宜万铁路桥墩高陡岸坡稳定性分析

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摘要：宜昌—万州铁路全长约380km，线位滨临清江，地理位置属云贵高原之东北缘的鄂西山地。该铁路受区域构造影响，节理裂隙发育，岩体破碎，形成较多的高陡岸坡。以分香溪右线中桥1号墩为例，其右侧为高陡岸坡，整治难度较大，易造成坍塌、落石等严重的地质灾害，危及桥墩及施工人员的生命安全。介绍分香溪右线中桥1号桥墩基坑开挖、分析右侧高陡岸坡对桥台的影响；在现场调查、地质勘察及研究既有资料的基础上，对其产生的原因进行分析，确定加固方法为：锚杆+挂网喷射混凝土措施。实践证明，此方案可增强岩体围岩整体性，加强边坡的稳定性，经济合理，可为类似加固设计施工提供借鉴。

关键词：宜万铁路；分香溪中桥右线；高陡岸坡；原因分析；整治设计

1工程概况

宜万铁路分香溪右线中桥（简称本桥）所属地区为中低山区，地形陡竣，河谷深切，中桥跨越分香溪河谷，河谷蜿蜒曲折，河岸冲刷光滑，为“V”形谷，河床中部分地段堆积块石，部分基岩裸露，两侧岸坡陡峻，宜昌侧边坡相对较缓，坡角45°～55°。本桥1号墩中心里程为IIDK048+841，原设计为明挖扩大基础，横向宽5.63m，纵向长3.94m。

2施工现场地质情况

2008年7月13日会同桥梁专业现场对本桥1号墩扩大基础验证，基坑开挖揭示为白云质灰岩，灰白色～青灰色，弱风化，岩层产状为185°～215°∠10°～25°，节理裂隙较发育，发育分为3组：（1）节理产状为120°∠85°，为宽张节理，节理间距1～4m，延伸长2～5m，无充填，节理面粗糙，有渗水；（2）节理产状为10°∠85°，为构造节理，节理间距约为1m，延伸长2～5m，无充填，节理面粗糙，有渗水；（3）节理走向为235°，为宽张节理，间距1～10条/m，延伸长2～5m，无充填，节理面粗糙，有渗水，与线路平行。

3施工现场变更原因分析

原设计为明挖扩大基础，开挖后基础左侧襟边宽度约6m（见图1（a）），满足设计要求。2008年8月14—15日由于宜昌地区连降暴雨，使溪内水量猛涨，加之沟底地形坡度大，水流速度快，水流夹杂上游沟底堆积的碎、块石等，对沟内坡面产生极大冲击力。根据现场实测数据，水流流速v为15m/s，水深H为6m，水流流向与坡面的夹角a约80°，K为绕流系数取1，水的容重γ为9.8kN/m3，重力加速度g为10m/s2。水流的冲击力公式：P=K×γ×h×v×1-cosa。（1）gsina根据式（1）可计算水流的冲击力P为1125kN/m。受溪水水流强力冲撞后，承台基础下部岩体顺着节理面及水流的方向，逐步使岩体剥离山体，致使承台左侧无襟边宽度且与沟谷近似垂直（见图1（b）），影响基坑岩体的整体稳定性，难以满足设计要求；且承台右侧岸坡，坡面存在松动块石，受走向235°节理切割岩体影响（见图1（c）），并倾向线路，存在安全隐患，需对现场情况作出安全评估与评价，保证安全。

