成简快速路夏家沟大桥左侧斜坡变形体稳定性分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 成简快速路夏家沟大桥左侧斜坡变 形体稳定性分析 摘要：通过对夏家沟大桥左侧斜 坡变形原因的分析，采用假定分条间推 力方向的分析法传递系数法进行变 形体稳定计算，并根据计算结果提出了 合理的处理方案。研究成果和思路可以 为其他类似的边坡变形体的工程处理提 供一定的经验和参考。 中国论文网 /2/view-12911014.htm 关键词：斜坡变形体；传递系数 法；稳定性分析；稳定性监测 1 概述 成简快速路成都段起于龙泉驿区 东山国际新城，止于龙泉湖旅游景区， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 路线全长约 15.68Km。路基宽度 24.5m，双向四车道，一级公路标准设 计。夏家沟大桥左侧斜坡变形段位于路 线 K9+580K9+700 左侧一山间槽谷中， 该段左侧为高山，右侧为夏家沟河谷， 自然坡度 1045。变形体长约 120m， 宽约 67m，主要沿路线展布。该处自然 斜坡上部为素填土及坡残积粉质粘土， 厚度 217m，下伏基岩为侏罗系蓬莱镇 组泥岩夹砂岩。基岩强风化带厚 518m，以碎块状为主，中风化带埋深 1435m，岩体较破碎，段内无断层通 过。变形体地面主要为果园，地表覆土 较薄，勘察期未见地表开裂和崩塌现象， 土层未见破坏迹象，因此判断该处地层 总体是稳定的。2010 年初本段公路开始 施工，由于路基弃方较多，加之场地条 件限制，施工单位将现变形体所在的沟 谷用作临时弃土场。从 1 月 27 日始至 7 月 3 日止，弃土场总共弃土约 4.9 万 方，弃土高度最大 12m，并于 2 月 10 日至 4 月 23 日在弃土场下方修建一高 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 约 5m，宽约 2.5m 的挡墙，挡墙外侧距 离夏家沟大桥墩柱最近距离约 3m。从 挡墙完工至堆载结束，挡墙及下方桥墩 柱均未发现异常，然而在 10 月 28 日施 工单位测量人员对桥墩柱位移进行复测 时，发现部分桥墩柱有不同程度的倾斜 和偏移，同时挡墙有拉裂现象，最大裂 缝宽约 15cm，弃土堆顶部也见有一平 行于挡墙轴线的张拉裂缝，裂缝长约 90m，宽约 5cm，见图 1。在其后桥梁 桩基检测时，发现了局部桩基已被土体 剪断，桩基最大断裂深度约 13m。 2 边坡变形原因分析 变形发生后，我单位组织人员多 次到现场进行了地质调查和测量，同时 安排钻机进行了地质补勘。根据现场了 解到的情况，工程区地形斜坡坡度大， 坡残积土层厚度变化大，同时由于临近 尖尖山断层，下伏基岩较破碎，岩层倾 向山体内侧。斜坡变形段土体历史上雨 季受雨水及沟水冲刷，曾经发生过小范 围的表层流坍。但事故发生后场区地质 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 调查中未发现原地面地表开裂、鼓包及 地下水涌出，同时地表果树未见倾斜， 下部既有机耕道内侧土体也未见垮塌和 剪出。虽然调查结果表明场区地层总体 是稳定的，但由于变形段土体局部变形 较大，已经影响到下部桥基础的安全， 因此该变形段局部稳定性较差，属不稳 定地段。 综合分析斜坡变形体产生的原因 主要是场区横坡陡，土层厚薄不均，桥 区左侧弃土场堆载使桥区土体承受了较 大的下滑力，加之受雨季土体饱水影响， 土体自重增大，抗剪强度降低，当土体 承受的下滑力大于其抗滑力时，土体开 始向外（即桥位方向）缓慢位移（此时 弃土场挡墙发生拉裂破坏） ，同时将剩 余下滑力传递到下部土体，并最终传导 到桥桩基上。由于桥桩基为一刚性体， 其下部在基岩中，上部在土层中，当剩 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 余下滑力累计到一定程度时即产生桩基 的剪切破坏（即断桩） 。 3 变形体的应急处理措施 根据现场实际情况及事故原因分 析，本项目业主及施工单位及时采取了 一些应急处理措施。主要包括定量分析 变形段边坡稳定性、加强变形体位移监 测、加强变形体范围临时地面排水措施、 搬移临时弃土场。 4 变形体稳定性定量分析 4.1 稳定计算方法 根据上述分析可知，变形段在堆 载的情况下主要沿基岩顶面发生了蠕变 和位移，但没有发生整体破坏，尚未形 成滑坡。