XX公路大桥工程详细勘察研究.doc

XX公路大桥工程详细勘察研究 一、工程概况 XX公路大桥是一座连接209国道的特大型公路大桥。拟建简支T梁4*40mPC斜拉桥4013038813040m，桥长900.5m，桥面宽22.5m。北岸设桥台、3个引桥墩、交界墩、辅助墩和主桥墩；南岸设主桥墩、辅助墩和桥台。南桥塔高213m，北桥塔高218m，主桥跨388m。主桥墩最大垂直荷载约12.33万吨。该大桥的兴建，对改进鄂西山区交通条件、促进社会经济发展和支援三峡工程建设都具有十分重要的意义。 二、桥位区工程地质条件 （一）、地形地貌 桥位区属鄂西中高山地貌单元，由于长江三峡地区长期经受地壳抬升运动，河谷下切强烈，形成山高坡陡、河谷深切的地貌特征。 该处长江自西向东流动，总体流向NE76。河谷两岸主要由三叠系中统巴东组第三段泥质灰岩、泥灰岩构成，局部由巴东组第二段粉砂质泥岩构成。总体上长江南岸河岸平直、岸坡陡立，坡角一般在35～65范围内；北岸太矶头向江内突出，使江面变窄，岸坡相对较缓，坡角一般在20～35范围内。桥轴线上河谷最低处高程为19m，两岸山体高程在300m左右，垂直高差200多米。在200～250m高程附近，山体坡度较缓，是新城建设的重点发展地段，大桥两端桥头也正位于此。 （二）、地层岩性 本区地层区划属扬子区的巴东利川小区，以中生代地层分布为主，尤以三叠纪、侏罗纪地层出露最为齐全。测区内分布的地层以三叠系中统巴东组T2b为主，沿长江和神农溪两岸还零星分布有第四系堆积物。 测区分布的岩层由上至下为 三叠系中统巴东组第三段T2b3下部为浅灰色、黄灰色中厚至薄层泥质灰岩与泥灰岩互层夹厚层灰岩、白云岩及灰绿色、黄色钙质泥岩；上中部为灰色中厚层至厚层泥质灰岩与泥灰岩互层夹多层灰岩、白云岩。主要分布在南岸大部分地区及北岸太矶头、西瀼口部分地区。整个桥轴线基本上都位于该地层内。 三叠系中统巴东组第二段T2b2紫红色中厚层夹厚层粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩及暗红色厚层泥岩。在南岸官渡口砂砖厂西南及北岸张家梁子及唐家湾以东地区有出露，大桥北端接线位于该地层内。 第四系地层成因类型主要有崩坡积、残坡积、冲积、滑坡堆积和人工堆积等，除滑坡堆积层局部厚度较大外，第四系厚度一般不大，多在几米至十几米范围内。从总体上讲T2b2地层分布区多滑坡堆积，T2b3地层分布区多崩坡积及残坡积。 崩坡积层Qc-dl主要分布于长江两岸陡坡前缘，多以含泥碎块土为主，碎块石的成分取定于母岩，主要为泥质灰岩、泥灰岩碎块石，粒径大小不一，分选性差，结构松散，厚数米。 残坡积层（Qel-dl）主要分布于长江两岸缓坡处及残丘部位，以含碎块石亚粘土为主，碎块石成分同样与母岩相关，厚度多为数十厘米至数米。与崩坡积层相比较，粘性土含量明显提高，一般为农田。 冲积层（Q4al） 主要分布于长江北岸和神农溪两岸，长江南岸在码头处有小面积分布，多为粉质亚粘土、粉细砂。地貌上表现为Ⅰ级阶地及河漫滩。 滑坡堆积层（Qdel）主要分布于长江北岸太矶头两侧，由岩土体经滑动后堆积的碎块石、角砾夹亚粘土组成，结构松散，成分混杂，其岩性和粒度成分因地而异。厚度随滑坡规模而不同，从几米到几十米不等，如西瀼口滑坡钻孔揭露厚度最大可达31m。 人工堆积层（Qme）此类堆积多为各种工程建设中形成的建筑弃土，以碎块石土为主，夹杂一些生活垃圾，在两岸均有不同范围的分布，其中南岸桥轴线处人工堆积规模最大，QZK9钻孔揭露厚度8m，将会对大桥建设带来不良影响。 （三）、地质构造 巴东地区在大地构造上属扬子准地台，处于上扬子台褶带八面山弧形褶皱带的东北端，构造线呈近东西向。该区基本构造雏形形成于印支期，定型于燕山期，在喜马拉雅山期又进一步得到改造。构成桥位区主体构造的官渡口向斜即是该褶皱带的一个次级褶皱。区内主要构造形迹有褶皱、断裂、层间错动与软弱破碎带等。 区内岩层中劈理较发育，最密集处达50条/米。劈理走向比较稳定，多为近东西向，与褶皱枢纽走向一致。在褶皱核部劈理近直立，在两翼劈理面一般反岩层倾向倾斜，泥质含量较高的岩层中劈理倾角较缓。另外，岩层中泥质含量越高劈理越发育，薄层中比厚层中发育。泥岩中劈理发育程度最高。 