公路高陡滑坡桥墩稳定性分析及其防护措施研究

月

第35卷第1期

陕西理工大学学报（自然科学版）

Journal of Shaanxi University of Technolo? ( Natural Science Edition)

Feb. 2019 Vol.35

No)

[文章编号]2096 -3998(2019)01 -00 -05

公路高陡滑坡桥墩稳定性分析及其防护措施研究

姬同旭李昌龙

(

贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳550081)

[摘要]以贵州省大兴至思南高速公路某特大桥为工程实例，采用数值模拟方法，在充分 考虑边坡和桥墩的相互作用条件下，对高陡边坡桥墩的稳定性进行分析并提出相应的防护措 施。研究结果表明：边坡滑动产生的下滑推力是桥墩产生变形倾斜的主要原因。在饱和工况 条件下，1#一4#桥墩顶部水平向位移、右侧3#、4#桥墩的桩身最大弯矩值均大于设计要求，并 导致桥墩产生一定的倾斜度，因而需要继续进行加固处理。[关键词]公路滑坡；桥墩；稳定性；防护措施 [中图分类号]U443.22

[文献标识码]A

随着贵州省高速公路建设的快速发展，为了满足公路线形和保护自然环境，在高陡斜坡地区常采用 桥梁结构跨越，使得部分桥墩不得不在高陡边坡地段修建。相比常规布置的桥墩来说，布置在高陡边坡 地段的桥墩不仅承担着桥面上部荷载，也承担着高陡边坡在自重或外部荷载的作用下产生的下滑推力。 对于高陡边坡桥墩的受力问题及其防护措施，近年来国内外学者也取得了一系列有价值的成果。刘建 华等[1]根据现场试验提出适用于高陡边坡桥梁基桩内力及位移分析方法。郑建强[2]采用数值模拟和 室内试验的方法对高陡横坡段高墩双排桩的受力情况进行分析并推导出桩身弹性压缩量的计算公式。 姬同旭[3]借鉴抗滑桩单桩内力计算方法，推导出了弃土场桥墩在弃土场下滑推力作用下整个桥身的内 力计算公式。张烨[4]以宜万铁路分香溪中桥右侧岸坡为例，提出了高陡边坡桥墩的防护思路。曹立[5] 以黔张常铁路长湾澧水大桥2号墩大型基础深切顺层山坡为依托提出了防护该类型桥墩的治理措施。

桥梁桥墩的稳定不仅会改变桥墩本身的几何形态、受力状态，甚至会导致桥墩开裂、坍塌进而危及 整座桥的施工运营安全。由此可见高陡边坡桥墩的稳定是关系到桥梁安全的一个关键性问题。为此， 本文以贵州省大兴至思南高速公路某特大桥为工程实例，充分考虑边坡和桥墩的相互作用，对高陡边坡 桥墩的稳定性进行分析并提出相应的防护措施。

1

工程概况

该大桥左线全长1 016.8 h，右线全长1 020.1 m，是全线主要控制性工程之一。该桥思南侧11 一

18号桥墩位于一陡斜坡地带，该段斜坡高66 h，该滑坡区主要为泥质砂岩，从上到下依次为全风化泥质 砂岩、强风化泥质砂岩，基岩为中风化泥质砂岩，岩体节理裂隙发育，风化作用强烈。施工期受强降雨影 响，在调查期间发现13号桥墩侧可见2 ~3 cm沉降，13号桥墩北侧树林中可见连续贯通的羽状剪切裂 缝，长约30 h，后缘拉裂缝正在形成，潜在滑坡前缘位于施工便道附近，受施工开挖影响，坡体滑塌严 重。在施工便道开挖、桥墩施工平台开挖及区内连降特大暴雨的影响下，该桥思南侧滑坡上部潜在牵引

收稿日期:2018-07-10

修回日期:2018-09-07

\"通信作者:姬同旭（1990—），男，河南省南阳市人，贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司工程师，硕士，主要 研究方向为高速公路防灾减灾。

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第1期姬同旭，李昌龙 公路高陡滑坡桥墩稳定性分析及其防护措施研究