根据场区地形条件、土层结构、 地下水埋深、桩基断裂高程等情况，我 们假定了 4 条可能的潜在滑动面，见图 2，用传递系数法对边坡变形体稳定性 进行了定量分析。 计算时，我们将潜在滑动面上部 的土体细分为多个竖向条块，单一条块 受到的力如图 3 所示。将各作用力投影 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 到底滑面上，其平衡方程如下： Pi=(Wisini+Qicosi)-+ +Pi- 1i-1 (公式 1) 式中 i-1=cos(i-1-i)-sin(i-1-i) (公式 2) 公式 1 中，第 1 项表示本土条的 下滑力，第 2 项表示土条的抵抗力，第 3 项表示上一土条传下来的不平衡下滑 力的影响，i-1 称为传递系数。在进行 计算分析时，需要利用公式 1 进行计算， 即假定一个 Fs=0，从边坡顶部第 1 块土 条算起求出他的不平衡下滑力 P1(求 P1 时，式中右端第 3 项为零)，即为第 1 和第 2 块土条之间的推力。再计算第 2 块土条在原有荷载和 P1 作用下的不平 衡下滑力 P2，作为第 2 块土条和第 3 块土条之间的推力。依次计算到第 n 块（最后一块） ，如果该块土条 在原有荷载及推力 Pn-1 作用下，求得 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的推力 Pn 不为零，则调整滑体的加权 抗剪强度 Ci、i 的值，使最后一块土条 所受到的推力为零或者几乎为零。这种 情况是假设边坡处于极限状态。然后， 假设边坡是稳定的，根据设计规范取边 坡的稳定系数 FS=1.25，用已经调整的 抗剪强度 Ci、i 值，计算边坡的每个土 条的剩余下滑力 P。 如果采用总应力法，式中可略去 uili 项，C 、 值可根据土的性质和当地 经验，采用勘测实验和滑坡反算相结合 的方法来确定。Fs 值可根据滑坡现状及 其对工程的影响等因素确定，一般取 1.051.25。另外，应注意土条之间不能 承担拉力，当任何土条之间的推力如果 出现负值，则意味着 Pi 不再向下传递， 而在计算下一块土条时，上一土条对其 的推力取 Pi-1=0。 各土条分界面上的 Pi 求出后， 可求出此分界面上的抗剪安全系数： Kvi=cihi+（Picosi+Upi）tani (公式 3) -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 式中：Upi作用土条侧面的 孔隙水压力； hi土条侧面高度； c、土条侧面各土层的加权 抗剪强度指标。 4.2 稳定计算中的指标选择 由于变形体位于夏家沟大桥左侧 上方，如果变形体向下继续位移，势必 会影响大桥的安全，并将危及成简快速 路的正常通车。针对这种情况，成简项 目部领导作出指示，务必对变形体稳定 性进行定量评价，并根据评价结论采取 合理的工程处理措施。 依据场区土工试验成果及相关经 验值，考虑到土体已经变形破坏，取土 体饱和残余抗剪强度值对各潜在滑动面 在卸载前后暴雨状态下的稳定性进行试 算。计算时不考虑地下水及地震的影响， 下滑体各土层具体取值见表 1。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 4.3 稳定计算的成果及分析 采用上述物理力学指标，利用传 递系数法进行计算，得出卸载前各潜在 滑动面的抗剪安全系数 KS 如表 2 所示。 计算结果表明：卸载前 1、3 号 潜在滑动面的稳定系数均大于 1.1，说 明即使在饱水状态下，1、3 号滑动面也 是相对稳定的；2、4 号潜在滑动面的稳 定系数分别为 0.977 和 0.992，说明在饱 水状态下 2、4 号潜在滑动面均处于下 滑的临界状态，这与卸载前场区观测到 的土体向下蠕动及桩基开裂破坏的情况 是一致的。计算结果表明本段桥区土体 在附加荷载及地下水影响下即会向下位 移，同时整个变形体均为不稳定体，其 中 2 号滑动面为最不利潜在滑动面。 为进一步查明变形体的抗剪强度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 指标，我们还采用了指标反算的方法。 反算时取临界状态下的安全系数 Ks1.0，弃土、素填土饱和抗剪强度 取值如表 1，坡残积粉质粘土 值仍取 12，反算堆载前最不利滑动面（即 2 号滑动面）的 C 值；反算得出坡残积粉 质粘土层 C29kpa ，粉质粘土粘聚力 （C 值）反算值(29kpa) 与试验值 (27kpa) 基本一致，同时本次计算得出的结论也 符合实际情况，因此认为土工试验得出 的场区粉质粘土饱和残余抗剪强度基本 反应了其在饱水状态下的综合抗剪强度。 