基岩中节理也相当发育，长江两岸的沟谷形态主要受节理的控制。区内的节理按走向可分为4组近东西、南北、北东、北西向。 另外，测区内斜坡岩体卸荷裂隙发育，主要分布在斜坡浅部，近直立，长短不一，局部分布密集。裂隙面粗糙不平，张开，一般隙宽为几厘米，最大可达二十多厘米，部分裂隙中有少量块石、碎石或粘土填充，但尚未完全充填，发育深度一般在数米至数十米的范围内。 （四）、新构造运动与地震 自第三纪以来，本区新构造运动的基本特点主要表现为大面积间歇性上升运动，形成了多层剥夷面和多级阶地。从第四纪开始，地壳隆升强度有所加剧，尤以全新世时期隆升最快，在长江两岸形成了高陡岸坡，发育多级阶地的峡谷地貌景观。从川东至鄂西长江各河段阶地相对高差和高程分析，本区域地壳运动具有继承性。据50年代精密大地水准测量和区域地形变化资料，本区现今地壳运动总体上以差异性不大的整体缓慢上升为主，属地壳稳定区。据研究，测区及邻近地区未发现活动断裂。区域上几条规模较大的活断裂，均距测区数十公里以上，对大桥和斜坡稳定都不会造成直接影响。 按国家地震局1990年1∶400万中国地震烈度区划图（50年超越概率10），巴东县城及邻近地区地震基本烈度均属于Ⅵ度区。据三峡水库诱发地震研究成果，秭归的牛口巫山的培石之间为可能诱发水库地震的库段之一，巴东县城新址西段及官渡口镇新址为Ⅶ度区。拟建的巴东长江公路大桥正位于该区段。根据上述研究结论，桥位区内应按Ⅶ度地震区设防。 （五）、物理地质现象 桥位区位于长江峡谷地带，在各种地质营力的长期作用下，物理地质现象发育，尤其是长江北岸明显比长江南岸发育。区内物理地质现象的主要类型有滑坡、岩溶及岩石风化等。 测区内滑坡共六处，全部分布在长江北岸，自东往西分别是五里堆滑坡、太矶头东滑坡、135码头南滑坡、唐家湾滑坡、西瀼口滑坡及文家滑坡。在这些滑坡中对大桥影响较大的是太矶头东滑坡、唐家湾滑坡及西瀼口滑坡。 由于桥位区内出露的碳酸盐岩地层为T2b3多为泥质灰岩、泥灰岩夹少量灰岩，岩溶不发育，最突出的岩溶现象是沿节理面、裂隙面的溶蚀现象，尤其在长江南岸由于灰岩成分较纯，岩溶稍微发育，见有小溶洞，溶蚀裂隙等发育，溶洞主要沿各种裂隙发育，直径数厘米至数十厘米不等。 测区位于长江峡谷两岸，岩石风化较为强烈。不同岩性的地层，抗风化能力亦有所差异。总体上，巴东组地层相对较软弱，抗风化能力差，地貌上形成相对开阔的谷地。其中，T2b2地层中紫红色泥质粉砂岩和T2b3地层中黄灰色泥质灰岩、泥灰岩相对较硬，地形上形成斜坡陡坎。而紫红色泥岩、粉砂质泥岩最容易风化，地貌上形成缓坡。沿断裂破碎带和节理密集带风化较为强烈，岩体的完整性越好，抗风化能力越强。据野外调查和钻孔揭露，南岸风化较弱，强风化带厚度小，在ZK15以南约1020m，ZK15至江边厚约05m，弱风化带厚约1520m。北岸风化较强烈，强风化带ZK8以北厚约2040m，ZK8江边为07m左右，弱风化带厚约1545m。 （六）、水文地质条件 桥位区地下水主要赋存形式是三叠系巴东组第三段（T2b3）的碳酸盐岩岩溶裂隙水和第二段（T2b2）的碎屑岩裂隙水以及少量的第四系孔隙水，水文地质条件受两岸地层岩性结构和地质构造控制，而长江作为区域性的地下水排泄基准面对地下水的补给、排泄、径流条件具有重要的的影响。 两岸第四系主要是崩坡积和残坡积松散堆积物，规模上，南岸由于地表水侵蚀剥蚀强烈，厚度较小，而北岸厚度相对较大。其透水性对水的地表入渗和下部的岩溶地下水的补给和斜坡的局部稳定性有重要的作用。据现场试验结果，第四系松散堆积物的渗透系数为1.8817.72m/d，平均7.7m/d，滑坡堆积物和人工建筑抛石堆积的渗透性则更大一些，达10.67和21.48m/d。 巴东组第二段（T2b2）为浅红、紫红色粉砂质泥岩与泥质粉砂岩。总体上构成区域相对隔水层，其中的粉砂岩和泥质粉砂岩可构成局部的含水层，其透水性与构造裂隙发育和分布密切相关。巴东组第三段（T2b3）为一套泥质泥晶灰岩、泥晶灰岩组成的碳酸岩系，发育有大量的构造裂隙和溶蚀裂隙，是本区主要的含水层。受两岸地层岩性结构和地质构造的不同，两岸水文地质条件差异较大。 