4桥台岸坡稳定性分析

岸坡稳定性分析主要包括定性分析和定量分析2个部分。定性分析方法主要在对宏观区域地质条件分析的基础上，通过详细工程地质勘察，分析影响边坡稳定的主要因素、失稳力学机制及可能的破坏形式等，对边坡的稳定状况及其可能发展的趋势作出定性的说明和解释。定量计算方法主要有极限平衡法、数值分析法和模型试验法等[1-4]。采用赤平投影发进行定性成果分析（见图2、表1）：（1）2组节理产状与坡面切割线位于坡面内，但层面倾角小于10°，岩体基本稳定；（2）2组节理交割线位于坡面外但切割线节理产状倾角陡倾，受溪水冲刷影响，岩体受节理切割影响发生倾倒崩落破坏，致使坡面岩体较不稳定；（3）右侧山体边坡受走向23°节理切割，切割后山体岩层倾向线路，切割体对桥墩稳定产生影响。由于该桥墩右侧岸坡岩体为灰岩弱风化层，节理裂隙发育，岩体破碎，且右侧坡面受走向235°节理切割，边坡垂直高达17m，并倾向线路方向，危及线路安全。采用极限平衡法进行定量计算，依据TB10025—2006《铁路路基支挡结构设计规范》中10.2.4-1～2规定：反算计算内摩擦角为φ=55.7°，其稳定安全坡率m=tanφ/2≈0.75。由于岸坡已开挖，右侧岸坡坡面近似垂直，达不到安全稳定坡率，需对坡面进行处理。结合相关规范及实践经验，选取该坡面岩体参数值γ=24kN/m3，C=0kPa，安全稳定系数K取1.25，计算该楔体剩余下滑力为560kN/m。通过定性分析及定量计算分析得出：该岸坡岩体节理裂隙发育，岩体破碎，右侧山体边坡受走向235°组节理切割后产生破坏，易发生灾害；另外2组节理（见表1），根据赤平投影交割线位于坡面外切割面倾角较陡，受溪水水流冲刷影响，易发生坍塌、落石，危及桥墩安全；为提高岸坡岩体的整体稳定性，需对岸坡及坡面进行加固与防护。

5整治加固方案比选

治理的基本原则：（1）削坡减载，稳定坡率；（2）施加锚固力，消除剩余下滑力，保证右侧岸坡稳定。5.1消坡方案由于右侧岸坡达不到稳定安全坡率，需对其坡面进行减载，坡脚设挡墙，墙顶以上边坡采用坡率1∶0.5～1∶1.0放坡防护。虽然此方案对提高围岩整体性和稳定性效果更好，但由于基坑开挖已形成高陡边坡，坡面近垂直，且临近分香溪溪边。减载后，土石方量较大，由于受地形地貌条件控制，施工运输难度大，影响施工工期，受施工条件限制，所以未采用该方案。5.2加固方案根据岸坡稳定性检算结果，楔体剩余下滑力为560kN/m，为提高围岩的整体及稳定性，初步拟定2种加固方案。5.2.1预应力锚索加固设预应力锚索共21孔，锚固力440kN，每孔4根φ12.7mm，间距3m，正方形布置，锚固端长10m，锚索长度17m，倾角15°，孔径130mm。5.2.2锚杆加固设锚杆共49孔，每孔设1根φ32mm螺纹钢筋，间距2m，正方形布置，锚杆长度12m，倾角15°，孔径73mm。对比2种方案得出：采用锚索加固，施工进度慢、施工工艺复杂、造价较高，施工工期长；采用锚杆加固，施工进度快，施工工艺较简单，造价低，施工工期短。最终确定的锚杆坡面加固方案见图3，加固运营现状见图4。5.3方案确定由于铺轨工期紧迫，该桥梁基坑工程被水流冲刷后，线路右侧形成不稳定的高陡岸坡，危及桥墩安全，如不及时处理或处理不到位，势必影响铺轨进度。结合现场实际情况综合分析考虑，最终采用锚杆加固+挂网喷射混防护方案措施进行加固（见图4）。

6结束语

该铁路2010年底通车运营至今6年多的时间，加固后该桥台右侧边坡未出现明显的裂缝以及次生灾害，边坡稳定。实践证明：锚杆+挂网喷射混凝土措施可增强岩体围岩整体性，加强边坡的稳定性。验证通过现场地质勘察测绘及室内综合稳定性分析得出的设计方案合理有效。桥墩承台以下坡面基岩裸露部分，因工期原因未及时进行处理，设计回访后，已对该部分进行加固处理，现状良好。

参考文献：

[1]中铁第四勘察设计院集团有限公司.分香溪右线中桥IIDK48+821.18～IIDK48+877.17段工程地质勘察报告[R].武汉，2008.

[2]TB10012—2007铁路工程地质勘察规范[S].

[3]TB10025—2006铁路路基支挡结构设计规范[S].

[4]中铁第四勘察设计院集团有限公司.宜万铁路宜昌至万州段新建工程施工图——分香溪右线中桥1＃墩边坡防护变更设计图[R].武汉，2008.

作者：张烨 单位：海峡（福建）交通工程设计有限公司