金阳河特大桥主要工程地质稳定性问题分析

李 博 廖文林

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610041)

1 工程概况

拟建国道356线金阳县金阳河特大桥位于四川省西昌市金阳县，拟建大桥为跨金阳河而建，起点位于金阳县城的NW端(城边)，止点位于金阳县城的对岸(仓房村)境内[1]。桥梁全长约759 m，推荐桥型主桥采用(116+2×200+115+40)m连续刚构桥，桥梁最大墩高195.0 m，属亚洲第三高[2]。桥梁位于高山峡谷区，地形地貌、地层岩性受构造控制，两岸卸荷裂隙发育，桥址区内危岩、松动变形体、岩溶等不良地质发育。

2 桥址区工程地质条件

2.1 地形地貌

测区处于攀西高原的南侧，金阳河由N向S斜穿桥轴线。测区分水岭山脊海拔多在2 700 m左右，金阳河谷底海拔约1 020 m，相对高差大于1 680 m，场地为深切高山峡谷地形，属侵蚀溶蚀构造中高山地貌，见图1。

金阳河右岸公路以下边坡较陡，斜坡上植被茂密，多为杂草、芭茅和少许灌木。中部(金阳河河床以上)斜坡较缓，自然斜坡约10°～20°，斜坡多被垦为旱地，主要为玉米地，有少许农舍分布。斜坡上为松散堆积层，未见基岩出露，仅在公路上边坡处有零星的灰岩出露。仓房村岸(左岸)桥台下方地形陡峭，总体坡度约50°～60°，呈折线型，陡崖上有少许灌木。陡崖下方为斜坡地形，自然坡度约20°～28°，坡上植被茂密。第四系沿斜坡堆积，斜坡至河床未见基岩出露。桥台及以上斜坡呈缓坡地形，自然斜坡约10°～15°，主要为当地居民的蔬菜和玉米种植地。

2.2 地层岩性

块石：褐黄色，石质成分以灰岩为主，棱角状，多呈强风化，余为粉粘粒，潮湿，稍密，透水性较好。主要分布于金阳岸斜坡，钻探揭露最大厚度3.5 m。

含角砾粘土：棕黄色，含约35%的灰岩、页岩碎石及角砾，可塑状～硬塑状。主要分布于仓房村岸斜坡，钻探揭露最大厚度15.3 m。

卵石：灰色，石质成分主要为灰岩、砂岩、花岗岩等，次圆状～圆状。饱和，中密，透水性好。结构不均，局部砂、砾石分别富集。

该层主要分布于金阳河河床及河漫滩，钻探揭露最大厚度33.5 m。

3)古生界奥陶系中统十字铺组(O2s)。

灰岩：灰～浅灰色，矿物成分以方解石为主，隐～微晶质结构，块状构造。局部富泥质，裂隙较发育，层间结合较差。

泥灰岩：黑灰色，矿物成分主要为方解石，次为粘土矿物，泥晶质结构，薄层状构造，滴稀盐酸起泡。结构不均，裂隙发育，隙面附铁锈色。

该层卧于松散层下，分布于仓房村岸，出露于左岸陡坎处，为桥位的主要持力层岩性，厚度大于15 m～77 m。

4)奥陶系下统湄潭组(O1m)。

灰岩：灰～浅灰色，矿物成分以方解石为主，隐～微晶质结构，薄～中层状构造。局部富泥质，网状裂隙较发育，隙面附铁锈色，层间结合较差。

砂质页岩：灰色、黄灰色～深灰色，以粘土矿物为主，石英、长石次之，钙质胶结，细粒结构，薄层状构造，结构不均，局部粉砂质富集而呈砂质页岩，页理不发育，沿页理面附铁锈色，岩质较软，用手可刻划，全层含少量铅锌矿。

该层卧于松散及十字铺组(O2s)层下，分布于整个场地及出露于左岸陡坎处，为桥位的主要持力层岩性，厚度大于166 m～262 m。

2.3 地质构造及地震基本烈度

场地内区域金阳断层于桥位上游约500 m处通过，该断层全长52 km。断层所切地层主要为上元古界，断裂对地层破坏较大，断面倾向W，倾角约80°，岩石挤压明显，为一向E俯冲的压性断裂[5]。

场地位于南北向的扭枯背斜的SE侧，经调查桥位岩层产状单斜，岩层产状为145°～180°∠15°～28°。优势产状：150°∠20°。在岩体中主要发育有二组节理：L1：35°～60°∠55°～70°，隙面平整、起伏，延伸大于1 m，切深0.1 m，间距0.1 m～0.2 m，L2：210°～270°∠245°～75°，隙面平直，延伸大于1.0 m，切深大于1.0 m，间距0.3 m～1 m，岩体中微裂隙发育，岩体在层面、节理的切割下呈碎片状结构。

