边坡稳定性监测在山区高速公路施工中的应用

文／石家庄市公路桥梁建设集团多种经营处 王小敏

关键字:高速公路；边坡稳定性监测；立体位移监测；防护效果

1 引言

高速公路的边坡施工常需对坡体进行开挖，而在人工开挖的影响下，本身即处于倾斜状态的坡体容易在重力等的影响下出现剪切变化或下滑等病害。而边坡稳定性监测能够对坡体的演变进行有效的把握，有利于预测坡体后续的发展趋势，为坡体防护施工设计提供科学依据。

2 工程概况

某高速公路的钻探资料显示，其表面覆盖有低液限粉土越3m；其次则有碎石土覆盖4m，块石分布较为松散，胶结性较差；再往下则有30m 及以上厚度的强化风花岗岩分布。该边坡以10 级工程防护进行设计，其中第一级10m 范围内使用抗滑桩进行加固；在第二级到第四级则是采用预应力锚索进行加固。

3 立体位移监测稳定性评价

鉴于滑坡对高速公路的影响极大，为确保其安全性，在本项目中针对坡体的变形情况采用全站仪建立了全方位的立体监测网，以期对各个观测桩在空间上的变化情况进行准确有效的把握，从而获取其内部变化规律。

3.1 地表位移监测成果分析

图1 2#关键点监测数据

该点所处方位具有较缓的坡度。从其监测数据可看出，具有较小的位移变化，最大值仅为19mm。从其变化趋势可以看出，在05-3 之后其位移逐渐变小并趋于稳定。通过现场调研可知，该坡体无开裂及下沉现象，表明其处于基本稳定状态。

图2 3#关键点监测数据

该观测点所处位置的坡体变形逐渐增大，并在04-7 时有最大值出现，在此之后则是趋于稳定。通过现场调查可发现，该位置无沉降现象出现，表明坡体上方保持在基本稳定的状态，没有表层滑动现象出现。

图3 4#关键点监测数据

该观测点处于坡体北部的弃土上，从监测数据可以看出，该点位移持续增加，在最大时能够达到60mm。对其进行计算分析可知，该点位移出现变化的原因主要在于高程变化所导致。该出结构物有较多裂缝出现，裂缝有着5cm 的最大值。裂缝在雨水的不断渗透下，使得该出未施加防护的土体持续出现下滑现象。在流水的持续性冲切作用下，在该处产生了1.5m 深度的冲沟。基于此，施工方对其排水沟进行修复，并在裂缝处涂抹上混凝土。结果表明，该点周围坡体逐渐趋于基本稳定状态，为进一步确保其稳定性，以植草加沙袋的方式对其进行覆盖加固，效果较好。

3.2 深孔位移监测成果分析

通过监测数据可知，坡体变形为推动变形。从11#测点的位移变化可知，其仅有5mm 的最大值，表明该坡体有着较好的防护结构，不会有牵引式滑动出现；从12#测点的监测数据可知，其仅有8mm 的最大位移值，且相对而言变形无规律可言，该现象主要是因该处有着较为发育的岩层节理裂缝；从13#测点的监测数据可知，其有着相对较大的位移值，随着时间的推移在14m 深度处有着较大的位移累计值，在东西方向有着13mm的最大位移值，在南北方向有着24mm 的最大位移值，表明该处可能会有潜在滑动面存在，从其地质勘察数据可知，该深度为全风化花岗岩，与监测数据相符。对其进行实际调研发现，13#斜孔有较为显著的南北位移，其最大值约为19mm，有较多的裂缝出现，在雨水的反复冲刷下，该处有局部坍滑出现。施工方及时采取防护措施，使其变形逐步趋于稳定。

3.3 钻孔水位动态分析

斜坡土体的含水率容易因地表水的渗透作用而达到饱和的塑性状态，使土石体的抗剪强度有所降低，导致土石块因结构重组而出现失稳。故在深孔位移监测时需对地下水位的变化情况进行监测。通过对比两者的变化，获取地下水对坡体变形的影响规律，从而有针对性的进行采用治理和加固措施。

对坡体在10 个月内的水位情况进行监测，结合上述斜孔的监测数据进行分析可知。在3-4 月份该地区有较大的降雨量，而此时的13#关键点在雨水的作用下出现了局部的坍塌。根据斜孔的监测数据表明，该坡体还有一定程度的滑移病害。综上分析该位置坡体做出预警报告，针对该影响，施工方及时开展相应措施，使得该区域的坡体变形趋于稳定。

4 防护效果数值分析

根据现场调研结果，基于地质节理的裂缝分布情况，初步判断边坡可能存在的潜在滑动面，并基于此建立有限元模型。对模型节点的位移分布情况进行分析可知，在滑动面的后缘处的位移趋势表现为先上升后降低的规律，该处位移有着5.5mm 的最大值，对滑动面的位移量进行分析可确定，改坡体保持在基本稳定的状态，无较大位移趋势。与深孔位移监测结果相同。

从试验结果可知，有张拉破坏出现在潜在滑动面的后缘位置，并且其切应力值为零，此后随着潜在滑动面的下滑力不断增加，其切向应力最终增加到了255kpa。但应力在锚索作用的位置有突变出现，在坡体的前缘左右应力值逐渐变小，有剪切屈服出现在滑动面中后部位置。因有限元程序中坡体的下滑力与其剪切应力表现为正比例关系，可认定在坡体后缘处的下滑力从后到前逐渐变大，但在坡体前部因滑动面的倾角不断降低，在锚索的预应力作用下，使得坡体的抗滑性能得到较大的提高。部分下滑力在锚索的作用下有所降低，具体表现为切向应力的降低，表明预应力锚索的防护效果较好。

5 结语

本文通过将6 个测点布置在下部抗滑桩上，将11 个测点布置在坡顶山坡上，将5 个测点布置在坡体中间台阶位置，以对坡体的变形情况进行研究。得出以下结论：

（1）地表位移情况。以一个月的周期对坡体地表的位移情况进行监测。监测结果显示其位移变化多在25mm 左右。在施工完成之后其变形逐渐变大，达到某一极值后趋于稳定。对于局部出现冲刷的现象，尤其是产生了裂缝的防护结构，采用了植草等方式对其进行了加固，取得了较好加固效果。

（2）深孔位移监测。对各个斜孔按照一个月的周期进行持续监测，结果表明13#关键点所处区域有局部的位移突变，该值随着时间的推移而逐渐增大，有变形可能。结合地质勘察报告可知其位移较大处的地质条件为全风化花岗岩，在地下水的作用下岩体较为破碎。基于此，施工方及时采取相应的控制措施，使其位移趋于稳定，加固效果较好。