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某公路某大桥坍塌区地质勘察及处理措施聂云峰

发表时间：2020/5/21 来源：《建筑模拟》2020年第3期作者：聂云峰

[导读] 通过对某公路某大桥左岸和右岸分布的两处坍塌区进行地质勘察，并针对勘测结果对坍塌区提出一定的治理建议。

坍塌区概况
在某大桥左岸和右岸分别分布有两处塌岸区，左岸为塌岸区，右岸为塌岸区。根据塌岸区地形地貌以及蓄水后产生变形的严重情况，塌岸区存在有两处塌岸强变形滑坡段，有四处规模较大强变形滑坡段存在于坍塌区，在库区蓄水之后，滑坡段稳定性变差，产生一定的滑动变形。塌岸区和强变形滑坡段位置分布见下图1-1

        图1-1 塌岸区分布平面图
        2 勘察工作
        2.1 勘察依据
        本次勘察工作的主要勘察依据为任务委托书及合同。
        2.2 勘察目的和任务
        1、采用1：1000地形图调绘塌岸区范围，至塌岸区周界外100m，并进行常规工程水文地质调查。
        2、查明塌岸区的分布范围、物质组成及结构、斜坡变形及特征、地下水水位和性质及岩土物理力学指标。
        3、评价塌岸区滑坡的稳定性与危害性，分析其变形破环机制。
        4、测试项目：基岩取岩样做常规试验等。
        5、采用直流对称四极电测深法，推断勘察区范围内第四系厚度、断裂构造位置等，为施工图设计及下一步地质勘察工作提供依据。
        2.3 勘察工作布置及工作量
        本次勘察共布置钻孔7个，在加道路勘察设计阶段的6个钻孔，共13个钻孔，共形成7条剖面，剖面分布位置分别为1#滑坡、2#滑坡、3#滑坡和某大桥两岸岸坡；物探剖面线5条，分别为新隧道洞身段4条剖面、隧道轴线1条剖面，完成工作量见表2.3-1。同时，也对该大桥进行了地面水文工程地面物探、地质测绘、钻探和取样试验。完成工作量见表2.3-2：
        表2.3-1     实物工作量一览表