区内新构造运动的特点以上升运动为主，形成高山狭谷，区内地震活动频繁而强烈，但震中多远离场地，场地仅受异地地震的波及及影响。根据GB 18306—2015中国地震动参数区划图国家标准，桥址区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，场地对应地震基本烈度为7度。

2.4 水文及水文地质

2.4.1水文

场地内金阳河为金沙江的支流，金阳河由N向S穿过桥轴，在下游约5 km～8 km处汇入金沙江，场地属金沙江水系。

勘察期间，金阳河常水量小于10 m3/s，洪期水位可高出枯水期约3 m～5 m。金阳河为桥位处最低侵蚀基准面和各类地表水及地下水的排泄通道。

2.4.2地下水

场地内地下水类型主要有：第四系松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水、岩溶水。

基岩裂隙水：赋存于场地O1m地层中的构造裂隙中，主要接受大气降水、上覆松散堆积物孔隙水和岩溶水的补给，向河及河下游排泄。由于砂岩、页岩呈夹层状分布于O1m地层中，在场地地形陡峻的影响下，降水及斜坡上的地下水向河谷中排泄迅速，故斜坡上的地下水贫乏。

2.4.3岩溶水

岩溶水赋存于O2s与O1m碳酸盐类岩石的溶蚀孔洞、溶蚀沟、槽及溶蚀裂隙组成的含水层中。地下水沿溶蚀裂隙、孔洞和层间裂隙顺坡向下或向沟谷径流排泄，以点滴状、侵润状产出，雨季时以小股状、股涌状产出，经调查地表未见泉水点出露，表明岩体渗透性较差，富水性较差。地下水主要接受大气降水和远程地下水的补给，受季节控制明显，枯水期地下水水量小；雨季时期水量相对较大。

3 金阳河特大桥主要工程地质问题及评价

3.1 松动变形体

在河谷两岸斜坡，由于节理裂隙发育，岩体在卸荷、重力等自然应力作用下，以及地下水溶蚀等作用下，临坡裂(溶)隙宽张最大达0.20 m～0.30 m，隙内充填粉质粘土，岩体受宽张裂隙影响松动变形强烈。在平面上，岩体松动变形带宽3 m～5 m，局部可达10 m，一般宽4.0 m；在垂向上，松动变形带发育深度受岩性、构造、地形制约，深度切层。据调查，强烈松动变形带位于桥轴线的上下游，在选择桥轴线时已避开，对桥梁工程不会有大的影响。据调查发现，在左岸平孔上方右侧15 m处见一宽约45 cm，长约15 m的宽张裂隙，在左岸平孔上方右侧8 m处见一宽约40 cm，长约10 m的宽张裂隙，该危岩均在桥轴线的上方，对桥梁有一定的危害，建议清除。

3.2 岩溶

桥位区基岩为O2s与O1m碳酸盐类岩石，斜坡地表未见溶蚀孤石、溶蚀漏斗发育，仅见少量溶缝及溶蚀裂隙，场地内以小型溶蚀地貌为主，沿层面及陡倾节理裂隙发育，岩溶形态以垂直形态分布为主，水平溶蚀形态次之。溶孔、溶隙：在地表与地下均有发育，溶隙主要是地表水沿裂隙渗流溶蚀所形成，宽几毫米～十几厘米，长度可见几米至十几米；溶孔多为溶蚀孔隙，呈虫孔状，蜂窝状，孔径地表较地下宽大，据地质调查地表溶孔孔径一般0.05 cm～2 cm，经地表水溶蚀扩大后形成孔洞。

部分钻孔中有少量φ2 mm～φ5 mm溶孔发育，个别孔径大于1 cm，孔内充填方解石晶体。其中ZK21中15.1 m～19.5 m揭露一溶洞，充填物主要以稍密状深灰色的卵石及细砂为主。但场地陡崖处未见有溶洞等出水点，同时结合地表地调成果并据TB 10027—2001铁路工程不良地质工质勘察规范表E.0.2的规定及《岩溶工程地质》(1984)等有关资料，区域岩溶强度等级为岩溶弱发育，对路线影响较小，但由于岩溶发育的不均匀性以及岩溶发育具隐伏性特征，在钻孔控制范围以外不排除存在较大的溶洞及暗河的分布，建议开挖至基底后，进一步查明基底以下5 m～8 m范围内的岩溶发育情况，若路基开挖基底发现溶洞及溶隙发育时，应进行处治，以确保桩基及桥梁墩、台基础的安全稳定性。同时建议在施工桥梁墩、台时，加强施工验证工作，以保证桥梁墩、台基础的安全稳定。

