山区复杂地形地质条件高架桥勘察评价

本项目G85根据国高网和云南省干线网，麻柳湾至昭通公路是国家高速公路网规划中南北纵线G85重庆～昆明高速公路中的一段，是我国高速公路主骨架的重要组成部分。G85重庆～昆明高速公路由四川省宜宾进入云南省水富县，经昭通至云南省会昆明，云南境内里程长550公里。本项目作为云南省北大门交通主干道G85的北段，是云南出省通往四川及东南亚的交通主动脉，全长105.756km。本项目安徽省交通规划设计研究院有限公司K0+000～K35+129.013云南省交通规划设计研究院（主体设计单位）K36+000～K106+872.120安徽院水麻高速昭待公路起点终点云南院第1合同段起点K0+000第1合同段终点K35+521.326大关联络线K1+525特大桥凉水井隧道小岩脚隧道老营盘隧道胡家湾子1、2号隧道大树子隧道半坡隧道赵家屋隧道堰沟隧道K4+253特大桥K21+553特大桥K34+885特大桥A2K11+835特大桥K15+628特大桥K33+263特大桥隧道35.03%桥梁43.68%路基25.57%桥隧比78.71%地形地貌复杂，地形为强侵蚀中高山峡谷，河谷深狭、山坡陡峭，局部为悬岩峭壁，抬头见不到山顶，低头看不到谷底，基岩面起伏变化剧烈，断裂构造发育，工程地质条件复杂。项目区在山坡上或坡脚、悬岩下方，广泛分布碎石类土和岩堆，厚度大，岩堆组成复杂，密实程度变化大，边坡稳定性差。项目区不良地质发育，滑坡、岩溶、泥石流和危岩、崩塌及岩堆全线分布广泛，部分规模大，对工程安全危害严重。项目区地震动峰值加速度为0.15~0.10g，对应地震烈度为Ⅶ。勘察重点桥梁隧道深路堑不良地质（滑坡、岩溶、泥石流、危岩、崩塌和岩堆）挡墙、路基、涵洞、通道及弃取土料场勘察规模推荐线总长约35.04Km，特大桥7座，大桥48座，中桥15座，匝道桥9座(二处互通)，大部分桥梁均为高墩大跨隧道12座，长大隧道6座，隧道钻孔孔深达到350m深路堑17处大型滑坡2处，岩堆18处挡墙105处、弃土场17处、料场5处、涵洞和通道若干处K8+200～K18+800凉水井隧道麻柳湾端洞口凉水井隧道昭通端洞口本桥跨越洒渔河，跨径布置3×40+(80+2×150+80)+15×40米。上部采用预制T梁、连续刚构，下部采用圆柱墩、空心薄壁墩，桩基础，最大墩高约122米。洒渔河特大桥桥位K18+800～K23+600本桥跨越深沟及洒墨线，跨径布置8×40+(80+150+80)+8×40米。上部采用预制T梁、连续刚构，下部采用圆柱墩、空心薄壁墩，桩基础，最大墩高约96米。芝来沟大桥桥位K18+800～K23+600本桥跨越深沟及洒墨线，右线跨径布置2×20+(95+180+95)+3×30+2×20米，左线跨径布置2×30+(95+180+95)+4×30米。上部采用预制T梁、连续刚构，下部采用圆柱墩、空心薄壁墩，桩基础，最大墩高约99米。三岔沟特大桥桥位K23+600～K35+129本桥跨越深沟，右线跨径布置17×40+(50+90+50)+14×40米。上部采用预制T梁、连续刚构，下部采用圆柱墩、空心薄壁墩，桩基础，最大墩高约79米。腰岩特大桥桥位K23+600～K35+129熊家沟特大桥桥位本桥跨越深沟，跨径布置2×30+(95+180+95)+4×30米。上部采用预制T梁、连续刚构，下部采用圆柱墩、空心薄壁墩，桩基础，最大墩高约136米。起点顺接水麻高速，沿大关河升坡，经四方石、大园子、大桥至新寨，跨过洒渔河后经高坎子、悦乐镇、胡家湾子、银盘、龙塘、沙池，在小垭口附近接第二合同段，路线全长35.129公里。泡桐湾特大桥泡桐湾特大桥是我公司承担设计的麻昭路第一合同段中的一座特大桥梁，其所处地形陡峭，地质条件复杂，是本项目的重点及难点之一。1、地形、地貌该桥位于大关县悦乐镇里底村，属中山地貌，地形起伏较大，路线沿洒渔河右侧岸坡展线升坡，路线左侧为洒墨线，桥区范围内中线地面高程915m～1025m。