桥位区第四系松散堆积物中的孔隙水多以上层滞水形式存在，主要接受降雨入渗和人类生产生活排水的补给，水位埋深浅，动态变化大，主要向下部基岩含水层排泄，偶有小泉排泄，但流量一般小于0.1l/s。 巴东组第三段（T2b3）岩溶裂隙水的分布和动态均较稳定，地下水最低排泄基准面为长江水位高程，受其控制，地下水水位受长江水位的涨落而波动，地下水位一般以1‰10‰的水力坡向长江径流，埋深则随地形变化较大，从0米到数十米不等。 （七）、建筑材料 桥位区及外围地区砂砾料及粘性土料较缺乏，仅在个别地方有分布，如官渡口对岸的长渡河口及太矶头江滩有细砂分布，但储量有限，质量较差。 粗骨料主要需采用人工料，即粉碎岩石获得。粗骨料与块石料可采用嘉陵江组（T2j）中厚层灰岩及巴东组第三段（T2b3）泥质灰岩及灰岩。可供采石的地点有三处长江南岸白岩沟、长渡河南坡蜂包岩及长江北岸神农溪峡门口。 白岩沟采石场现正在开采，供新城建设之用，它开采的是T2b3中上部的中厚层泥质灰岩及灰岩，该处有公路通西瀼坡，距离约8km左右。 蜂包岩采石场位于长渡河口南坡，有简易公路通西瀼坡。该处采石为T2j中厚层-厚层灰岩，材质较好，岩性较纯，岩体节理稀疏，可制成条石，且可供大量开采。 神农溪峡门口采石场位于神农溪大桥，开采T2j灰岩，有简单公路通太矶头，材质较好，可供开采量大，且距太矶头桥位较近，是理想的开采场 三、桥位区斜坡稳定性研究 桥位区斜坡分江南和江北两部分组成斜坡的地层岩性上部为T2b3黄灰色泥质灰岩与泥灰岩互层夹灰绿色泥岩及厚层灰岩和白云岩，下部为T2b2紫红色泥岩。另外，斜坡表面普遍覆盖一层厚度约0～10m左右的第四系松散堆积物，其成因北岸主要为残积及崩坡积，南岸主要为人工堆积及崩坡积；江南斜坡以逆向坡为主逐渐转为顺向坡，江北斜坡以顺向坡为主，局部受褶皱影响为平叠坡和逆向坡；坡高190～207m，江南地形坡度陡于江北。 据室内试验，桥位区斜坡岩土体物理力学性质参数为T2b2紫红色粉砂质泥岩，c190Kpa，φ23;T2b3灰色泥质灰岩，c400Kpa，φ36；泥灰岩C300，φ30；灰绿色泥岩，c170Kpa，φ20。 椐结构面网络模拟，桥位区共发育有五组优势结构面，其优势方位分别为14∠78、180∠81、91∠74、81∠43及115∠74。这些结构面的不同组合将控制着斜坡的破坏机制，组成斜坡滑动破坏的滑动面和边界条件。 在天然状态下，桥位区两岸斜坡未发现整体或较大规模的变形、破坏迹象，处于稳定状态或基本稳定状态。但大桥建设及未来三峡水库正常蓄水后，桥轴线将有2/3的斜坡处于库水浸泡中，地质环境条件产生了巨大的变化。因此，有可能产生斜坡失稳现象危及大桥安全。可能破坏面类型主要有T2b2与T2b3岩层交界面；软弱破碎带；第四系与基岩的接触面；优势结构面的组合面。影响斜坡稳定性的因素主要为岩体性质、岩体结构、地形坡度、岩层产状、水库水位变化、桥墩荷载及地震力等。其中水库水位变化、桥墩荷载及地震力是改变斜坡稳定性的关键因素。巴东长江大桥由主桥墩、引桥墩和交界桥墩组成。另外，据设计大桥桥墩设计垂直荷载最大为123333吨主桥墩，最小为3851吨引桥墩。这些荷载若直接施加于斜坡岩土体上，将会改变边斜坡岩土体的受力状态及斜坡稳定性。现选用被广泛应用、同时也是岩土工程勘察规范所推荐的剩余推力法以及近年来在国内外普遍使用的Sarma法进行斜坡稳定性计算。 斜坡潜在滑动面的确定是稳定性计算的基础。因此，针对桥位斜坡的具体特点，根据有限元分析结果分以下几种情况确定潜在滑动面 （1）T2b2与T2b3岩层交界面； （2）T2b3软弱破碎带； （3）第四系与基岩的接触面； （4）优势结构面的组合关系。 根据以上四种情况确定的潜在滑动面，分别考虑到巴东长江大桥目前及建桥后可能遇到的情况，选择以下计算方案 1． 自重＋静水压力（长江水位为66．5m） 2． 自重＋静水压力（长江水位为145．0m） 3． 自重＋静水压力（长江水位为175．0m） 4． 自重＋静水压力＋动水压力（长江水位为由175．0骤降145.0m） 5． 自重＋静水压力（长江水位为66．5m）＋地震力（Ⅵ度） 6． 自重＋静水压力（长江水位为145．0m）＋地震力（Ⅵ度） 7． 自重＋静水压力（长江水位为175．0m）＋地震力（Ⅵ度） 8． 