高速公路路塹邊坡監(jiān)測與分析研究

陳小英

（山西晉通公路工程監(jiān)理有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

在山區(qū)高速公路建設(shè)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)路塹高邊坡，其穩(wěn)定性直接影響施工和運營安全。在高速公路路塹邊坡施工過程中，為了及時發(fā)現(xiàn)邊坡存在的安全隱患，保證安全施工，應(yīng)在施工中對路塹邊坡的變形情況進(jìn)行監(jiān)測。本文針對路塹邊坡施工期間制定監(jiān)測方案，在高邊坡上設(shè)置監(jiān)測點，分別對水平位移和沉降位移進(jìn)行監(jiān)測，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，計算其變化速率，并分別繪制曲線分析路塹變形對邊坡穩(wěn)定性的影響，及時制定邊坡處治措施，為施工安全提供必要保障。

1 工程概況

某高速公路路塹邊坡設(shè)計采用四級邊坡，第四級邊坡平均高度為5 m，坡度為1∶0.5；第三級邊坡高度為8 m，坡度為1∶0.75；第二級邊坡高度為8 m，坡度為1∶1；第一級邊坡高度為2 m，坡度為1∶1。邊坡坡長為146.5 m，最大高度24.7 m，邊坡平臺設(shè)置排水溝。該地區(qū)地形起伏大，邊坡土體多為強風(fēng)化砂巖、泥巖，穩(wěn)定性差，設(shè)計采用錨索格子梁防護(hù)，并在施工中對邊坡土體變形情況進(jìn)行監(jiān)測。

2 路塹邊坡變形監(jiān)測方案

人工巡視內(nèi)容主要是對邊坡開裂、坍塌、隆起或下陷、滑坡體變形情況、排水設(shè)施是否暢通、地下水和地表水變化等情況進(jìn)行調(diào)查[1]。沉降觀測和水平位移觀測是通過在邊坡上部布設(shè)監(jiān)測點[2]，使用儀器進(jìn)行持續(xù)或周期性的觀測。

高速公路路塹邊坡監(jiān)測點布置詳見圖1 所示，測點主要布置在四級邊坡頂部（監(jiān)測點1），三、四級邊坡平臺（監(jiān)測點2）和二、三級邊坡平臺（監(jiān)測點3）。選取其中一個監(jiān)測斷面進(jìn)行分析，實際施工中根據(jù)邊坡高度、邊坡土體的穩(wěn)定性和邊坡長度確定監(jiān)測點數(shù)量，每級邊坡監(jiān)測點數(shù)量為1～2 個。為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，邊坡位移觀測采用電子水準(zhǔn)儀、銦鋼尺和萊卡精密型全站儀配合進(jìn)行[3]。監(jiān)測頻率根據(jù)變形速率、環(huán)境影響，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況確定，一般為兩周監(jiān)測一次。如遇暴雨天氣或變形速率變大，應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測次數(shù)，連續(xù)數(shù)天每天進(jìn)行觀測直到變形穩(wěn)定為止。

圖1 路塹邊坡監(jiān)測點布置示意圖

3 路塹邊坡變形監(jiān)測與分析

3.1 水平位移監(jiān)測結(jié)果分析

測點布置完成后，先用全站儀測點監(jiān)測點的坐標(biāo)（x，y）作為初始值，以后每兩周觀測一次。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合式（1）和式（2），得出水平位移累計值ΔS 和變化速率ΔSt[4]，計算數(shù)據(jù)詳見表1 和表2，分別繪制變化曲線如圖2 和圖3 所示。

表1 路塹邊坡水平位移累計值統(tǒng)計表 mm

表2 路塹邊坡水平位移變化速率統(tǒng)計表 mm/d

圖2 水平位移累計值變化曲線

圖3 水平位移變化速率曲線

分析表1 數(shù)據(jù)和圖2 所示曲線得出，所選監(jiān)測點的水平位移變形情況符合一定的規(guī)律，統(tǒng)一為前期和后期水平位移增加速度較慢，中期變化速度較快，位移變化曲線形狀呈S 形。其中監(jiān)測點1 的水平位移變化幅度較大，其最大累計值為21.9 mm，監(jiān)測點2 和監(jiān)測點3 的最大累計值分別為21.7 mm 和19.4 mm。根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，水平位移累計值的警戒值是20 mm，其中監(jiān)測點1 和監(jiān)測點2 均略大于警戒值。