原设计泡桐湾特大桥位于K14+651~K15+711段，该段在K14+940处跨越一冲沟，主跨跨径90m，边跨50m。冲沟小桩号侧为岩堆地质。洒渔河洒墨线洒墨线冲沟1、地形、地貌该桥位于大关县悦乐镇里底村，属中山地貌，地形起伏较大，路线沿洒渔河右侧岸坡展线升坡，路线左侧为洒墨线，桥区范围内中线地面高程915m～1025m，最大相对高差110m。原设计泡桐湾特大桥位于K14+651~K15+711段，该段在K14+940处跨越一冲沟，主跨跨径90m，边跨50m。洒渔河洒墨线洒墨线冲沟麻柳湾昭通2、地质条件桥位区覆盖层主要为第四系素填土（Q4me）、更新统坡积成因（Qpdl）粉质黏土、角砾及崩积成因（Qpc）粉质黏土、碎石、块石，下伏基岩为志留系下统黄葛溪组（S1h）泥质灰岩、砂质灰岩、灰岩、泥灰岩。下图为泡桐湾特大桥地质纵断面图及部分断面地质横断面图。主跨K15+271横断面K15+311横断面K15+351横断面地质纵断面图90m主跨桥墩麻柳湾端：该桥墩位于斜坡上，地形陡峭，自然坡度约50°，钻孔揭露地层岩性为粉质粘土、碎石、块石，分布厚度大，约51.5m，该处为一处大型岩堆堆积体，其中粉质黏土夹层厚度约8m。主墩墩位处边坡整体稳定性差。主跨桥墩昭通端：该桥墩位于陡斜坡上，斜坡坡向约230°，坡度约50°，基岩裸露，出露基岩为中风化泥质灰岩，岩层产状为340°∠62°。主墩墩位处边坡整体稳定性好。块石土层粉质粘土夹层3、路线总体设计该段路线沿洒渔河岸坡展线，受项目起终点高程控制，路线全线一路升坡。泡桐湾特大桥位于一段S型曲线内，圆曲线半径分别为1244m、2317m，主跨位于第一段平曲线内。3、路线总体设计该段路线沿洒渔河岸坡展线，受项目起终点高程控制，路线全线一路升坡。泡桐湾特大桥位于一段S型曲线内，圆曲线半径分别为1244m、2317m，主跨位于第一段平曲线内。Ls-170m3、路线总体设计该段路线纵坡坡度分别采用3.95%、2.94%向大桩号升坡。受起终点高程限制，路线爬坡需要，该段线位难以左右大幅移动来避让主跨冲沟处大型岩堆体。本桥跨越深沟，右幅跨径布置30+4×40+(50+90+50)+18×40米，长1060m；左幅1跨径布置4×40+(50+90+50)+30米，左幅2跨径布置15×40米，共长970m。上部采用预制T梁、连续刚构，下部采用圆柱墩、Y形墩、空心薄壁墩，桩基础，最大墩高约50米。泡桐湾特大桥小桩号泡桐湾特大桥大桩号4、桥型方案桥位区覆盖层主要为第四系素填土（Q4me）、更新统坡积成因（Qpdl）粉质黏土、角砾及崩积成因（Qpc）粉质黏土、碎石、块石，下伏基岩为志留系下统黄葛溪组（S1h）泥质灰岩、砂质灰岩、灰岩、泥灰岩。桥位区不良地质现象主要为岩堆，广泛分布于桥位区，整体呈单面坡型，一般厚度10.0m-44.6m不等，最大揭露厚度51.5m。岩堆体植被不发育，大部分已被人工改造成耕地，堆积物块石、碎石含量约占80%，粒径20mm-1000mm不等，地表出露最大块石直径可达5.0m，母岩成分主要为灰岩、泥质灰岩等，充填物为角砾、粉质黏土等，覆盖层主要为粉质黏土，厚度一般1.0m-3.6m。堆积物块体间孔隙度大，局部结构较松散。针对泡桐湾特大桥桥址场地山坡陡峭，岩堆体发育的情况，特别对泡桐湾特大桥冲沟两侧典型边坡进行稳定性计算。由于岩堆体物质主要为碎石、块石等，多为泥砂质充填，为非均质体，密实程度差异较大，试验难以获得准确c、φ值，计算用C、Φ值参考当地同类地层抗剪强度经验数据，结合岩堆体现在稳定性情况的反算成果综合确定的。稳定性分析计算，采用极限平衡法国际通行的严格M-P法和三维数值方法对桥墩边坡的稳定性进行评价。根据详细地质勘察和稳定性分析最终成果，工程建设区域内岩堆边坡非常陡峻，其稳定程度普遍不高，部分岩堆边坡在天然工况下处于基本稳定和临滑状态，在饱水和地震+饱水工况下存在局部失稳的概率非常大，在不当的施工扰动下也易失稳。