监控量测技术在高边坡塌方治理过程中的应用

王承罡

摘 要：由于岩土工程的复杂性及诸多不确定因素影响，特殊地质高边坡滑塌治理通常是一个动态设计、动态施工的过程，利用监控量测技术可及时了解边滑坡体的滑动机理与稳定状态，为确定经济合理的方案和施工组织安排提供数据支撑。通过对监控量测数据分析，可确定天气、土石方开挖等因素对边坡稳定性的影响程度，采取针对性措施最大限度减少对边坡稳定的影响，结合云湛高速K164+470～K164+700段塌方治理的整个设计与施工过程，对监控量测技术在高边坡塌方治理过程中的综合应用进行总结。

关键词：高边坡；监控量测；塌方治理；综合应用

1 工程概况

1.1 原设计情况

云湛高速K164+470～K164+700段设计为深挖路堑，其中右侧高边坡分为K164+470～K164+580和K164+580～K164+700两段单独设计。K164+470～K164+580段右侧为三级边坡，第一级边坡坡率为1：0.75，采用客土喷播植草防护；第二级坡率为1：1，采用锚杆格梁植草防护；第三级坡率为1：1.25，采用人字形骨架植草防护。K164+580～K164+700段右侧为三级边坡，第一级边坡坡率为1：1，采用锚杆格梁植草防护；第二级边坡坡率为1：1.25，采用锚索框架植草防护；第三级坡率1：1.5，采用人字形骨架植草防护。

1.2 变更后方案简述

云湛高速K164+470～K164+700段边坡塌方处治共历经13个月（2016年10月初至2017年10月末），4次方案调整，具体情况如下：

第一次变更原因及方案：2016年9月底突降暴雨，边坡发展为浅层滑塌，堑顶裂缝发展至坡顶外约15m。变更方案为将原设计边坡由三级调整为四级，第二级平台加宽至10m；第三级边坡防护形式为锚索框架植草；第四级边坡采用锚杆格梁植草防护。

第二次变更原因及方案：2017年3月，已完成第四级锚杆格梁的施工，开挖至第二级边坡坡脚时，堑顶裂缝再次张开，并牵引至截水沟外18m处。变更方案为将二级平台宽度调整为5.5m，设置4排直径108mm钢花管桩，管顶采用钢筋砼冠梁连接。

第三次变更原因及方案：2017年5月底，第三级边坡锚索变形严重，堑顶裂缝继续发展，错台最大处达2m深。变更方案为将四级边坡变更为五级边坡，将第三级平台加宽至18m。第四级和第五级防护形式均采用预应力锚索框架植草防护。

第四次变更原因及方案：受2017年8月底及9月初的强台风天气影响，边坡坡顶25m处出现后缘裂缝，裂缝宽约10cm，坡顶开裂下沉约1.2m，四级平台开裂下沉约1m，二级平台冠梁错断，隆起。变更方案为在第1-3级平台增加钢花管桩防护，顶部设置冠梁，第1-2级边坡增加钢锚管格梁植草防护。

2 高边坡监控量测技术简介

该段边坡用到的监控量测技术包括坡面位移监测、深层水平位移监测、地下水位监测及锚索预应力监测。

2.1 坡面位移监测技术

表面变形监测采用全站仪测量观测点的平面位移与垂直位移，水平位移观测误差应不大于3mm，垂直位移观测应达到二等水准测量的精度，该段边坡监测采用的是莱卡TS09plus全站仪。通过表面位移监测可判断表面土体水平滑动的方向和速度，从而确定整个坡面的滑动范围。通过表面垂直位移监测可判断边坡垂直滑动的方向和速度，结合表面位移监测，可初步判断滑动体在空间上的滑动方向。

2.2 深层水平位移及地下水位监测技术

深层水平位移监测技术是利用测斜仪原理，将探头放入预先埋设的测斜管中，测得各个深度范围内垂直边坡及平行边坡两个方向的位移变化值，从而确定滑动面最大位移位置及边坡的滑动方向。地下水位监测是利用连通器原理，待地下水位稳定后通过探头测量测斜管内的水位高度，从而判断滑坡体范围的水位高度。

2.3 锚索预应力监测技术

锚索预应力监测技术是预应力张拉时，通过锚具下方的应力计测得锚索锁定值作为监测基数，后期采用高智能读数仪连接应力计数据线测得当前应力，通过和锁定值的比较来分析锚索张拉锁定后的预应力变化。

