變形監(jiān)測(cè)在滑坡處治中的應(yīng)用

魚安卿，陳 川，羅安民

(1.廣西鐵路投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

滑坡是我國山區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，對(duì)公路、鐵路建設(shè)形成重要威脅，極易造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失[1-2]。以往的滑坡災(zāi)害調(diào)查多以地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探等傳統(tǒng)手段為主，這類手段存在一定的局限性，尤其是對(duì)新生滑坡或潛在滑坡，往往難以準(zhǔn)確定位滑動(dòng)面，對(duì)滑坡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也無法準(zhǔn)確掌握，這些都對(duì)防治決策產(chǎn)生重大影響[3-4]。

近年來，監(jiān)測(cè)技術(shù)作為防災(zāi)減災(zāi)的一項(xiàng)重要手段，越來越受到重視。通過對(duì)滑坡的平面及深部變形、裂縫發(fā)展等位移指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可準(zhǔn)確地查明滑坡體的范圍、規(guī)模、類型、變形狀態(tài)等，結(jié)合環(huán)境(降雨、地下水等)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可綜合分析出滑坡的誘因，起到診斷及預(yù)警的效果[5]。本文以廣西田林縣G324國道滑坡發(fā)生后的病害治理監(jiān)測(cè)為例，探討了變形監(jiān)測(cè)在防治潛在次生滑坡中的重要參考作用。

1 工程概況

2018-06-24上午6：50，田林縣樂里鎮(zhèn)G324國道沿線居民小區(qū)西側(cè)發(fā)生滑塌破壞，造成滑坡后緣6棟2～6層居民樓倒塌，掩埋沖溝下方24戶居民房及公務(wù)用車4輛、私家車2輛，未造成人員傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約1 000萬元?；鷧^(qū)后緣及北側(cè)周界出現(xiàn)多條貫通張拉裂縫，潛在威脅區(qū)域包括滑坡體上緣的辦公樓、居民小區(qū)、建材市場(chǎng)、汽修站等，以及下緣的數(shù)十棟辦公樓及數(shù)百間居民樓，潛在受威脅人數(shù)為1 100人，屬特大型地質(zhì)災(zāi)害。國道緊鄰滑坡后緣，路基大面積臨空，發(fā)生滑動(dòng)破壞風(fēng)險(xiǎn)極大，嚴(yán)重危及行車安全。

場(chǎng)地內(nèi)地層由第四系人工堆積層(Qml)、第四系殘積層(Qel)、三疊系中統(tǒng)蘭木組(T2l)。

素填土：褐黃、褐灰色，松散-稍密，主要由黏土、碎石、塊石組成，碎石、塊石含量約20%～50%，粒徑為2～300 mm，母巖成分為泥質(zhì)粉砂巖，為國道建設(shè)山體開挖堆填而成，基本完成自重固結(jié)，厚0.80～18.40 m。

黏土：褐黃色，硬塑狀，土質(zhì)不均，含風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖碎塊，干強(qiáng)度及韌性高，厚1.10～5.30 m。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂：灰、灰綠色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)清晰可見，巖體破碎，巖芯多呈半巖半土狀，少量呈碎塊狀，厚1.30～11.80 m。

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂：深灰色，夾頁巖，泥質(zhì)粉砂狀結(jié)構(gòu)，薄-中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀，巖體較破碎。

2 處治設(shè)計(jì)方案

田林縣樂里鎮(zhèn)G324國道沿線富裕小區(qū)西側(cè)發(fā)生滑坡破壞后，路基臨空面大，為確保道路及通行安全，位于臨空面?zhèn)葢?yīng)設(shè)計(jì)支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)。支擋結(jié)構(gòu)擬采用錨筋樁組成棚架體系對(duì)潛在滑坡體進(jìn)行錨固，沿國道臨空面-側(cè)設(shè)置4排錨筋樁，樁長錨入下伏基巖中(見圖1)，錨筋樁頂設(shè)計(jì)樁面板連接，確保道路行車安全。具體設(shè)計(jì)方案根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化。

