公路高边坡稳定性多点位移计监测分析

2021-07-30冯向伟

山东交通科技 2021年3期

冯向伟

（山西路桥第七工程有限公司，山西晋城 048000）

引言

公路高边坡地质条件复杂，如出现滑动变形会直接影响施工与运营安全，甚至造成人员伤亡或财产损失。合理进行高边坡支护与施工，并在施工过程中做好边坡变形监测，保证边坡处于稳定状态。多点位移计可以对路基边坡不同深度变形情况进行监测，分析不同施工阶段路基边坡的变形情况，确定主要影响因素，判断边坡的稳定性。

1 高边坡支护方案

1.1 工程简介

阳左高速公路采用双向四车道建设，全长91.25 km，设计车速80 km/h。高速公路沿线分布有多处高边坡，主要以岩土混合边坡和土质边坡为主。其中K62+500 左100 m—K62+580 左60 m 段、K69+195—K69+245段两段高边坡为岩土混合边坡，边坡土质构成主要为石灰岩、粉质黏土；K79+020右 80 m—K79+100 右 80 m 段高边坡为土质边坡，边坡土质构成主要为粉土、粉质黏土等混合组成。高边坡内部裂隙发育，稳定性差，局部存在软弱结构面，存在发生滑坡等地质灾害的风险。通过分析对比，产生滑坡风险较大，会严重影响道路施工和运营安全。

1.2 高边坡支护方案

K69+195—K69+245 段高边坡为岩土混合边坡，边坡最大刷坡高度为32 m，分四级开挖，边坡坡度为1 ∶1.5，每两级边坡之间设置2 m 宽边坡平台。三级、四级边坡原设计采用锚杆钢筋网支护，一、二级边坡采用浆砌片石护面墙支护。在边坡开挖过程中，发现第三、四级边坡土体存在滑动变形现象。在第三、四级边坡上部发现弧状张拉裂缝，有产生局部滑塌的危险。原支护方案已不能保证边坡稳定，进行设计变更，拟采用锚索框架梁+抗滑桩对边坡土体进行支护。锚索格子梁防护为3×3 m 格构，锚索设计长度为30 m，格子梁中间采用浆砌片石砌筑。抗滑桩截面尺寸为260 cm×180 cm，桩长18 m，间隔8 m。抗滑桩采用人工挖孔桩施工，锚索分三批张拉，张拉完成边坡稳定后再进行下一级边坡开挖。为了确定边坡的变形情况，在边坡上部布置监测断面开展变形监测。

2 多点位移计监测方案

在边坡开挖过程中，发现三、四级边坡出现裂缝、局部变形现象。裂缝宽度在5～30 cm，可见深度0.5 m，并在裂缝两侧产生了10～15 cm 的错台。局部变形主要表现为局部碎裂，岩体破碎，分析是由于边坡内部土体变形位移所导致的。为了确定边坡内部土体的变形情况，在K69+195—K69+245 段高边坡选取两个监测断面布置多点位移计，分别为K69+210 和K69+225。多点位移计选用DW 型多点位移计，编号分别为M69-1 和M69-2，M69-1 布置在三级边坡上高程为903.618 m，M69-2 布置在三级和四级边坡之间，高程为908.759 m。单侧点长度分别为6 m、15 m、28 m、36 m，多点位移计立面布置见图1。

图1 多点位移计布置

3 监测结果分析

以M69-1 号4 点式位移计监测结果为研究对象，各测点安装深度分别为6 m、15 m、28 m、36 m。多点位移计监测过程中边坡开挖施工正常进行，会受到边坡开挖与支护过程中各类振动的影响。多点位移计于2012 年8 月20 日安装，22 日灌浆，26 日开始首次量测，确定表面高程为903.618 m。