分析表2 和圖3 可知，3 個監(jiān)測點均是中期水平位移變化速率快，前期和后期慢，監(jiān)測點1、2 和3的最大水平位移變化速率分別為0.31 mm/d，0.33 mm/d，0.38 mm/d，均發(fā)生在第 8 次觀測期間，水平位移變化速率警戒值為0.2 mm/d，略高于警戒值。

3.2 沉降位移監(jiān)測結(jié)果分析

監(jiān)測點布置完成后，使用全站儀測量監(jiān)測點的z 坐標(biāo)，作為初始值，每隔兩周監(jiān)測一次。通過式（3）計算監(jiān)測點沉降位移變化速率，式中ΔZ 為前后兩次沉降位移觀測值差值[5]。路塹邊坡沉降位移觀測累計值和變化速率計算值詳見表3 和表4，變化曲線詳見圖4 和圖5。

表3 路塹邊坡沉降位移累計值統(tǒng)計表 mm

表4 路塹邊坡沉降位移變化速率統(tǒng)計表 mm/d

圖4 監(jiān)測點沉降位移累計值曲線

圖5 監(jiān)測點沉降變化速率曲線

分析表3 和圖4 可知，監(jiān)測點1 累計沉降量最大，為16.5 mm，監(jiān)測點2 和監(jiān)測點3 累計沉降位移分別為16.0 mm 和15.0 mm。規(guī)范要求沉降位移的警戒值為20 mm，3 個監(jiān)測點累計沉降位移均小于警戒值。

分析表4 和圖5 可知，3 個監(jiān)測點的沉降位移最大變化速率為-0.38 mm/d，發(fā)生在監(jiān)測點3 的第7 次監(jiān)測，監(jiān)測點1 沉降位移最大變化速率為-0.37 mm/d，發(fā)生在第6 次監(jiān)測，監(jiān)測點2 沉降位移最大變化速率-0.27 mm/d，發(fā)生在第7 次監(jiān)測，均略高于警戒值0.2 mm/d[6]。因此，在第5～8 次監(jiān)測期間，應(yīng)增加觀測次數(shù)，并加強人工巡視，防止由于沉降量突然增大導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)滑動甚至塌方。

3.3 總體分析

根據(jù)上述分析可知，第5～8 次監(jiān)測期間，路塹邊坡變形情況較嚴(yán)重，水平位移、沉降變化速率最快，且均略高于警戒值。因此，在第5～8 次監(jiān)測期間，應(yīng)增加監(jiān)測頻率，并加強人工巡視，觀察邊坡是否出現(xiàn)裂縫等破壞。水平位移累計值最大為21.9 mm，超過警戒值20 mm，應(yīng)在后期進(jìn)一步監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)邊坡存在的問題，保證高速公路路塹邊坡的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

在高速公路路塹邊坡防護(hù)施工過程中，制定監(jiān)測方案對路塹邊坡的水平位移和沉降位移進(jìn)行監(jiān)測，并計算其變化速率，繪制變化曲線，分析后得出以下結(jié)論：

a）水平位移前期和后期增加速度較慢，中期變化速度較快，位移變化曲線形狀呈S 形，監(jiān)測點1 和監(jiān)測點2 的水平位移最大累計值均超過了警戒值。應(yīng)在監(jiān)測期間加強人工巡視，必要時增加監(jiān)測次數(shù)，并在監(jiān)測后繼續(xù)進(jìn)行觀測。

b）監(jiān)測點1 累計沉降量為16.5 mm，其他兩個監(jiān)測點的累計沉降位移分別為16.0 mm 和15.0 mm，均小于警戒值。

c）3 個監(jiān)測點的沉降位移最大變化速率為-0.38 mm/d，其他兩個監(jiān)測點分別為-0.37 mm/d 和-0.27 mm/d，均略高于警戒值。超出警戒值的情況均發(fā)生在第5～8 次監(jiān)測期間，同類工程中，應(yīng)增加監(jiān)測次數(shù)，適當(dāng)加強人工巡視，觀察邊坡是否出現(xiàn)裂縫等破壞，保證施工安全。