自重＋静水压力＋动水压力（长江水位为由175.0骤降至145.0m）＋地震力（Ⅵ度） 9． 自重＋静水压力（长江水位为66．5m）＋地震力（Ⅶ度） 10．自重＋静水压力（长江水位为145．0m）＋地震力（Ⅶ度） 11．自重＋静水压力（长江水位为175．0m）＋地震力（Ⅶ度） 12．自重＋静水压力＋动水压力（长江水位为由175．0骤降至145.0m）＋地震力（Ⅶ度） 13．自重＋静水压力＋动水压力（长江水位为由175.0骤降至145.0m）＋地震力（Ⅶ度）＋地震力（Ⅶ度）； 表1 计算参数表 潜在滑面 参数 北岸 南岸 T2b2/T2b3 软弱夹层 T2b3节理面 Q/T2b3 滑 面 参 数 内聚力 Ckpa Cd 20 30 30 30 Cs 16 21 26 24 内摩擦角φ（。） Φd 28 18 32 25 Φs 19.6 12.6 24 22.5 滑 体 参 数 内聚力 Ckpa Cd 360 360 360 40 Cs 288 288 288 32 内摩擦角φ（。） Φd 32 32 34 25 Φs 25 25.6 26 20 密度ρKN/m3 Ρd 25.5 24.5 25.5 18 Ρs 26.5 25.5 26.5 21.5 同时，考虑桥荷载的作用，针对上述13种情况，对每一种情况考虑不承受桥荷载、承受桥荷载的10、20、30、40、50、60、70、80、90，以及承受全部桥荷载共11种情况。这样对每一条可能的滑面均考虑143种可能出现的情况来演算在各种情况下的稳定性。各潜在滑动面的计算参数见表1。 综合以上计算结果及斜坡工程地质条件，桥轴线部位自然斜坡稳定性较好，未见滑坡迹象，在三峡水库蓄水及大桥建成后，在库水及桥荷载作用下，斜坡稳定性将有不同程度地降低，特别是在库水反复波动并叠加地震力的条件下，斜坡稳定性变差，但尚不会产生整体性的大规模滑移破坏。因此在北岸桥墩桩基础应穿过T2b3与T2b2界面，以未风化的T2b2基岩为持力层，且以端承桩为佳。南岸人工堆积层稳定性差，有失稳的可能，应予清除。另外，由于南岸自然斜坡较陡，在大桥施工期间，应注意尽量少扰动斜坡岩体，以免造成由于人工扰动而产生的局部斜坡破坏失稳。 四、 桩基稳定性研究 巴东大桥拟建双塔斜拉桥，最大桥跨388m。桥墩基础除两岸桥台为扩大基础外（基础面积21.3*10.65m2，荷载4036吨），其余均为桩基础。其中主桥墩设16根φ3m的桩北岸，承台面积24*39m2，荷载123333吨，单桩荷载7708.3吨；辅助墩设6根φ3m的桩北岸，承台面积11.2*22.5m2，荷载1054吨，单桩荷载1760.7吨；交界墩设6根φ3m的桩，承台面积11.2*23m2，荷载8655吨，单桩荷载1442.5吨；引桥墩设8根φ2m的桩，承台面积约8*19m2，荷载最大5231吨，单桩荷载653.9吨。北岸所有桩均穿过T2b3/T2b2界面达到T2b2较新鲜的岩层内，南岸位于T2b3较新鲜的岩层内，均采用挖孔灌注桩。具有基础面积大，荷载大的特点。 （一）、持力层选择 根据桥位工程地质条件，区内分布的第四纪各类成因松散堆积物，岩性以含泥碎块石土为主，土体结构疏松，力学强度低且不均一，厚度变化大，最大厚度10m左右。这部分土体在自然状态下，基本已达极限平衡状态，在三峡水库蓄水及人类工程活动作用下，多数将处于不稳定状态，因此不宜作桥墩台基础持力层。桥位区所涉及的各类基岩以泥质灰岩、泥灰岩及粉砂质泥岩为主。其岩体完整性及其物理力学性质受构造断裂、风化等作用影响差异较大，特别是风化卸荷作用影响尤为明显。剧强风化岩体各种裂隙异常发育并有泥质充填，且结构疏松，力学强度低，不宜作桥墩基础持力层。弱风化岩体力学性质不均一，上部相对较差，下部向微风化或新鲜基岩过渡，这部分岩体视其承载力不同，可作为桥墩台基础持力层。微风化和新鲜基岩力学性质及完整性都比较好，一般可作为桥墩台基础持力层。 （二）、地基承载力确定 由于岩体的多裂隙性和非均匀性，使岩基的变形与承载力受许多因素影响而趋于复杂，其中结构面的影响尤为重要，因此岩基承载力的确定，不仅要考虑岩石本身的性质，更重要的是要综合考虑岩体中各种结构面的性质、组合数及岩体的完整性。