3.1 多点位移计监测结果分析

考虑到施工对多点位移计监测结果的影响，分别在各个施工阶段对监测情况进行分析。M69-1 号4 点式位移计在对边坡变形情况监测的全过程中，边坡正处于施工阶段，具体可划分为四个阶段：第一阶段是路基三级边坡开挖、第一批锚索张拉；第二阶段路基开挖基本完成，开始分批张拉锚索；第三阶段路基二级边坡开挖；第四阶段路基开挖完成，二级平台抗滑桩完工。收集四个阶段多点位移计监测结果，绘制位移-时间曲线见图2。可以看出，在各个施工阶段路基边坡的位移变化存在较大差异，其中在第一阶段所产生的位移最大，变形速率也最快，第四阶段所产生的位移最小，变形速率也最慢，说明施工对多点位移监测结果影响较大。各阶段监测结果：（1）第一阶段为2012 年8 月20 日开始，该阶段路基边坡所产生的位移最大，2 个月所产生的位移量为22.315 mm，变形速率为0.452 mm/d，分析原因主要是由于路基边坡正处于开挖施工阶段，会产生较大的振动，使边坡土体产生了较大的蠕变变形。在第一批锚索张拉完成后，路基边坡的变形速度变缓，但又出现了变形加剧的趋势，这是由于第一批锚索张拉后所产生的抗滑力仍不能抵抗边坡稳定，产生了较大的变形。（2）第二阶段路基边坡变形逐渐变缓，前期变形速率较大，在第二批锚索张拉后变形速率明显变缓，该阶段路基边坡变形量为7.538 mm，变形速率0.068 mm/d。这是由于前期路基仍处于开挖阶段，张拉后路基开挖也停止了，路基边坡变形量和变形速率都变小了。（3）第三阶段路基边坡变形量大幅增大，变形速率也有了一定幅度的提高。该阶段路基边坡变形量为20.985 mm，变形速率0.129 mm/d。这是由于该阶段路基二级边坡重新进行开挖，对路基边坡产生了较大的扰动，导致变形量和变形速率增加。（4）第四阶段路基边坡变形稳定，变形量和变形速率均较小，该阶段路基边坡变形量为2.096 mm，变形速率0.003 mm/d。这是由于该阶段路基开挖结束，二级边坡锚索张拉完成，二级平台抗滑桩施工完成，没有对路基边坡产生扰动，边坡变形逐步趋于平稳，截至监测结束已基本不产生变形，边坡已处于稳定状态。

图2 各阶段多点位移计监测位移-时间曲线

3.2 施工对监测结果影响分析

结合分析结果，说明路基边坡开挖和支护对多点位移计的监测结果影响较大，为确定最大影响因素，对各施工阶段路基边坡的变形情况进行全面分析。对比分析图2 各阶段路基边坡变形情况，各阶段边坡变形量和变形速率均存在较大差异。（1）第一阶段变形量和变形速率最大，该阶段进行了路基边坡开挖施工和第一批锚索张拉，而张拉后边坡变形量和变形速率有一定幅度的下降，说明该阶段路基开挖是造成边坡变形量增加的主要影响因素。（2）第三阶段变形量和变形速率增加也是由于该阶段路基边坡开挖造成的。（3）而第二、第四阶段路基边坡没有进行开挖施工，这两个阶段变形量和变形速率均较小，说明路基边坡开挖施工是影响边坡变形的主要因素。

3.3 确定边坡滑动面位置

为了研究路基边坡不同深度的变形情况，进而确定路基边坡滑动面的位置，分别对M69-1 号4 点式位移计四个量测深度6 m、15 m、28 m、36 m 和边坡表面的变形情况进行统计，绘制不同时间位移-孔深曲线见图3。

图3 不同时间位移-孔深关系曲线

分析图3 曲线变化趋势，可以得出路基边坡表面0 m、6 m、15 m 深度路基边坡的变形量基本相同。深度为28 m 路基边坡变形量相比15 m 处有较大幅度下降，深度15 m 处最大变形量接近60 mm，而28 m 处最大变形量分别为10 mm，28 m 和36 m 处变形相差不大。15～28 m 深度范围内的变形位移差最大，接近50 mm，28～36 m 范围变形位移差为4 mm 左右，边坡表层到6 m 范围分析变形位移差为5 mm 左右，15～28 m 范围变形量基本相同。边坡内部15～28 m深度范围内的变形位移差最大，可确定边坡滑动面位于15～28 m 之间。