3.1二维严格极限平衡分析(M-P法)①计算工况依据相关规范，依次共考虑三种工况：自然工况、饱水工况、地震+饱水工况。工况二考虑到岩堆体透水性较好且坡面较陡，由于水位线不便准确确定，采用通过折减滑面参数和饱和重度的简化计算方法；工况三中的地震力依据《公路工程抗震设计规范》中的3.1.3条计算。②计算断面确定根据勘察成果，选取岩堆体厚度较大、地形坡度较陡的断面进行稳定性计算，具体为K14+820~920边坡、K14+950~K15+020边坡。③参数选取结合定性分析和现场情况，选取泡桐湾边坡的K14+820~920边坡、K14+950~K15+020边坡这2个断面进行参数反演，经反算初步认为下列参数组合是恰当的。岩土名称天然工况暴雨工况天然重度γ(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角φ(°)饱和重度γ(kN/m3)饱水粘聚力c(kPa)饱水内摩擦角φ(°)粉质粘土19323019.53028碎石21204221.51840块石221845231643强风化砂质灰岩235048244647中风化砂质灰岩2610048269547下图中2号剖面即为本桥K14+820~920边坡、K14+950~K15+020边坡计算剖断面。④稳定性计算结果岩堆边坡稳定性计算结果一览表表4序号进行稳定性计算的工点计算剖面编号工况稳定性滑坡体积m3/m滑体深度m是否有桩基滑坡范围稳定系数(Fs)稳定状态1泡桐湾特大桥K14+820～950天然0.896不稳定2135.0044.8深层滑动有K14+850～947暴雨0.885不稳定地震0.825不稳定2K14+950～020天然1.578稳定暴雨1.460稳定地震1.348稳定④稳定性计算结果岩堆边坡稳定性计算结果一览表表4不稳定稳定3.2桥墩边坡三维数值分析重点选取K14+766~K15+096段，建立三维地质模型，采用强度折减法，重点分析主墩所在高陡边坡的整体稳定性。分四种工况计算整体稳定：①无墩正常状态下；②有墩正常状态下；③无墩（桥梁荷载作用）暴雨状态下；④有墩（桥梁荷载作用）暴雨状态下。三维模型重点选取K14+766~K15+096段，建立三维地质模型，采用强度折减法，重点分析主墩所在高陡边坡的整体稳定性。分四种工况计算整体稳定：①无墩正常状态下；②有墩正常状态下；③无墩（桥梁荷载作用）暴雨状态下；④有墩（桥梁荷载作用）暴雨状态下。在非暴雨情况下，最危险坡为冲沟小桩号岸陡坡，滑动方向为与冲沟走向成锐角方向，而非垂直冲沟走向方向，这主要取决于最高最陡坡的倾向方向。滑面深度较浅，滑面穿过岩堆层中浅部滑出。而在暴雨情况下，岩堆体强度减弱，重度增大，更易诱发滑坡。3.3精细三维弹塑性分析为进一步印证上述整体稳定性分析，该桥位区还进行了三维弹塑性应力及变形分析。模拟过程按真实施工过程进行，即分段开挖挖孔桩桩孔，浇注孔四周护壁，桩孔挖到桩底部位后，再完成桩的浇注，四个桩逐一施工。根据分析，大桥的桩基施工对此处边坡影响非常显著，尤其是第一根桩施工影响更加立竿见影，后来几根桩施工也有影响，但没有第一根桩影响明显，可能的原因是，此坡本来就处于邻近极限状态，此时稍有扰动即会产生急剧变化，而第一根桩施工好后，实际上起到了一定的抗滑桩作用，对边坡稳定是有利的，另外，第一根桩的存在对其他桩起到了遮帘作用。加固处治方案K14+820~920岩堆边坡纵向、横向加固方案该段岩堆坡度约56°，高约70m，长约80m，设计下滑力为5353kN/m。采用预应力锚索抗滑桩和预应力锚索相结合的加固方案。横向采用双排抗滑桩，纵向采用单排抗滑桩。纵向横向加固处治方案抗滑桩间距6m，截面尺寸2mx3m，长度30m，滑面以下10m；锚索采用7束Φ15.2钢绞线，单根长度40m。预应力锚索间距4mx4m，采用5束Φ15.2钢绞线，单根长度40m。工程方案项目规格长度（m）数量（个）总长（m）估算费用（万元）预应力锚索抗滑桩锚索抗滑桩2×3m，30m，桩间距6m30278102992.2预应力锚