本次研究以岩体力学性质研究所得的岩体力学参数及岩石室内试验数据为基础，按照公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）及经验系数等方法求得桥位区不同类型岩体的承载力值，并综合岩体工程地质条件和各种方法所得的数值提出其承载力建议值，如表2所示。表中弱风化基岩承载力建议值为其下部较完整基岩的承载力值。 表2 桥位区岩土体承载力表 岩 性 岩块单轴饱和抗压强度σcw MPa 岩体单轴抗压强度 σmc MPa 岩体内摩擦角 φm 按规范（JTJ024-85）的承载力f0kPa 按σcm tg245φm1计算的极限承载力frkPa 按规范GBT7-89的承载力f0kPa 地基承载力建议值kPa 碎石土 400700 500 强风化泥质灰岩 强风化泥灰岩 强风化粉砂质泥岩 1600 1500 1000 1000 800 600 弱风化泥质灰岩 弱风化泥灰岩 弱风化泥岩 弱风化粉砂质泥岩 2200 2000 1000 1300 8200 5800 2500 3100 3000 2000 800 1000 微风化及新鲜泥质灰岩 微风化及新鲜泥灰岩 微风化及新鲜泥岩 微风化及新鲜粉砂质泥岩 49.5 42.5 15.4 20.2 2.4 1.2 0.15 0.3 36 30 20 23 4500 4000 1500 2000 11600 4800 450 940 9600 6800 2900 3600 3500 3000 1000 1500 （三）、桩基承载力确定 在基岩埋深不太大的情况下，常将大直径灌注桩穿过全部覆盖层嵌入基岩，成为嵌岩灌注桩。目前在我国这种方法多用于桥基。嵌岩灌注桩如果设计得当，可以充分利用基岩的承载性能而提高单桩的承载力，更重要的是嵌岩灌注桩由于桩端持力层是压缩性极小的基岩，因此其单桩沉降 很小，群桩沉降也不会因群桩效应而增大。群桩承载力不会因群桩效应而降低，且建筑物的沉降在施工过程便可完成，以嵌岩灌注桩为基础的建筑物在地震过程中所产生的地震反应也比其它基础形式更轻微，抗震性能更好。 巴东长江公路大桥轴线上第四系覆盖层较薄，一般小于2m，在河滩等部位，基岩直接裸露地表，适合于采用大直径灌注桩。 （四）、桩端持力层选择 桥位区内分布的地层以三叠中统巴东组（T2b）为主，其上零星分布有第四系堆积物。 桥位区北岸沿桥轴线分布的地层由上至下为 ①第四系崩坡积或残坡积层（Q），崩坡积层分布于陡坡前缘，多以碎块石为主，碎块石成分决定于母岩，主要为泥灰岩泥质灰岩碎块石，块径大小不一，分选性差，结构松散，残坡积层分布于缓坡地段，以含碎块石粉质粘土为主，碎块石含量小于崩坡积层，第四系的厚度为07m，一般小于2m，局部较厚，沿桥轴线零星分布。 ②三叠系中统巴东组第三段（T2b3），仅出露其下部，厚度为045m，灰黄色中厚至薄层状泥质灰岩与泥灰岩互层，夹青灰色灰岩、灰绿色钙质泥岩、白云岩。 ③三叠系中统巴东组第二段（T2b2）钻孔揭露厚度大于70m，未见底。紫红色中厚层状粉砂质泥岩，暗红色厚层状泥岩夹泥质粉砂岩，该地层顶板埋深一般大于20m，往北逐渐变小，至桥轴线北端直接出露地表。 桥位区南岸沿轴线地层分布相对较简单，主要分布T2b3灰黄色中厚至薄层状泥质灰岩与泥灰岩互层，其上部近江岸堆积有人工堆积层（Qme），主要为工程建设中形成的建筑垃圾，以碎块石土为主，夹杂一些生活垃圾，局部厚度可达10m。 巴东长江公路大桥不仅荷载大，而且安全等级高，对沉降、倾斜等的限制严格，要求基础埋深足够大。根据抗震设防的要求，基础埋深一般不应小于建筑物高度的1/121/15，采用大直径钻孔灌注桩可以使上述要求得到满足。 由桥位区工程地质条件分析北岸桥墩桩均应穿过T2b3/T2b2界面，以微风化紫红色粉砂质泥岩作为桩基持力层。南岸桥墩处地层岩体完整性好，其上部覆盖有210m厚的人工堆土，其下为T2b3的微风化或弱风化灰岩与泥灰岩互层，须采用微风化泥质灰岩或灰岩作为桩基持力层。 （五）、桩端承载力及桩侧摩阻力确定 桩位区涉及的地层为第四系的碎块石土（包括崩坡积物、残坡积物和人工堆筑物）、强风化泥岩或泥质灰岩碎块石、泥质灰岩、泥灰岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。