区 现 ， 区直接威胁到12—14 桥墩的安全，需要引起重视

公

合理处 桥墩稳定

施以析及

确保桥梁安全， 其防治措施研究。

13号桥墩（1#*4#墩）所在的*一*断面

2高陡边坡桥墩稳定性分析

2.1有限元模型建立

的桥墩稳定性研究是一个类似于粧结构和岩土体

与桥墩的 30

用，

用数

元

拟方

拟[6]。

的桥墩稳定 （桥墩、

用的问题。为

研究。

考虑岩土体149

m，高66 m，桥墩采用粧结

条件：

底

定，

m，宽

粧布置位置已在图中显示）三

型如图1所示。

自由，前

施加水平方向约束，坡体表面垂直方向自由约

束；

应为自重应力。有限元

如图2所示。

图1 边坡剖面图及桥墩、防护措施布置图 2.2

由 ， 合

参

处滑体主要为受构造面切割呈

工试验，因此本次

，岩体参数(均以饱和工况为准)如

表1

岩土体滑体岩

弹

4002000

？/MPa

图2有限元模型图

的泥质砂岩，其动面为原岩构造面，粉粘土含参数主要采用 1所示，桥墩、岩土体参数表

LkPa

、地层类比 粧、

数

结参数如表2所示。

粘聚

内破擦角/(°)

20.3335.42

容重/(kN - m_3)

23.2024.80

19)032)0

表

结

元

弹

？/MPa30 00030 00020 000

2

结单 参表

容重 r/( kN - m_3 )

25.0025.0025.00

泊松比y%

0.20.20.3

横截面积（,X&)/(mXm:

2. 5 x3.52x3

(1.6 +2.47) x3.5/2

抗滑桩桥墩护脚墙

2. 3高陡边坡桥墩稳定性分析为反应

的

真实情况，本次拟仅 对饱和工况下的情况进

拟分析[6]。在 施的情况下，该

段 态。

处

收敛状

Contour of X-Displacement

I

Magfac= 0.000e+000

-1.76e-003to 0.0000e+000 O.OOOOe+OOOto 1.0000e-001 1.0000e-001 to 2.0000e-001

_ 2.0000e-001 to 3.0000e-001

~ 3.0000e-001 to 4.0000e-001 ~ 4.0000e-001 to 5.0000e-001 ~ 5.0000e-001 to 6.0000e-001 _ 6.0000e-001 to 7.0000e-001 ■ 7.0000e-001 to 7.7806e-001 Interval: 1.0e*001

平方向位移

云图如图3所示，桥墩

图3饱和工况下边坡水平方向位移云图

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粧身水平向位移值如图4所示，桥墩粧身弯矩如图5所示。

图5 未施加防护措施桥墩弯矩图

由图4、图5可知，在饱和工况未加防护的情况下1#-4#桥墩粧身最大位移为8. 817、9. 722、 11.274、13.849 cm，桥墩粧身最大弯矩为 4)5 xl03、1.57 xlO*、1.38 xl04、9. 1 xlO3 kN - m。2)桥墩稳定性验算

根据相关规范[7_8]关于桥墩的规定:桥墩顶面水平位移限值0. 5槡5 cm，5为相邻墩台间最小跨径长 度，以米计。跨径小于25 m时仍计25 m。以规范为标准来看，13号墩所处位置跨径为40 m，该桥墩的 水平位移限值为3. 16 cm。从图4得出的1#一4#墩的粧顶位移值均大于该限值。

通过已有研究成果[940]计算出桥墩能承受的最大弯矩为6.94_103]@-以。从图5得出的1#-4# 墩的粧身最大弯矩值可见，3#、4#墩粧身最大弯矩值大于该限值。