表2.3-2 钻探工程量统计表

2.4 勘测方法
        1、水文工程地质测绘：比例尺1：1000，采用追索法和穿越法，重点查明塌岸区及外围岩土层性质、时代、产状和地质构造，调查塌岸区的分布范围、性质、规模、所处地质背景条件和变形破坏程度。
        2、钻探：开孔直径130mm、终孔直径91mm，覆盖层采用干钻或植物胶护壁、套管跟管钻进；采用单动双管回转取心钻进基岩，回次进尺控制在0.5～1.0m，在采取率有保证时放宽到1.40m，岩心采取率一般80％以上。
        3、地面物探：采用高密度电剖面和电测深，主要查明塌岸区基岩面起伏状况和基岩风化程度，为塌岸区评价提供依据。
        4、取样试验：基岩中采取岩土样进行室内试验，以评价其物理力学性质。
        5、工程测量：用全站仪施测1：1000塌岸区边界分布范围和工程地质剖面图。
        3 地质环境条件概述
        3.1 地形地貌
        场址位于青藏高原与四川盆地的过渡地带，属长江流域岷江水系上游隆起区。山势巍峨，沟谷深切，地势西北高，南东低，海拔高程一般2500～5000m，相对高差1000～2000m，属深切的高山地貌。场址处流向由北东向南西，河床宽度15～20m，漫滩不发育，一般宽度仅数米。流量随季节变化大，属山区河流。
        3.2 气候条件
        黑水河流域处于岷江上游半干旱河谷地带，属川西高原气候区。
        3.3地层岩性
        根据钻孔资料，该区的地层岩性分述如下：
        （1）第四系全新统崩坡积层（Q4col+dl）：集中分布在河谷两岸谷坡地带，根据岩性组成分为含碎石块石土和碎石土；
        （2）第四系属全新统冲洪积层（Q4al+pl）：分布于小黑水河河床及漫滩和阶地，根据岩性组成分为碎石土、含漂石卵石土；
        （3）三叠系上统侏倭组变质岩（T3zh）：岩性为变质砂岩夹千枚岩，桥位区附近基岩未出露，钻探亦未揭露该层，据区域地质资料，其厚度为682～1519m。基岩面埋深50～60m，岩层产状90°∠11°。
        3.4地质构造
        工程区大地构造部位隶属松潘—甘孜地槽褶皱系（Ⅰ）中的巴颜喀拉冒地槽褶皱带（Ⅱ-9）。作为大地构造单元边界深大断裂，西侧为鲜水河断裂带，北侧为岷山—雪山—虎牙断裂带，南东侧为龙门山断裂带。它们在长期地史发展中，控制着沉积构造的分布和地壳差异性升降，制约着大地构造的演化，并表现出强烈的后继性和再生性，往往也是强震发生的所在。
        3.5水文地质
        黑水河为区内重要地表水系，为常年性河流，水流由西南向东北流经工程区。塌岸区岸坡地表水系非常深入，使得地势险峻，从而地表径流条件良好，这也决定了塌岸区岩体内的地下水具有不甚丰富、坡降大、埋藏深的基本特征。岸坡堆积层由含块石碎石土组成，结构松散，有利于大气降水下渗并顺基底低凹处快速排泄，因此富水性总体较差，坡体上的钻孔中未显示其有地下水位。
        3.6岩土体物理力学性质
        工程区出露地层主要有第四系全新统崩坡积层、冲洪积层和三叠系上统侏倭组（T3zh）。滑坡强变形区为深厚崩坡积堆积体，结构松散～稍密，岸坡稳定性一般。水电站在蓄水以前，斜坡体很稳定，没有任何迹象表明其变形。水库在蓄水以后，水位上升，库水的水浪使得水淹没了边坡坡脚段松散的地方，库水使得坡脚土体饱和，降低了内聚力和内摩擦角，斜坡开始失稳并发生变形，滑坡现象由此产生。
        4坍塌岸区变形特征及稳定性分析
        4.1 岸坡结构特征
        据物探资料以及钻孔（ZK1～ZK6）资料揭示，该段斜坡体覆盖层厚度约约30～50m，为崩坡积堆积层。堆积体表层为碎石土，大颗粒含量较少，结构松散～稍密，无胶结；其下为含块石碎石土，少量孤石块径达1m以上，块石之间空隙较大，无胶结。下伏基岩为三叠系上统侏倭组（T3zh），岩性为中风化至弱风化浅灰～深灰色变质细粒钙质石英砂岩，间夹薄层状千枚岩，岩层较完整，岩心多呈短柱状夹扁柱状，岩层倾角中倾，走向与路线夹角较小，岩层产状90°∠11°，为横向斜坡。
        4.2 滑坡变形体特征分析
        1 1#滑坡
        1#滑坡位于某大桥上游侧约100m，小黑水河河谷左岸，顺河长约600m，横河宽约400m，分布高程为2100～2330m，覆盖层厚度30～50m，滑坡体体积约1110～1200万m3。滑坡体为崩坡积碎石土组成，碎石成分为砂岩、千枚岩。1#滑坡范围大，且前缘受水库蓄水影响将持续发生垮塌，进而引起上部岸坡发生牵引式滑动，滑坡整体可能发生大规模的滑动变形。
        2 2#滑坡
        2#滑坡位于某大桥下游侧约250m，小黑水河河谷左岸，路线里程桩号为K11+410～K11+730，该滑坡顺河长约300m，横河宽约350m，平均厚度约30～40m，滑坡前缘至河谷，后缘高程至2280m，滑坡体方量约350～370万方。2#滑坡范围大，且前缘受水库蓄水影响将继续恶化，整体可能发生大规模滑动变形。
        4.3 滑坡稳定性定量评价
        据调查，这几处滑坡平面形态清晰，坡体上出现多处变形，后缘及中部地表可见多条拉裂缝。宏观判断，该滑坡强变形区处于蠕滑变形阶段。而滑坡弱变形区地表少见拉裂缝，目前整体处于基本稳定状态。以下主要针对改建公路有重大影响的1#滑坡和2#滑坡进行定量分析评价。
        1.计算模型
        主要选用沿滑坡纵向实测断面为控制剖面进行计算。基本假定如下：
        ①沿横断面方向取1m宽的土条作为计算的基本断面，不计两侧摩阻力；
        ②滑坡体每一分条假定为整体滑动；
        ③滑坡体推力的作用方向平行于滑动面；
        ④推力的应力分布为矩形。