现将各类不同岩性的桩端承载力和桩侧摩阻力分述如下 1． 碎块石桩侧摩阻力 碎块石包括各类强风化碎块石及第四系崩坡积碎块土，厚度010m，这部分岩体一般不宜作桩基的持力层，其桩侧阻力如下 根据铁路桥涵设计规范TBJ2-85，碎块石极限侧阻力qsu按粗砂考虑 中密 qsu7090 kPa 密实 qsu90105 kPa 2．嵌岩灌注桩的承载力 当桩的长径比较大时端阻分担荷载比值较小，且桩的破坏是由桩身压坏引起的，属于摩擦或摩擦端承型桩。桩端以下为低压缩性持力层，其沉降较小，且嵌岩桩群桩的沉降不致受群桩效应的影响而增大。由于嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力，桩本身的压应力值很高，因此桩身强度同桩侧桩端强度一样是控制单桩承载力的重要因素。 我国现行的关于嵌岩灌注桩承载力的确定方法有二类一类是只计桩端阻力，其端阻力的确定方法是将岩石饱和单轴极限抗压强度（新鲜基岩、微风化、中风化岩）乘以某一折减系数，如水利水电工程地质的有关规范规定，对于坚硬岩石，折减系数取1/（1020），软弱岩石的折减系数为1/（510）。第二类方法是只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力，而不考虑覆盖土层的侧阻力。这类方法流行于桥基设计，不计覆盖土层的侧阻力，主要是考虑到冲刷的影响而忽略全部土层的侧阻力，如建筑桩基技术规范JGJ94-95和公路桥涵地基与基础设计规范JTJ024-85的有关规定。 根据公路桥涵地基与基础设计规范JTJ024-85支承在基岩上或嵌入基岩 内的钻孔灌注桩的单桩轴向受压容许承载力[P]，可按下式计算 [P]（c1Ac2Uh）Ra 式中 Ra岩石单轴极限抗压强度（MPa）； h嵌岩深度，不包括风化层m； U嵌岩桩横截面周长（m）； A桩底横截面积（m2）； c1，c2修正系数，根据桥位区岩体破碎程度等因素，取c10.4，c20.03。 上式中，c1Ra为容许桩端阻力值，c2Ra为容许桩侧阻力值，桥位区的容许桩端阻力值和容许桩侧阻力值见表3。 表3 据公路桥涵地基与基础设计规范确定的承载力 岩体 类型 岩石饱和单轴 抗压强度Ra（MPa） 容许端阻力值 C1Ra（MPa） 容许侧阻力值 C2Ra（MPa） 泥质灰岩 49.5 19.80 1.485 泥灰岩 42.5 17.00 1.275 粉砂质泥岩 20.2 8.08 0.606 泥岩 15.4 6.16 0.462 （六）、桩基础变形分析 如前所述大桥桥墩基础应以弱风化下部及微风化基岩为持力层，这部分基岩完整性好，且力学强度高，承载力可以满足设计要求。 根据高层建筑岩土工程勘察规范（JGJ72-90）中桩基变形容许值之规定，当高耸结构的建筑物高度200Hg≤250时，沉降量容许值为20cm，而巴东大桥主桥高度为南岸索塔213m、北岸索塔218m，最大垂向位移分别为18.5cm和14.2cm，其安全系数分别为1.08和1.42。另据公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）规定，主桥墩最大允许变形用2L0。5（L为相邻桥墩最小跨距，取130m）计算为22.8cm，其安全系数分别为1.23和1.61，具有一定的安全储备，满足安全要求 五、其他工程地质问题 （一）、滑坡稳定性及其对大桥的影响 桥位区滑坡分布于桥轴线的东西侧，其中太矶头东滑坡、唐家湾滑坡和西瀼口滑坡三处滑坡距桥轴线较近，对大桥有一定的影响较大。太矶头东滑坡平面形态呈鞋垫状，东西两侧边界清楚。滑坡前缘高程75．5m，宽约200m; 滑坡后缘高程256m，宽约350m；滑体主滑方向165，滑坡平面面积136000m2，滑坡体积约150万m3；平均坡度20；滑坡体主要物质组成为含泥碎块石及含碎块石亚粘土，碎块石成分主要为紫红色泥岩及泥质粉砂岩等。滑床为三叠系中统巴东组第二段（T2b2），岩性为中厚层夹薄层状紫红色粉砂质泥岩夹泥质粉细砂岩。岩层总体倾向南。 唐家湾滑坡平面形态呈圈椅状，东西两侧边界清楚。