特点,考虑边坡工作条件及边坡破坏对大桥的危害性,岸坡稳定性分析工况及稳定系数控制标准选取如表3所示。

表3 岸坡稳定性控制标准表

3.2.2 岸坡稳定性结果分析

本文采用毕肖普法计算分析了不同工况下两岸边坡的稳定性,两岸边坡的破坏模式判定为沿圆弧面滑动,采用自动搜索破坏面的方法进行计算。左岸和右岸边坡未施加旋挖钻孔灌注桩的破坏模式分别如图4、图5所示;施加了旋挖钻孔灌注桩支护措施的左岸和右岸边坡的破坏模式分别如下页图6、图7所示。

(a)右岸无支护,自重

(a)左岸支护,自重+地下水

(a)右岸支护,自重+地下水

由两岸边坡各工况的滑动面可以看出,无论是否施加支护,考虑桥梁上部荷载后,边坡滑动面均位于沉井基础靠近边坡一侧,即桥梁上部荷载与边坡稳定性的计算无关,因而不会影响边坡失稳破坏模式。计算所得的两岸边坡稳定系数如表4所示。由表4可以看出,左岸无支护工况下,稳定系数不满足要求,其他工况均满足设计及规范要求。

表4 两岸边坡稳定系数计算结果表

4 结语

(1)两岸边坡的滑动面均位于全风化硅质岩夹泥质粉砂岩层中,该地层强度相对较小,对稳定性结果分析起主要作用,而强度较大的强风化和中风化硅质岩夹泥质粉砂岩对本文岸坡稳定性分析无影响。

(2)考虑桥梁上部荷载后,各工况的边坡滑动面均位于沉井基础靠近边坡一侧,即桥梁上部荷载与边坡稳定性的计算无关,因而不会影响边坡失稳破坏模式。

(3)左岸边坡自然状态下的稳定系数不满足设计及规范的要求,采用本文的双排旋挖钻孔灌注桩支护方案并实施后,其稳定系数可满足设计及规范的要求。