高速公路边坡变形监测研究

段懿飞

[摘要]高速公路边坡在施工过程中经常会出现边坡失稳现象，在工期以及经济上影响极大，有时甚至会出现人员伤亡。本文通过具体实例工程为依托，对广东省某高速公路几个典型高边坡进行了3-6次现场勘察、监测，观测获取了相应的变形监测数据，通过对数据的研究和分析能够有效的防止边坡出现失稳垮塌事故。在实际工程中使用效果良好，

[关键词]高速公路；边坡稳定；监测

0前言

近年来全国迎来了高速公路建设的高峰期，同时也出现了不少高速公路施工过程中边坡失稳导致的严重安全生产事故，不仅在经济上造成了严重的损失，同时也造成了极大的社会影响。

高边坡在施工期间会受到施工开挖影响，破坏原有的自然平衡状态，另外受地表水和地下水等因素影响，使局部地质条件逐渐恶化，造成高边坡失稳，虽然施工时采取一定的加固措施，但依然存在风险。因此如何有效防止高速公路边坡施工过程中失稳，成为了迫切需要解决的实际难题。通过对高速公路边坡实时进行观测，得到大量数据，再对数据进行处理分析识别，建立起一套预警的机制，当识别到某些参数出现异常时，对施工单位进行提醒，同时采用有效的加固措施，如果某些参数出现较大异常，分析得出不能进行加固，则需要施工单位紧急撤离现场防止出现重大安全事故。

1研究对象与方法

本文通过对广东省某高速公路K172+190-K182+650之间的几个高边坡进行现场检测，得到大量实测数据，再对数据进行线性回归分析，敏感性分析等数值分析手段。从而对高速公路边坡进行稳定性监测。

2工程概况

广东省某高速全线共有两个土建工程施工合同段，D标段全长42.212km。本合同段沿线地势总体上东段低，西段高，东部以低山、丘陵为主，西部为中低山。依据设计文件，沿线存在多处高填方路堤边坡和深挖方路堑边坡，这些高边坡在施工期间均有可能受施工开挖影响，破坏原有的自然平衡状态，另外受地表水和地下水等因素影响，使局部地质条件逐渐恶化，造成高边坡失稳，虽然施工时采取一定的加固措施，但依然存在风险。设计要求在施工期对高边坡进行施工监测以确保安全，因此D标项目部专门成立监测小组进行高边坡监测工作。监测项目小组对广佛D标段的几个典型高边坡进行了3～6次现场勘察、监测，观测获取了相应的变形监测数据。

1号边坡位于路线左侧，处于路线桩号约K176+060-K176+165之间，为板岩碎石土质（长石岩）四级边坡，最高处约为36米。岩性主要为粘土、粉质粘、砂（砾）质粘性土，砂及卵砾石，基岩主要是块状、较松散岩石，紧邻葫芦顶隧道，受隧道施工影响大。

2号边坡位于路线左侧，处于路线桩号约K172+890-K173+150之间，为高路堤填筑土质五级边坡，最高处约为41.5米。现场勘察的过程中发现，边坡坡脚已经行妥善处理，第二、三、四级均已做好防护骨架，并局部进行了植草绿化和防护。但坡面特别是坡脚有碎石散落现象，边坡整体修整尚未完全到位，存在不同程度的工程隐患，应继续对其进行移动变形、稳定性监测，以便随时掌握边坡的稳定性情况。

通过对以上高边坡进行变形监测及变形趋势的分析，以便在边坡施工、公路运营过程中及时地提出预警。并据此采取相应的加固、防护措施，避免边坡进一步发生失稳、移动、变形，甚至垮塌带来更大的进度、质量和经济损失。

3监测分析

3.1使用的设备

整个过程中采用的观测仪器为高精度监测全站仪TOPCON（拓普康）MSIAX，除使用以上全站仪外，为了更好、更有效地开展监测工作，在监测实施过程中还需配备以下一些主要的辅助设备和工具：反射棱镜20个、棱镜对中杆两套、全站仪脚架一副、对讲机一对。

3.2监测点的布设

3.2.1控制点的布设

高边坡监测过程中，监测的基准点（测站点、控制点）可采用已知的高等级国家控制点，也可根据典型高边坡的现场情况独立设置固定的基准点及后视定向点，独立设站完成各边坡所有变形点的观测。本项目中采用原有设计和施工测量控制点作为监测测站点。为尽量提高监测点的监测精度，设置测站点时，需保证其点位（三维）中误差应在+2mm以内。

3.2.2监测点的布设

根据变形观测方案，结合边坡开挖、防护等施工进度的情况，在实地布设了40多个变形监测点。为了方便数据的管理和分析，工作组对布设的所有监测点进行了统一编号，编号的统一原则为：以每个边坡的平台级数为编号首位，以沿路线前进方向每级平台布设的测点序列编号为末位，中间用“一”相连，每个边坡以其所在路线主线的段落号或所处段落中心桩号加以区分。

综上所述对已实施监测的典型高边坡布点情况统计如表1。

3.3变形监测分析

3.3.1点位測量误差分析

在进行边坡变形分析之前，首先对观测方案本身所能达到的点位测量精度做一个预估。监测点位测量的误差主要来自于以下三个方面：

1）仪器误差：因变形监测点与测站点的距离大概在200米左右，根据MSlAX高精度全站仪的测距标称精度以及测角的精度可推导估算，使用该仪器观测变形点位时，仪器本身所产生的点位中误差约为±1.5毫米：

2）观测误差：在观测的时候因眼睛分辨率的局限性导致瞄准的误差、全站仪对中整平的误差以及后视定向时棱镜对中杆的对中误差等的影响，据经验公式估算可得，观测者在进行点位测量时的观测误差约为±1.5毫米：

3）外界环境的影响：由于观测过程中外界风力、天气温度变化、空气能见度的影响等一些因素的影响，依据公式和经验可以推导出，以上影响所导致的误差约为±1.0毫米。

据此，再考虑到其它一些因素的影响，可以得出本次所采用的观测方案所测得的点位（三位坐标值），其测量的误差约为±3-4毫米。另外变形点的高程除受以上误差影响以外，还受到仪器高量取、竖直角测量等因素的综合影响，因此高程测量的误差要比点位（平面）的误差要稍大一点，约为±4-5毫米。

3.3.2边坡变形分析

通过对数据处理之后建立的三维变形图如图1、图2、图3。

3.3.3变形监测结论

通过比对集成边坡现状几何参数与设计参数可以看出，施工与设计基本吻合，为边坡的稳定提供了可靠保障。可以得出结论。文中的两个典型高边坡未有明显失稳现象存在，状态保持稳定。

4建议

总结本文相关的边坡稳定性研究，在完成基本工作的同时，依旧存在下述问题，建议在日后的同类型工程中得以改进。

1）点位监测源数据采集工作有待进一步加强，从隧道处边坡的监测数据明显可以看出，数据存在明显分群，未能有效消除系统误差带来的影响：

2）监测控制点的埋设要定期复核，点位一定要埋设于施工影响范围之外：

3）随着监测工作量的增大，建议按月制定合理适时的外业观测计划，以确保监测工作全局顺利开展。

[责任编辑：杨玉洁]