滑坡前缘高68m，宽约175m; 滑坡后缘高程153m，宽约100m；滑体主滑方向129,滑坡平面面45500m2，滑坡体积约46.0万m3；平均坡度19.8；滑坡体主要物质组成为含泥碎块石及含碎块石亚粘土，碎块石成分主要为紫红色泥岩及泥质粉砂岩等。滑床基岩为三叠系中统巴东组第二段（T2b2），岩性为中厚层夹薄层状紫红色泥岩夹泥质粉细砂岩。岩层总体倾向南。西瀼口滑坡平面形态呈撮箕状，东西两侧边界清楚。滑坡前缘高程90.0m，宽约200m; 滑坡后缘高程185m，宽约50.0m；滑体主滑方向228，滑坡平面面48000m2，滑坡体积约72.0万m3；平均坡度18；滑坡体主要物质组成为含泥碎块石及含碎块石亚粘土，碎块石成分主要为黄灰色泥质灰岩及泥灰岩。滑床基岩为三叠系中统巴东组第三段（T2b3），岩性为黄灰色中厚层泥质灰岩与泥灰岩互层夹泥岩及厚层灰岩、白云岩。岩层总体倾向南西。 根据工程地质条件分析，目前三个滑坡的变形破坏以局部浅表层碎石及土的崩滑为主。未来三峡水库按正常水位蓄水后，滑坡体中下部（太矶头东滑坡、西瀼口滑坡），甚至全部滑坡体（唐家湾滑坡）处于库水浸泡环境中。由于地下水的作用，使滑带土的力学强度降低，同时由于水位骤降产生的水压力，滑坡稳定性降低，对大桥产生不利影响。 采用剩余推力法和Sarma法对以上滑坡稳定性进行计算，其滑坡滑动面主要依据工程地质测绘、物探资料确定，西瀼口滑坡综合工程地测绘、物探资料和钻探资料确定。表4为稳定性计算参数表。计算中主要考虑目前状态、145m水位状态、175m水位状态、145m骤降至175m水位状态、145m骤降至175m水位加地震力五种状态。计算结果如表5。 表4 滑坡稳定性计算参数表 剖面 参数 太矶头东滑坡 唐家湾滑坡 西嚷口滑坡 滑 面 参 数 内聚力C kPa Cd 20 20 20 Cs 14 14 14 内摩擦角 φ（） φd 20 20 22 Φs 17.5 17.5 18.9 滑 体 参 数 内聚力 Ckpa Cd 30 30 30 Cs 21 21 21 内摩擦角 φ（） φd 25 25 25 Φs 23.5 23.5 23.8 密度ρ （kN/m3） Ρd 21.0 21.0 18.5 Ρs 23.5 23.5 21.0 表5 滑坡稳定性计算表 计算方案 太矶头东滑坡 唐家湾滑坡 西瀼口滑坡 Sarma法 Push法 Sarma法 Push法 Sarma法 Push法 目前状态 1.346 1.324 1.379 1.370 2.091 2.134 145m水位 1.118 1.115 1.289 1.230 1.478 1.421 175m水位 1.172 1.161 1.296 1.290 1.953 1.954 175～145m水位 0.951 0.914 1.023 1.052 1.237 1.214 175～145m地震 0.712 0.707 0.938 0.884 0.926 0.911 计算结果表明太矶头东、唐家湾、西瀼口三处滑坡目前整体处于稳定状态（稳定性系数大于1.35），随着三峡库水位的上升及水位反复波动滑坡的稳定性逐渐降低（稳定性系数最小为0.71）。降低程度虽各不同，但可说明在三峡水库库水作用下，区内滑坡将不同程度地处于失稳状态，特别是当库水位反复波动及地震作用下将整体失稳，对大桥的正常工作有一定的影响。主要表现在当滑坡整体失稳时产生的波浪冲击桥墩及其岩基，另外桥两侧滑坡失稳后的地形变化也将对长江水流及轴线斜坡稳定性产生一定的影响。特别是西瀼口与唐家湾两处滑坡分别紧邻桥轴线东、西两侧，距轴线距离最近仅50m左右，其影响尤应注意。但从工程地质测绘、物探和钻探资料分析来看，这些滑坡为浅层滑坡，其破坏失稳的最可能方式为解体式（边岸再造），因此，滑坡不会对大桥产生重大破坏性影响。尽管如此滑坡对大桥的影响仍需予以重视。建议对距大桥轴线最近的唐家湾滑坡进行坡面整形、改善地表水及生活污水排放等措施。 （二）弱破碎带特征及其对大桥的影响 在初勘及详勘中都发现了软弱破碎带和夹层，这些软弱带主要分布在（T2b3）地层中，表现为构造（包括断层与节理）和风化破碎带、软弱夹层及层间错动。层间错动现象可以在几处露头面上看到，例如南岸桥头东侧基岩陡坎处，即可明显发现层间错动痕迹，错动面平直光滑，厚度几厘米，且有泥质充填，可见长度达20多米。 