路基高填方病害工程监测方案研究

韦畅明,王圣龙,朱 皓,韩琳琳

(1.广西六宾高速公路建设发展有限公司,广西 南宁 530400;2.广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029)

0 引言

近年来,随着“互联网+”的兴起,自动化监测已经发展成为公路边坡稳定性判断、实时灾害预警的手段[1]。其通过选取典型边坡,埋设远程监测设施,实现自动化远程实时收集边坡变形数据[2-3]。与传统监测手段相比,自动化监测具有数据采集全面、自动化程度高、分析准确等明显优势,可以准确判断边坡滑动面深度、边坡稳定状态,进而推测边坡的稳定状态[4-5]。对于边坡处治,通过自动化监测,可以精准判断滑动面深度,进而准确地计算滑坡推力,针对性地设计边坡处治方案,对于边坡灾害的处治具有非常重要的意义[6-7]。

本文以某高速公路陡坡填方路基为例,选取典型边坡,采用自动化监测技术对其进行全过程监测。通过分析深层位移监测结果,推断出滑动面深度,为后期边坡处治方案提供了精准的设计数据。

1 工程概况

1.1 工程背景

某高速公路填方路基属陡坡填方路基,路中心线最大填方高度约为17.463 m,填方坡脚到路面高度约为52.791 m,原地面横坡坡率陡于1∶2.5。路基分三级填筑,底部第一级填筑坡比为1∶2,第二级填筑坡比为1∶1.75,第三级填筑坡比为1∶1.5。设计防护形式为拱形骨架+客土喷播+衡重式护脚墙,采用分层分段填筑。

该路基于2020年8月开始填筑施工,沿原斜坡面按台阶式开挖,采用分层碾压回填,填料主要为碎石土,填筑坡比、高度与设计基本相符,于2021年3月完成路床基本填筑,随后开始格梁施工及坡面绿化。

1.2 路基病害发展情况

初步变形阶段(2021年7～8月):2021年7月,受持续降雨影响,该填方路基坡脚挡土墙和拱形骨架有前倾位移的迹象,现场查看坡脚挡墙前倾错台约为10～20 cm,部分拱架连接处已开裂破坏,拱形骨架坡脚多处渗水。2021年8月,坡脚挡墙前倾错台已扩大至50 cm,填方整体下沉,拱形骨架连接处基本处于开裂、悬空状态,路面区域出现拉张裂缝,填方边坡有向下滑塌的趋势。

急剧变形阶段(2021年10～12月):为了防止边坡滑塌进一步发展,施工方于2021-08-05开始对坡脚进行堆载反压施,2021-10-08,坡脚堆载反压施工完成。但填方路基仍继续恶化,坡面新增多条裂缝,原有裂缝宽度增大,拱形骨架扭曲变形严重。

滑动破坏阶段(2022年1～3月):2022年1月下旬,填方路基仍继续恶化,滑塌区域向后方扩大,后缘已出现拉张裂缝,局部形成拉张错台,严重威胁路面及梁场安全,梁场受此影响已部分拆除。

处治施工阶段(2022年4～8月):2022年3月末,病害路基正式开展处治施工,施工期间后缘无明显新增裂缝,说明滑坡区域未继续发展扩大。

2 监测方案

2.1 监测内容

针对项目的基本情况与监测目的,本次监测拟采用全自动监测技术手段为主,结合人工巡视的方法,监测内容与监测方法如表1所示。

表1 监测内容与监测方法分析表

2.2 监测点布置

根据填方路基的滑动及可能出现危险的情况,共布设3条监测断面,以监测线为主形成监测网,并开展地表巡查等手段补充监测资料。监测网主要由5个深层位移监测点和11个地表位移监测点构成,施工处治期监测点布置根据施工情况动态调整,两个不同阶段的监测点布置如图1、图2所示。

图1 监测点布置示意图(急剧变形及滑动破坏阶段)

图2 监测点布置示意图(处治施工阶段)

3 监测结果分析

3.1 深部位移监测

3.1.1 深部位移监测成果

据深部位移监测成果,绘制累积位移-深度-时间曲线图,如图3所示。根据图3可知,测点2-CX1、2-CX2累积位移-深度-时间曲线紧贴于初始竖轴或在竖轴两侧无规律小幅波动,无明显滑动面;测点2-CX3、2-CX4累积位移-深度-时间曲线均在-19.00 m深处出现明显拐点,且拐点曲线以上部分向外侧鼓出后平行于钻孔延伸至孔口,说明拐点处为滑面位置。

(a)2-CX1

3.1.2 深部位移监测成果分析

3.1.2.1 急剧变形～滑动破坏阶段(2021年10月～2022年3月)