圖1 處治方案設(shè)計(jì)斷面圖

3 監(jiān)測(cè)方案

3.1 監(jiān)測(cè)目的

對(duì)地表位移、深層位移等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確定滑動(dòng)面深度位置、掌握滑坡變形規(guī)律及其發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)做出險(xiǎn)情預(yù)報(bào)，同時(shí)研究和掌握滑坡活動(dòng)的規(guī)律及其發(fā)展趨勢(shì)，可為設(shè)計(jì)方案優(yōu)化及施工控制提供可靠依據(jù)，并借以驗(yàn)證工程處治的效果。

3.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括以下方面：

(1)地表巡查：定期進(jìn)行邊坡的巡視檢查工作，檢查內(nèi)容包括邊坡是否出現(xiàn)新裂縫、新舊裂縫的變化情況(裂縫的深度及寬度)、是否出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，坡頂?shù)乇碛袩o下陷，排、截水溝是否通暢等。

(2)邊坡地表位移監(jiān)測(cè)：在滑坡重點(diǎn)部位布置地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用高精度監(jiān)測(cè)機(jī)器人通過大地測(cè)量法觀測(cè)出地表的水平位移及垂直位移。

(3)深層水平位移監(jiān)測(cè)：采用滑動(dòng)式測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)滑坡內(nèi)任一深度段的相對(duì)傾斜變形，反求其橫向(水平)位移，以及滑動(dòng)面、軟弱帶的位置、厚度、變形速率等，以分析滑坡變形趨勢(shì)。

3.3 測(cè)點(diǎn)布置

本項(xiàng)目共布設(shè)深層測(cè)斜孔3個(gè)(ZK4、ZK5、ZK6)，地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)(JC1～JC10)，各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面位置見圖2。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.1 深層測(cè)斜監(jiān)測(cè)成果

(1)滑動(dòng)面確定

經(jīng)對(duì)測(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理，繪制出各孔累積位移-深度曲線圖(見圖3)。

圖3 各孔累積位移-深度曲線圖

由圖3可知，路基范圍存在持續(xù)變形，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。ZK4測(cè)斜曲線僅在5～10 m深度段發(fā)生明顯彎折，彎折極值點(diǎn)位于7.5 m深度，該點(diǎn)上下曲線與垂直向呈約65°～70°，其余深度段曲線整體上與初始位移線呈較小角度發(fā)展，說明該測(cè)斜孔在7.5 m深度時(shí)發(fā)生與初始狀態(tài)的位置突變，判定該深度為ZK4的深部滑動(dòng)面位置，其上方5.0 m處為滑動(dòng)位移峰值面位置。同理，對(duì)于ZK5和ZK6的測(cè)斜曲線，出現(xiàn)2～3個(gè)明顯變形拐點(diǎn)，即位移突變起始點(diǎn)，均有可能為各孔深部滑動(dòng)面所在位置。ZK5滑動(dòng)面深度為11.5 m，位移峰值面深度為9.5 m；ZK6滑動(dòng)面深度為15.0 m，位移峰值面深度為14.5 m。將各孔滑動(dòng)深度連線后，得到最危險(xiǎn)潛在滑動(dòng)面，該滑面最深15.0 m，滑動(dòng)面位置見圖4。

圖4 深層測(cè)斜孔變形曲線綜合分析圖(cm)

(2)深層測(cè)斜數(shù)據(jù)分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)各測(cè)斜孔的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，得到深層測(cè)斜峰值變形速率、階段累積位移統(tǒng)計(jì)表(見表1)，繪制成圖(見圖5)。

從表1中可見，處治施工前監(jiān)測(cè)時(shí)段ZK4、ZK5、ZK6峰值累積位移分別為1.22 mm、4.47 mm、3.06 mm，即臨空側(cè)(ZK5與ZK6)累積位移是滑坡后緣(ZK4)的3.5倍和2.5倍；在處治施工前，ZK4、ZK5、ZK6平均速率分別為0.04 mm/d、0.03 mm/d、0.16 mm/d，最靠近滑塌側(cè)的ZK6平均速率為ZK4和ZK5的4倍。在錨筋樁施工期間，ZK5和ZK6的平均速率和最大速率均為ZK4的2倍。由圖5(b)中測(cè)斜峰值變形速率-時(shí)間曲線亦可看出，在錨筋樁施工期間，各測(cè)斜孔變形速率較大，速率曲線振幅明顯且集中，在各測(cè)斜數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)上，處治施工前各測(cè)斜孔變形速率整體上升并呈現(xiàn)出大小關(guān)系為ZK6>ZK5>ZK4的規(guī)律。結(jié)合各測(cè)斜孔平面位置及變形速率大小關(guān)系，滑坡靠前緣側(cè)深層變形速率大于后緣深層變形速率，表明本滑坡為牽引式破壞。