软弱夹层主要分布在软岩夹层，尤其是硬质岩层中的软岩夹层中，由于构造错动及风化作用使岩石严重破碎，形成厚度不一、情况各不相同、分布不稳定的软弱破碎夹层。这种夹层主要分布在长江北岸码头上下的范围内，因为这里T2b3岩层中钙质泥岩夹层较多，断层发育，褶皱挤压强烈，局部岩层较破碎，因此易于在某些部位形成软弱破碎夹层。构造和风化破碎带主要出现在断层与节理密集带附近及囊状风化、夹层风化带内，如F3、F11、F22等. 从地面调查及钻探资料，各钻孔内软弱破碎带厚度差别较大（表5-3），均出现于T2b3地层中。具体位置有两种情况，一种情况是，破碎带位于T2b2\T2b3界面处；一种情况是位于T2b3地层内，距T2b2\T2b3界面一定距离（一般约5～10m）。另外在ZK6、ZK7及QZK6钻孔中出现上下两层破碎带。从钻孔揭露情况看，软弱破碎带具有如下特点 1）主要分布于北岸QZK3至ZK8间T2b3地层中； 2）厚度变化大，厚度最大达19.9m（ZK5），最小仅0.8m，部分孔中分为二层（ZK6、ZK7、QZK6）； 3）产状不顺层； 4）岩性以灰绿色粘土夹碎块石为主，部分孔（如ZK7）见灰岩角砾岩； 5）成因上主要为泥岩夹层经层间错动局部泥化并叠加上断层破碎形成。 6 各钻孔揭露出的破碎带无论从物质组成、破碎特征、破碎带颜色、结构，还是破碎带厚度、破碎带位置均不一致，说明它不是一条统一的、贯通的软弱破碎带。 7）软弱破碎带和夹层的工程地质特征及扫描电镜分析结果表明，未见沿该层产生滑坡的迹象。 尽管该软弱夹层不是古滑坡的滑动面，但是它毕竟是存在于岩体中的软弱结构面，在三峡水库库水及大桥荷载作用下稳定性将下降影响大桥的安全。由斜坡稳定性分析可知目前状态下稳定性系数η2.46；库水位为175时η2.73；库水位由175m骤降至145m时η1.8；库水位由175m骤降至145m加地震力时η1.22；库水位由175m骤降至145m加地震力加50桥荷载时η1.05。由此可见，库水及桥荷载对轴线斜坡稳定性的影响较大，因此桥墩桩应穿过该软弱夹层，将桥荷载传至夹层下盘岩体中以增加斜坡的稳定性。 （三）、断层特征及其对大桥的影响 桥位区共发育断层23条，其中F19、F20、F21三条断层延伸长度较大（1000m），其他断层规模较小，延伸长度在几米至几十米之间。按断层与地层走向的关系，可划分为走向断层和与斜向断层，这些断层主要发育在T2b3泥质灰岩、泥灰岩中。这些断层与桥轴线相交直接影响大桥的有6条，是本次工作研究的重点。桥位区轴线附近断层有如下主要特征 1） 产状可分为NE向、NW向及近EW向三组。 2）断层规模小，延伸长度一般数十米，断距很小。往往表现为节理密集带的形式，破碎带宽度1-4米，以块裂岩、角砾岩为主，局部见胶结现象。 3） 断层倾角陡，一般60-750。 4） 不具现代活动性。 断层对大桥的影响表现在断层破碎岩体完整性差，降低了岩体的强度和均一性，进而间接影响斜坡及其桥墩地基稳定性。但由于与大桥有关断层的倾角陡、破碎带岩体的完整性和力学性质都比一般意义上的断层好。因此，其影响不会太大，但桥墩基坑开挖中如遇到这些断层，则须进行处理，如加深清基及灌浆等。 另外，根据物探成果，测区内还有几条隐伏断层（推测断层），主要位于江北及江底，在基坑开挖过程中应予注意，一经发现应及时进行处理。 （四）、南岸抛土稳定性及其对大桥的影响 在南岸175m码头至江边堆积大片人工抛土，抛土面积达140*150m2，最大厚度约10m，桥轴线通过其中部。人工抛土多为建筑开挖的弃土，岩性以碎块石为主。目前该抛土稳定性极差，抛土表面裂隙丛生，局部经常产生小崩塌。在三峡水库库水作用下必将整体失稳，经计算稳定性系数仅为0.81，影响大桥正常运营，因此对该处抛土应事先进行清除。 （五） 、库库岸再造对大桥的影响 综合运用多种评价方法的基础上，结合岸坡实际地质条件，对巴东县黄土坡西壤坡及太矶头库岸再造范围进行了预测，预测结果见表6。 表6 库岸再造预测结果一览表 编 号 岩性组合 再造带宽度（m） 1 T2b3 35-45 2 Qdel /T2b3 35-120 3 Qdel / Qcoldl /T2b3 40 4 Qcoldl /T2b2 55 5 Qdel / Qco