3 高边坡监测数据的分析与应用

3.1 坡面位移监测数据的分析应用

（1）判断表层滑动面范围和滑动方向，确定边坡塌方处治范围

边坡开挖过程中，通过对表面位移测观测桩的监测结果判定整个边坡的稳定性，若边坡出现滑动，可根据各个观测桩的水平位移初步判断坡面滑动的范围，通过加密表面位移测观测樁可准确判断滑动范围和方向，由此作为塌方处治范围的依据。

（2）确定滑坡体的空间上的滑动方向，选择有效的处治方案

对于一般滑坡体来说，边坡发生水平位移的同时也会发生沉降，但是对于滑坡体坡脚相对较稳定地段，坡脚可能会发生垂直位移向上或者很小的情况，针对这种情况在坡脚增加反压土土抑制边坡的滑动效果良好，可暂时保证边坡的稳定。

（3）利用坡面位移监测数据分析，确定合理施工工序

坡面位移监测可以用来检验边坡处治方案的治理效果，同时也为确定最佳的施工开挖时间提供依据。边坡开挖采用水平分层开挖的方式，开挖速度不能过快，并随时关注坡面位移监测数据，对于边坡开挖导致滑动变形增加的，要及时沟通设计，增加必要的加固措施。

（4）将不利因素对滑动体稳定性的影响程度量化，制定维护边坡稳定措施

结合雨水、爆破施工等外界因素对坡面位移监测数据进行分析，可将各因素对滑动体稳定性的影响程度进行量化，用数据来指导施工组织安排。现选取2017年10月4日至2017年10月18日之间的监测数据来分析爆破与雨水对边坡稳定性的影响。通过数据对比发现，爆破施工和雨水对边坡的稳定性影响较大，因此应制定相应的措施维护边坡的稳定。为降低雨水对边坡稳定性的影响，对于出现的新裂缝要及时采用粘土封闭，并覆盖彩条布，边坡范围内也可采用砂浆进行封闭表面。对于临近滑动体附近的石方路基，在边坡稳定前尽量避免爆破施工，确实需要爆破的也要严格控制炸药用量，减少对边坡稳定性的影响。

3.2 深层水平位移及地下水位监测数据的分析与应用

（1）确定滑面位置及边坡的滑动方向，为设计方案支护参数及施工组织安排提供依据

现以K164+585堑顶测斜管为例，通过对该边坡进行X、Y两个方向的变形监测结果，确定滑面位置及边坡的滑动方向。

通过测斜数据，可推断，该处最大位移处位于地面线以下12.5m处，即为滑动面位置。通过对X、Y两个方向的位移变形监控数值，根据勾股定理，可得出滑面方位角。结合其他几根测斜管滑动面位置及滑动方向，可确定整个边坡的滑动面的位置。

该段边坡采用钢花管桩进行处治，根据上述方法确定的滑动面位置、滑动方向和滑动量大小确定钢花管桩的桩长及具体布置位置及间距。设计方案确定后，现场优先安排施工滑动速率较快的位置，起到立杆见影的效果。

（2）确定滑动面与地下水位的关系，给方案验算提供参数选择依据

初步方案确定后，根据实测水位和滑动面位置逻辑关系，确定滑坡体受力验算时系数的选用，该段边坡实测水位较滑动面位置高，所以对整个滑动面力学验算时选用有水条件下的参数，下滑力要乘以一定的安全系数。

3.3 锚索预应力监测数据的分析与应用

该段第4级边坡设计为预应力锚索框架植草防护（4索），单孔设计吨位为400kN，锚索按不入岩设计。施工过程中发现该段边坡地质软弱、含水量大，易发生塌孔，锚索安装困难。锚索张拉时监测锚索预应力，发现无法按设计要求的锁定值，锁定值基本稳定在200kN左右。鉴于该原因，第1-2级边坡处治方案设计均采用钢锚管格梁植草防护。钢锚管格梁防护相比锚索格梁防护具有锚管安装方便，施工周期短，早参与受力的优点。

说明：5-1-12孔位锚索预应力损失量达86.8kN，占锁定值的62.4%，超出10%

4 结束语

通过对高边坡坡面位移监測、深层水平位移监测、地下水位监测及锚索预应力监测技术的综合应用，及时准确掌握边坡滑动机理，一方面为制定经济合理治理方案提供了可靠依据，另一方面也加快了施工进度，降低了塌方处治的工程造价。工程竣工后也应对边坡进行动态长期监测，对边坡坡体进行动态跟踪，了解边坡体稳定性变化特征，确保运营安全。

参考文献：

[1] JTGF 10-2006.公路路基施工技术规范[S].

[2] YS 5229-96.岩土工程监测规范[S].

[3] CECS 22-2005.岩土锚杆（锚索）技术规程[S].