        图4.3-1 工程地质剖面图1-1’

        图4.3-2 工程地质剖面图2-2’
        2、计算方法
        本次采用水科院陈祖煜院士开发的STAB2009边坡稳定性分析软件，计算方法采用毕肖普法。
        3、计算工况
        水电站蓄水位对覆盖层岸坡整体稳定性有巨大的影响，某水电站的正常蓄水位为2133m，因此按水位蓄至该高度时不同工况对覆盖层岸坡进行稳定性的分析，同时考虑岸坡在电站运营期间稳定性的变化，尤其当水位下降时。因此根据以上分析确定以下五种工况：
        天然工况
        暴雨工况
        地震工况
        正常运营工况
        骤降工况
        4、计算结果
        通过上述方法对滑坡稳定性进行计算，结果如下
        表4.3-1     稳定性分析计算表

4.4 小结
        1、塌岸区范围较大，覆盖层深度较厚，塌岸区在蓄水之前处于稳定状态，但在电站运营期间，塌岸区部分坡体发生了滑动变形，在此塌岸区范围内分布有两个强变形滑坡段。
        2、经过分析，1#和2#滑坡在正常蓄水位天然状态时坡体基本处于稳定状态，在自重+暴雨、自重+地震工况时也处于稳定和基本稳定的状态、在电站正常运营期间处于欠稳定的状态，但当水位以1.2m/d的速度骤降时，滑坡体处于失稳状态。
        5 某大桥岸坡稳定性分析
        5.1 某大桥右岸岸坡稳定性分析
        右岸岸坡地形坡度约28°，4#桥台后侧山体及4#桥台处斜坡体即桥位区右岸岸坡为深厚崩坡积堆积体，堆积物质较为松散，以粉土夹碎石为主，骨架结构含量即碎石含量较少，土体内聚力、内摩擦角相对较低。
        通过上述方法对岸坡稳定性进行计算，结果如下
        表5.1-1     稳定性分析计算成果表

5.2 某大桥左岸岸坡稳定性分析
        左岸山体地形坡度约32°，0#桥台后侧山体及0#桥台处斜坡体即桥位区左岸岸坡为深厚崩坡积堆积体，堆积物质较为密实。现通过上述计算方法来分析在四种工况下该岸坡的稳定性
        计算结果见表表5.2-1
        表5.2-1     稳定性分析计算成果表

        6 结论与建议
        1、塌岸区和塌岸区范围较大，覆盖层深度较厚，塌岸区在蓄水之前处于稳定状态，但在电站运营期间，在库水的影响下，滑动变形发生在塌岸区的部分坡体。
        2、分析显示，正常蓄水时，坡体在自然状态下是保持其稳定状态的，且在以下情况：自重与暴雨结合、自重与地震结合时，也可以保持稳定。而当电站运作时，坡体稳定改变，呈现欠稳定性状态。当水位以1.2m/d的速度骤降时，滑坡体失稳。
        3、在自然状态下、暴雨时、地震时，某大桥岸坡是在稳定状态下。电站正常运作时，两岸斜坡稳定性消失，出现欠稳定状态，且水位骤降时，岸坡失稳从而遭到破坏。
        4、某大桥两岸岸坡塌岸区范围较大，滑坡数量纵多，规模巨大，且滑体厚度较大，彻底整治施工难度大，工程费用高，该段公路建议采用隧道方案绕避，从而达到永久治理的目的。
        参考文献：
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