该阶段由于滑动区域内的深部位移监测点2-CX3、2-CX4于短时间内峰值累积位移分别达到410.2 mm和504.55 mm,已超过设备极限值,致使仪器失效。仪器失效前测得峰值深度变形速率为72.08～140.77 mm/d,监测断面综合分析图详见图4。尽管滑动区域内的深部位移监测点已失效,但根据其失效前的监测数据和该阶段地表位移监测点的监测数据可知,路基深部位移始终维持在50～200 mm的极高速变形速率,路基已经处于滑动状态。

图4 典型监测断面综合分析曲线图

3.1.2.2 处治施工阶段(2022年4～8月)

该阶段病害路基正在处治施工中,处治施工区域内测点均已拆除,后缘深部位移监测点2-CX1、2-CX2无明显变形,路基处治施工区后缘深部位移维持较稳定状态。

3.2 地表位移监测

3.2.1 地表位移监测成果

各监测阶段的地表位移监测成果详见表2,典型的地表累积位移-时间曲线见图5。

(a)1-GNSS1(急剧变形阶段)

表2 地表位移监测统计表(2021-10-25至2022-08-31)

3.2.2 地表位移监测成果分析

3.2.2.1 急剧变形阶段(2021年10～12月)

该阶段核心变形区监测点(2-GNSS2、2-GNSS3、2-GNSS4、3-GNSS2、3-GNSS3)平面位移速率为59.03～67.38 mm/d,垂直位移速率为-12.68～-25.16 mm/d;非核心变形区监测点(1-GNSS2)平面位移速率为12.70 mm/d,垂直位移速率为-3.64 mm/d;后缘未影响区监测点(1-GNSS1、2-GNSS1、3-GNSS1)暂无明显位移,滑坡体处于高速滑移状态,滑动变形尚未牵引至后缘区域。

3.2.2.2 滑动破坏阶段(2022年1～3月)

该阶段核心变形区监测点(2-GNSS2、2-GNSS3、2-GNSS4、3-GNSS2、3-GNSS3)平面位移速率为120.99～137.79 mm/d(提速至上一阶段的198%～242%),垂直位移速率为-25.56～-45.77 mm/d(提速至上一阶段的165%～250%);非核心变形区监测点(1-GNSS2)平面位移速率为11.83 mm/d(与上一阶段基本持平),垂直位移速率为-4.06 mm/d(与上一阶段基本持平);后缘影响区监测点(3-GNSS1)平面位移速率为60.39 mm/d(上一阶段无明显位移),垂直位移速率为-126.09 mm/d(上一阶段无明显位移);后缘未影响区监测点(1-GNSS1、2-GNSS1)暂无明显位移。该阶段滑坡体处于极高速滑移状态,滑移速率较上一阶段大幅增长,且滑动变形范围已向后方牵引扩大。

3.2.2.3 处治施工阶段(2022年4～8月)

该阶段填方路基路面及后缘区域各地表位移监测点平面位移速率为0～0.09 mm/d,垂直位移速率为0～-0.06 mm/d,坡脚区域地表位移监测点3-GNSS3平面位移速率为0.25 mm/d,垂直位移速率为-0.06 mm/d。本阶段填方路基路面及后缘区域整体维持较稳定状态,坡脚区域处于蠕动变形状态。

4 结语

(1)急剧变形阶段(2021年10～12月):拱形骨架扭曲变形严重,滑坡后缘未见拉张裂缝,深部位移监测点于短时间内被剪断(剪断前峰值速率为72.08～140.77 mm/d)。核心变形区地表位移监测点平面位移速率为59.03～67.38 mm/d,垂直位移速率为-12.68～-25.16 mm/d。滑坡体处于高速滑移状态,滑坡范围暂未向后方扩大。

(2)滑动破坏阶段(2022年1～3月):滑坡后缘已出现拉张裂缝(错台)。核心变形区地表位移监测点平面位移速率为120.99 ～137.79 mm/d(提速至上一阶段的198%～242%),垂直位移速率为-25.56～-45.77 mm/d(提速至上一阶段的165%～250%)。滑坡体处于极高速滑移状态,滑移速率较上一阶段大幅增长,且滑动变形范围已向后方牵引扩大。

(3)处治施工阶段(2022年4～8月):填方路基路面及后缘区域在处治施工过程中整体维持较稳定状态,但坡脚区域处于蠕动变形状态。

(4)完成治理施工后,边坡形成新的工况条件,目前坡脚处仍有蠕动变形现象,预警等级为黄色警示级。建议增加地表观位移监测点及监测断面,相关方应在现场做好警示标志并定期进行巡查,发现新增裂缝等异常情况及时上报。