3.3 河床及岸坡的稳定性评价

金阳河谷深切，桥位处河流弯曲，河床纵坡较大，水的动力作用主要以侧蚀下切为主。

纵向上：河床纵坡较大，雨季时期，金阳河水流速、流量较大，金阳河河床由卵石、碎石、粘土、块石构成，在河水的下蚀作用下仍存在下切2 m～3 m的可能；横向上：河岸由卵石、碎石、粘土、块石构成，抗冲刷、淘蚀能力较差，在长期水流的作用下，导致发生缓慢后退引起上覆的土体失稳，故河岸的稳定性不高。

3.4 斜坡稳定性评价

桥位区左岸(仓房村岸)自然斜坡陡缓不均，左岸下部斜坡(河床以上)，斜坡相对较缓，自然坡度一般在30°～35°，呈折线型，第四系覆盖层厚度较大，上部为崩坡积层，中下部为冲洪积层，下伏基岩，斜坡植被发育较差，多为杂草、芭茅，坡脚受河水冲刷，自然斜坡稳定性不高，开挖后斜坡土体易产生坍塌或滑动。

河谷中上部斜坡较陡，呈悬崖状，为基岩裸露的逆向斜坡，自然坡度一般60°～70°，有两组节理裂隙发育，岩层倾向坡内，斜坡稳定不受岩层控制。根据节理裂隙切割关系分析，控制斜坡的主要结构面为L1,L2两组裂隙，岩体受L1,L2组裂隙的切割和层面的控制，其破坏模式为结构面切割岩体失稳，斜坡基岩为灰岩、砂岩，岩体呈裂隙层状结构，工程施工开挖切坡扰动易诱发斜坡岩体失稳。桥墩施工前建议将表层松动岩体清除，并将桥墩埋置于相对稳定的岩层中，使其对桥墩安全不构成危害。

桥台及以上自然斜坡平缓，自然坡度一般10°～20°，近直线型，斜坡土体主要为第四系崩坡积层，厚度不大，主要为含碎石粘土，自然斜坡稳定。桥梁工程对其扰动不大，不会导致斜坡土体沿岩土界面大规模失稳。

桥位区右岸自然斜坡相对较缓，一般在20°～30°，呈折线型。坡表为第四系覆盖层，厚度较大，上部为崩坡积层，下部为基岩，斜坡植被发育较差，多为杂草、芭茅，土质自然斜坡稳定。右岸斜坡为二元结构，第四系覆盖层为稍密状的块碎石及含块石粘土，坡表呈折线型，岩土界面呈起伏状，覆盖层厚度不均，根据钻孔揭露，厚约1.5 m～31.7 m。下伏基岩为古生界湄潭组的灰岩及砂质页岩。灰岩由于裂隙发育，灰岩多呈碎块状，砂质页岩相对较完整，岩层倾向与坡向小角度相交，为顺层切向坡，斜坡稳定性受岩层控制。斜坡基岩为灰岩、砂质页岩，岩体呈裂隙层状结构，但受其下伏倾斜岩面影响，其稳定性不高，由于土层厚度较大，开挖后斜坡土体易沿岩土界面产生滑动；而下伏基岩为顺向坡，岩层倾向河谷，倾角15°～28°，优势值20°，基本已超过软质岩层层面的综合摩擦角，斜坡上基岩面陡缓不均，局部岩层层面暴露于临空面或土层中，致使暴露于土体中的层面以上岩体稳定性差，受力后易产生滑动破坏。建议斜坡开挖期间加强位移监测、预警，为减少对坡体的扰动，尽量采用机械成孔，避免采用人工爆破方式成孔。

4 结论及建议

1)测区新构造运动表现为上升运动，场地中的区域臭水井断层为非活动性断层，场地内岩层不会受新构造运动的影响而发生变形、断裂、错动、位移而导致的地基失稳、失效的可能。

2)根据GB 18306—2005中国地震动参数区划图，场地地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征值为0.45 s，场地对应地震基本烈度为7度，场地较稳定，可修建特大桥。

3)场地桥梁地基的地层主要为桥位O2s与O1m灰岩、砂质页岩、石英砂岩，强风化带岩石裂隙发育，岩体破碎，不宜作桥梁基础持力层，中风化带岩体较完整，稳定性好，承载力较高，为良好的桥梁基础持力层。但金阳岸岩层暴露于土层中的层面以上岩体稳定性差，不能做大桥基础持力层。

4)⑧号、⑨号桥墩位于可溶岩地层内，钻孔揭示有溶洞发育，在桥基开挖后应验证基底以下一定范围内有无岩溶发育，以便采取工程措施，保证桥墩安全。

5)建议金阳岸采用摩擦桩，仓房村岸采用勘岩桩。建议斜坡开挖期间加强位移监测、预警，为减少对坡体的扰动，尽量采用机械成孔，避免采用人工爆破方式成孔。

6)根据区域水文地质普查资料，场地地下水质类型为HCO3-Ca2+型，一般对混凝土具微腐蚀。