边坡监控量测技术与实例分析

张立刚

铁路建设中,许多地质问题特别是边坡的地质问题在勘察和设计阶段难以暴露,一旦施工,众多的滑坡、崩塌得以暴露,会严重影响施工的安全和进度并造成难以估计的损失。因此对铁路边坡正确认识和防治,已成为铁路建设中的重大工程技术问题。

本文结合南疆山区某预应力锚索框架梁加固铁路路堑高边坡的工程监测实例,讨论了路堑高边坡原位监测的目的、原则、设计与方法,提出了具体的现场监测布置的技术方案。通过对现场关键监测数据的整理、分析和及时反馈,为保证该路堑高边坡的优质高效施工提供了可靠的技术支持。

1 现场监控量测目的与意义

1)边坡稳定性评估与安全预警的需要。通过监测掌握边坡在空间上和时间上的位移动态,结合地质条件分析其位移机制和稳定性,确定其是否处于预计的稳定状态。2)信息化设计的需要。根据监测信息及时调整和修改边坡的支护设计,这一点对各种边坡工程均具有实际的应用价值。监测信息的及时反馈、分析和风险评估可用来确定预留工作量是否有必要施工,从而使边坡支护设计达到经济合理与工程安全的统一,即最优化设计。3)评价与指导施工。通过分析观测的效应量(如位移)与施工原因量和自然原因量之间的关系,监测成果可用来指导施工,避免由于施工不当造成边坡失稳;同时监测成果还有助于分析工程事故的原因和责任,评价施工的合理性与施工方法的适应性。全过程的跟踪监测,可对施工过程中出现的险情及时提供预警,指导施工单位合理采用和调整施工工艺和步骤。4)改进分析研究方法。根据观测成果反演分析有关坡体的各种特性参数,建立符合实际的边坡稳定分析计算模型和支护设计模型,并对边坡的长期稳定性及未来性态作出及时、有效的预测;积累工程实际资料,提高边坡设计的技术水平。

2 监控量测项目及原则

表1 坡体防治效果位移监测内容与技术方法

2.1 边坡监控量测的项目

根据监测手段大致可归纳为以下几种:1)地质观测法。通过地质巡视,观测地表裂缝、地表鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形特征、地下水异变以及动物异常等现象。适用于对边坡的日常巡查与检查。2)简易测量法。设置跨裂缝式简易测桩,标尺和水泥砂浆带,用卷尺、游标卡尺等直接测量裂缝的变化。适用于处在边坡大变形阶段的位移测量。3)仪器仪表测量法。主要有测缝法、测斜法、重锤法、沉降观测法、多孔位移计法、应力应变观测法、声波法等观测坡体的变形位移、应力应变等。适用于边坡处于初期变形阶段或变形不明显阶段的观测。4)遥测法。通过全球定位系统(GPS)以及卫星等监测坡体的变形和位移。适用于对重大危害坡体处在等速变形或滑移阶段的监测。

2.1.1 位移监测方法

现场位移监测可以了解和掌握坡体演变过程,可对边坡稳定性评价和变形破坏趋势作出预测预报,同样可用来评价坡体防护后工程的效果。具体位移监测技术可总结为表1。

2.1.2 现场防护结构应力监测法

防护结构的应力监测包括对防护结构所受推力实地测试和对防护结构的变形、位移进行监测两类。目前测量应力的仪器有土压力盒、压应力计和锚索锚杆测力计等。对于抗滑结构所受推力主要采用土压力盒测定;对于钢筋混凝土结构及锚索结构受力分布则应采用钢筋计来测试其内力状况。

2.2 边坡监控量测的原则

1)监测目的应明确、重点应突出;2)监测应反映边坡形状变化的全过程;3)施工期间和运行期间的监测工作应相互结合、相互衔接;4)仪器布置应少而精;5)监测常以仪器量测为主,人工巡视及宏观调查为辅;6)尽量避免或减少施工对监测工作的干扰;7)监测设计应留有余地;8)根据不同时期选择不同精度的监测仪器。

3 工程概况

南疆某铁路路堑高边坡全长230 m,为残坡积层开挖路堑高边坡,最大开挖高度57.5 m,中心最大挖深17.58 m。该边坡表层是较厚的残坡积块石土,以下是全强风化粉砂岩,下伏基岩是砂岩。岩层破碎,产生崩塌落石堆积在坡麓,形成巨厚岩堆体。块石土为稍密～中密状态,含水量随深度增加。

为保证该路堑高边坡的安全有效施工,根据上述两节的内容提出了如下现场监测布置的技术方案,如图1所示。

根据防护结构的应力监测需要在第2,3,4级边坡预应力锚索框架梁部位选择一定数量的锚索预应力监测、预应力锚索框架梁监测(包括框架梁钢筋计应力监测和框架梁底土压力监测)。

4 监测结果及分析

由于各监控项目观测值较多,仅给出最能反映本边坡施工期稳定性的坡表位移和深部位移监测成果,如图2,图3所示。其中图2中,ΔX为“+”表示向坡体外侧方向位移,为“-”表示向坡体内侧方向位移;ΔY为“+”表示沉降,为“-”表示向上位移。

从图2中可以看出,在长约127 d的施工期中堑顶两个方向上的最大地表位移分别为1.5 mm和2.4 mm,总地表位移约为28 mm,平均每天的地表位移量约为0.2 mm;而第3级平台位移各个方向上和总地表位移均略小于堑顶位移值,可见地表位移变化速率在控制标准范围内,安全满足施工要求。

从图3中可以看出,在长约96 d的施工期中典型测斜孔深部水平位移的孔口最大位移为5.4 mm,最大深部位移达6.4 mm。每次间隔期后测试结果相对于此前所监测的数据仅有1 mm～2 mm的变化,且据典型测斜孔深部水平位移—深度曲线易知在深度为16.0 m处有位移的较小突变;但总体上深部水平位移变化速率在控制标准范围内,亦满足安全施工要求。通过及时监控反馈信息,确保了本工程安全有序的完成。

5 结语

监控量测的主要任务是确保安全、指导施工、修正设计、积累资料。监控量测作为高边坡安全施工的重要手段之一,可为评价施工方法的可行性、设计参数的合理性以及了解支护结构的受力和变形特性等提供准确及时的数据,对确定边坡阶段施工时间具有重要意义,是保障边坡建设成功的关键因素。本段路堑高边坡综合处置施工中,通过监控量测指导施工,及时提供边坡坡体位移和结构物应力变化信息,实现了该高边坡信息化动态施工控制,达到了安全快速施工,经济合理的目的。

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