表1 深層測(cè)斜峰值變形速率、階段累積位移統(tǒng)計(jì)表

(a)累積位移-時(shí)間

(b)峰值變形速率-時(shí)間

4.2 地表位移監(jiān)測(cè)成果

將地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)后，得到地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面變形速率、階段累積位移統(tǒng)計(jì)表(見表2)，地表位移監(jiān)測(cè)s-t曲線見圖6。

表2 地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面變形速率、階段累積位移統(tǒng)計(jì)表

圖6 地表位移監(jiān)測(cè)s-t曲線圖

由表2可知，距離滑坡較遠(yuǎn)的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)JC1、JC4、JC9、JC10在施工期間受到擾動(dòng)出現(xiàn)震蕩式正位移，施工完成后擾動(dòng)因素消失，以上測(cè)點(diǎn)恢復(fù)低速蠕動(dòng)變形，位移曲線轉(zhuǎn)向平緩，在2019-12-16至2020-12-05近一年的監(jiān)測(cè)時(shí)段中，平均位移速率僅為0～0.01 mm/d，最大位移速率為0.01～0.03 mm/d，階段累積位移為0.50～2.01 mm。而靠近滑坡的其余地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工完成后由于支擋結(jié)構(gòu)尚未完全發(fā)揮對(duì)土體的支擋效果，在施工完成后監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)仍有4.12～6.31 mm的階段累積位移。以上不同區(qū)域地表變形特點(diǎn)進(jìn)一步證明滑坡周界圈定的客觀合理性。

在同一監(jiān)測(cè)斷面上的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)JC3、JC6在施工期和施工完成后兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)階段累積位移分別為9.08 mm、10.16 mm和4.80 mm、6.31 mm，位移量均表現(xiàn)為JC6>JC3；JC6位于滑塌周界后緣內(nèi)，JC3位于道路另一側(cè)民房處，可見地表平面位移呈現(xiàn)出前大后小的牽引式破壞變形特征。

4.3 治理效果綜合分析

處治施工完成后，本階段深層測(cè)斜、地表位移的平均速率和最大速率均降至施工前低速水平，位移曲線斜率減緩，最終與水平線夾角趨向0°，速率曲線無限接近零速率線。表明施工完成后滑動(dòng)趨勢(shì)逐漸減弱，滑坡體穩(wěn)定性提高，滑塌風(fēng)險(xiǎn)得到有效治理，滑坡區(qū)逐步降速并逐漸轉(zhuǎn)為變形穩(wěn)定狀態(tài)，處于變形速率持續(xù)歸零階段，支擋結(jié)構(gòu)在國道處滑坡體后緣發(fā)揮最大支擋作用，采用錨筋樁對(duì)滑坡進(jìn)行支擋的處治方案效果良好。

5 結(jié)語

(1)借助監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確判斷滑動(dòng)區(qū)、滑面深度，判定滑坡類型，識(shí)別滑體的狀態(tài)，是傳統(tǒng)滑坡勘查手段的一個(gè)重要補(bǔ)充，為滑坡防治決策提供幫助。

(2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可為滑坡防治工程的治理效果驗(yàn)證提供充分的數(shù)據(jù)支持。

(3)本次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集均為人工數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、時(shí)效性上有一定的局限。如能采用GNSS自動(dòng)化地表位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、多點(diǎn)深層位移計(jì)等自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將會(huì)更加及時(shí)與高效。

(4)在變形監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，若增加環(huán)境監(jiān)測(cè)(地下水位監(jiān)測(cè)、降雨監(jiān)測(cè)等)將能更加準(zhǔn)確地判斷滑坡誘發(fā)因素，全方位了解滑坡。