考虑到工程区土体中如果没 有桩基，其实际抗剪强度可能稍低，这 样就可能在弃土场堆载及暴雨时发生剪 切破坏，所以仍以 2 号潜在滑动面为计 算滑面，取其稳定系数 Ks0.90，弃土 和素填土饱和抗剪强度取值如表 1，粉 质粘土 值仍取 12，反算卸载前粉质 粘土的 C 值；反算得出粉质粘土 C20kpa，再次反算结果表明桥区粉质 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 粘土（不考虑桩基作用）的饱和抗剪强 度值为 C=20kpa， 12。 先按表 1 所列的物理力学指标计 算各潜在滑动面在卸载后的安全系数 Ks，然后考虑自然状态下（不考虑桩基 作用） ，采用第二次反算所得出的粉质 粘土抗剪强度值 c=20kpa，12 （其 余土层抗剪强度取值同表 1） ，再次验算 卸载后各潜在滑动面的稳定系数，各层 土体的饱和重度仍取 22 kN/m3，计算结 果如表 3。 另外，为查明变形土体对桥桩基 的影响，依据第二次反算指标计算了卸 载后暴雨状态下，各潜在滑动面上部土 体对最内侧桩基的桩后剩余下滑力和桩 前被动土压力，计算结果如表 4。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 卸载后的计算结果表明：当左侧 弃土场搬迁后，14 号潜在滑动面的稳 定系数 Ks 均大于 1.2，说明卸载后桥区 土体整体是稳定的。另外卸载后，14 号潜在滑动面上部土体对最内侧桩基的 桩后剩余下滑力均小于桩前被动土压力， 说明卸载后桩基不受土体横向力的作用， 因此卸载后桥区桩基是安全的。 5 变形体稳定性监测 问题出现后，本段施工单位测量 人员在变形区紧急布置了 12 个观测点， 从 2010 年 10 月 29 日起 24 小时监测桥 墩柱位移情况，观测数据见表 5表 7。 从上述观测数据可以看出，在卸 载前的 2010 年 10 月 29 日，变形段个 别观测点位移较大，其中 Z-12-2 号观测 点中心偏位达 20.8cm，Z-13-1 号观测点 中心偏位达 24.8cm；卸载基本结束后的 2010 年 11 月 20 日，Z-12-2 号观测点中 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 心相对偏位 0.7cm，Z-13-1 号墩中心相 对偏位 0.1cm；完全卸载后的 2010 年 12 月 5 日，Z-12-2 号观测点中心相对偏 位 0.2cm，Z-13-1 号观测点中心相对偏 位 0.2cm。这说明自 2010 年 10 月 29 日 到 12 月 5 日，变形区各观测点相对位 移均不超过 1cm，特别是完全卸载后各 观测点相对位移均不超过 0.3cm，观测 数据说明弃土场卸载后，桥区地层已趋 于稳定。 6 结论与建议 （1）变形体稳定性反算表明场 区坡残积粉质粘土的饱和残余抗剪强度 实验值 C=27kpa， 12符合场区实际 情况。另外，后缘在弃土堆顶后侧的 2、4 号潜在滑动面在卸载前饱水状态下 处于向下滑动的临界状态，其中 2 号滑 动面稳定系数 Ks 值仅为 0.977，为最不 利滑动面。计算表明卸载之前变形体稳 定性差，整个变形体在外加荷载作用下 处于向下蠕变的不稳定状态。 （2）桥区部分桩基开裂及墩柱 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 偏移主要是因为左侧弃土场堆载引起。 位于变形段的桥区上部土层在堆载及暴 雨作用下向下缓慢位移，同时将剩余下 滑力传递到下部土体，进而传递到桩基， 使桩基承受的土体侧向剪切力大大增加。 当剪应力大于桩的抗剪强度时，桩基即 被剪断。 （3）弃土场搬迁后，桥区土体 上的附加荷载消失，变形体稳定性计算 结果表明卸载后变形体抗剪安全系数 Ks 大于 1.2，说明卸载后桥区土体整体 是稳定的。同时变形段地面位移监测数 据也表明卸载后，桥区地层已逐渐趋于 稳定。 （4）各潜在滑动面上部土体对 桥区内侧桩基的桩后剩余下滑力及桩前 被动土压力计算结果表明：卸载后各滑 动面对最内侧桩的桩后剩余下滑力均小 于桩前被动土压力，这说明卸载后桥区 桩基是安全的。 （5）建议弃土场完全搬迁后一 段时间，施工单位仍需加强本段斜坡的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 地表变形和位移监测，同时应及时将观 测结果通告业主及设计单位，以指导后 续设计及