3局陡边坡桥墩防护措施

从以上分析可见，在不加防护措施、边坡处于饱和工况的情况下，13号墩1#*4#墩粧身最大水平位

移值均大于规范要求值，且3#、4#墩粧身最大弯矩值大于桥墩的抗弯强度最大值。在此种情况下需采 取合理的措施来对边坡进行防护，边坡的治理措施如下：

(1) 削方减载与回填反压；

(2) 为保护桥墩安全，在桥墩外侧布置一排2.5 m(3) 设置护脚挡墙。

施加防护措施后边坡的水平位移情况如图6所示，桥墩粧身位移及弯矩如图7和图8所示。由分析结果可知，在饱和工况施加防护的情况下1#一4#桥墩粧身最大位移分别为0.963、1. 179、 1.458、1. 572 cm，满足规范关于桥墩水平位移限值的要求。桥墩粧身最大弯矩为1. 44 x 103、 5.68 x 102、2.85 x 103、2.03 x 103 kN - m，均小于桥墩能承受的最大弯矩。且由边坡位移云图可知边坡 区域处于稳定状态。-66 -x

3. 5 m的抗滑粧进行支挡；

第1期姬同旭，李昌龙 公路高陡滑坡桥墩稳定性分析及其防护措施研究

Contour of X-Displacement

Magfac= 0.000e+000■

-2.6778e-003to 0.0000e+000■ O.OOOOe+OOOto 2.0000e-002 _ 2.0000e-002to 4.0000e-002 ~ 4.0000e-002to 6.0000e-002 ~ 6.0000e-002to 8.0000e-002 H 8.0000e-002to 1.0000e-001 □

1.0000e-001 to 1.0118e-001Interval = 2.0e>002

图6施加防护措施边坡的水平位移云图

4

结论

州省大

思 治措施，

动产生的 ，桥墩

公路某特大桥为工程实例对高陡边坡桥墩的稳定性进行了分析研

结论：

是桥墩产生 度，因

析，施工单位 施。

的主要原因。处理。段 处

定

削方减载、回桥墩 重

位移值位进行

平向位移

规范要求限值;3#、4#桥墩的粧身最大弯矩值远

究，并针

(2) 在饱和工况条 (3) 为 压、监测。

桥墩

(1) 在施工过程中，

大于桥墩的抗弯强度，并导致桥墩产生一定的

的进一大，综合

结合的治

要求。

粧支挡和设置

和粧身最大弯矩均 大桥是整段线路的 工程，建议在施工

[参考文献]

[1]刘建华，赵明华，邬龙刚.岩质边坡上桥梁基桩受力分析及试验研究[J].中南公路工程，!〇〇6,31(4):25-29.

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[责任编辑:谢平]

Stability analysis and protection measures of highway slope pier

_JI Tong-xu， LI Chang-long _ ，LTD. ，Guiyang 550081，China)—(Guizlion Transportation Planning Survey & Design Academe CO._

Abstract: Taking the bridge in Daxing to Si nan high way as a case，the paper has analyzed the stabil­ity of piers witli high and steep slopes and proposed corresponding protective measures using the numericalsimulation method，and considering the interaction between the slope and the pier. The results showthat thesliding thrust of the slope is the main reason for the deformation of the pier. Under the saturated working con­dition ， the horizontal displacement of the top of 1# *4# pier，the maximum moment value of the right side 3# and 4# pier are all greater than the design requirements， and cause the pier to produce a certain degree ofsloping. Therefore，the slope needs to be strengthened.

Key words: highway slope; bridge pier； stability; protective measures

(上接第63页）

Mechanical property of high flowing modified brickbat aggregate concrete

WU Liang-ziiu1，3， MENG Hong-rui1，2

(1. School of Civil & Architecture Engineering，Xi ’ an Technological University，Xi ’ an 710016，China;

2. School of Civil Engineering and Architecture，Shaanxi University of Technology，

Hanzhong 723000，China;

3. Hanzhong Nanzheng District Housing and Urban-Rural Construction Administration，

Nanzheng 723100，China)

Abstract: According to the characteristics of high porosity and high water absorption of the brokenbrick aggregate，the broken brick aggregate is modified by pure water sli^rry，pre wet slurry and water glasssoaking，and on the basis of the method of ordinary concrete and the concept of large flow，the best brokenbrick aggregate is selected，whichis ured. The

experimental

made of large

fluidity concrete and the

the

cube compressive sbroken brick

results showthat apparent density of the

a

crushing index is reduced，the modification effect of the water glass soaking method is the most significant，and the cube compressive strength of the broken brick aggregate concrete is increased by 101.

Key words: brickbat aggregate; pretreatment;

crushing index； compressive strength

-68 -