測(cè)斜儀在山區(qū)公路路塹邊坡位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

葛寶

（四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都610072）

近年來，隨著我國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，山區(qū)高速公路的建設(shè)已經(jīng)成為我國(guó)公路建設(shè)的主要內(nèi)容，在施工期間因開挖造成的人工高邊坡比比皆是。這些路塹邊坡打破了巖土體原有的地質(zhì)平衡，在環(huán)境與工程因素雙重影響下，坡體極易產(chǎn)生位移形變，隨著形變的積累，可能誘發(fā)坍塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅現(xiàn)場(chǎng)施工人員的人身安全、影響施工進(jìn)度、造成經(jīng)濟(jì)損失。路塹邊坡坡體產(chǎn)生的位移形變，主要包括地表位移和深部位移2個(gè)方面，而深部位移監(jiān)測(cè)是邊坡變形監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，對(duì)確定滑面位置，研究邊坡現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及整治工程設(shè)計(jì)提供重要信息［1］。

傳統(tǒng)的深部位移監(jiān)測(cè)方法是通過邊坡坡腳處的路樁來測(cè)量邊坡的位移變化量，但是該方案只能反映邊坡某一點(diǎn)處的地表位移值，不能反映邊坡不同深度的位移量［2］；而測(cè)斜儀直接測(cè)量路塹邊坡不同深度的位移量，反映病害邊坡的變形趨勢(shì)和滑動(dòng)面位置［3］。運(yùn)用測(cè)斜儀對(duì)施工期間的病害邊坡進(jìn)行深部位移監(jiān)測(cè)，得出累計(jì)偏移量及偏移速率，及時(shí)對(duì)病害邊坡的不同深度存在的滑動(dòng)面進(jìn)行預(yù)測(cè)，指導(dǎo)路塹邊坡的修建和工程設(shè)計(jì)情況，保證山區(qū)公路的施工安全與穩(wěn)定［4］。同時(shí)測(cè)斜儀檢測(cè)路塹邊坡的變形不受天氣和施工的影響，還有具有操作簡(jiǎn)便、精度高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為及時(shí)、準(zhǔn)確地確定邊坡的滑動(dòng)面和變化趨勢(shì)提供了保障。

1 測(cè)斜儀工作原理

測(cè)斜儀是一種可以精確測(cè)量巖土層內(nèi)部橫向位移的工程監(jiān)測(cè)儀器，在邊坡工程的原位監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛。測(cè)斜儀由探頭、電纜、數(shù)字式讀數(shù)儀組成，探頭由傳感器、殼體、導(dǎo)輪、底座、電纜卡等組成，目前使用最多的是伺服式測(cè)斜儀。測(cè)斜管在監(jiān)測(cè)前埋設(shè)于巖土層內(nèi)，測(cè)斜儀導(dǎo)向滾輪卡在測(cè)斜管的對(duì)稱分布式凹槽中上下滑行。測(cè)量時(shí)，將測(cè)斜儀的感應(yīng)方向?qū)?zhǔn)坡面滑動(dòng)方向，使傳感器滑入測(cè)斜管底部穩(wěn)定后，提起測(cè)量管底到管口距離，每隔0.5 m測(cè)讀一次，直至管口，然后同樣進(jìn)行反向測(cè)量，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)值。

測(cè)斜儀的工作原理是通過擺錘受重力作用測(cè)量傳感器與鉛垂線的夾角（見圖1），進(jìn)而計(jì)算出垂直位置各點(diǎn)的水平位移量。當(dāng)探頭在測(cè)斜管中滑動(dòng)測(cè)量時(shí)，探頭內(nèi)的傳感器反映出每一深度處的傾斜度變化 ，按照測(cè)量分段原理，分別求出不同深度的位移Δdi，即：

由測(cè)斜儀的測(cè)點(diǎn)的逐漸增加，可以得出測(cè)斜儀的工作原理公式為：

式中，Δdi為測(cè)點(diǎn)的位移量；L 為測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)度，取0.5 m；αi為測(cè)點(diǎn)處的夾角；Sn為測(cè)斜管測(cè)點(diǎn)以上的位移；n為測(cè)點(diǎn)的數(shù)目。

測(cè)斜儀測(cè)量時(shí)，為了減少儀器自身和環(huán)境因素帶來的誤差，對(duì)邊坡的深部位移采用正測(cè)和反測(cè)的方式各測(cè)讀一次數(shù)據(jù)，取2種方式代數(shù)差的平均值作為測(cè)量值［5－7］。

2 應(yīng)用

2.1 監(jiān)測(cè)工程概況

當(dāng)前正在貴州省建設(shè)的某高速公路，該路段是貴州省西北部的重要快速通道。地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，順層、軟土、崩塌、隧道涌突水等問題嚴(yán)重，特別是2011年3月以來高邊坡眾多，邊坡土質(zhì)松散，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化卸荷嚴(yán)重，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大的影響。K103＋780～920段路塹邊坡坡體地表植被較發(fā)育，以灌木叢林為主，屬暖溫帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)。滑坡邊界變形明顯，變形較強(qiáng)烈，公路以上部分具有整體滑動(dòng)的趨勢(shì)，滑體厚度30～40 m，總體積約140×104m3。受2011年6月中旬以來的暴雨與公路開挖影響，邊坡局部坡面發(fā)生塌滑，上方坡體出現(xiàn)多處開裂和下錯(cuò)。

圖1 測(cè)斜儀工作原理圖

圖2 深部位移監(jiān)測(cè)設(shè)備布置圖

2.2 監(jiān)測(cè)布防

K103＋780～920路塹邊坡深部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，ZK001測(cè)孔位于坡體中部監(jiān)測(cè)斷面；ZK002測(cè)孔距離中部開挖處坡頂約10 m的監(jiān)測(cè)斷面；ZK003測(cè)孔位于坡體左側(cè)的監(jiān)測(cè)斷面。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的深度、方位等如表1所示。針對(duì)K103＋780～920段邊坡的實(shí)際情況，施工初期，監(jiān)測(cè)組一般2～3d觀測(cè)一次；待抗滑樁修建時(shí)，監(jiān)測(cè)組8～9d觀測(cè)一次；修建完畢后，減小觀測(cè)頻率，14～15d觀測(cè)一次。

表1 邊坡深部位移監(jiān)測(cè)孔參數(shù)表

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

采用北京基康儀器有限公司生產(chǎn)的BGK－6150型測(cè)斜儀對(duì)路塹邊坡進(jìn)行深部位移監(jiān)測(cè)。3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZK001、ZK002和ZK003的測(cè)斜管均于2011年9月埋設(shè)，取得了大量實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過測(cè)斜儀自身攜帶軟件分析獲得深部位移的曲線圖，如圖3～圖5所示。

1）ZK001監(jiān)測(cè)點(diǎn) 圖3為ZK001監(jiān)測(cè)點(diǎn)深部位移監(jiān)測(cè)曲線，由圖3可以看出，在深度12～14 m之間位移量最大，累計(jì)位移量高達(dá)127mm，位移方向即為滑動(dòng)方向；深度在14 m以下土體的位移量幾乎為0；深度在12 m以上土體位移量也發(fā)生較大規(guī)模的橫向移動(dòng)，合計(jì)位移量為60mm；累計(jì)位移－深度曲線近似呈現(xiàn) “V”型，判定深度12～14 m之間存在滑動(dòng)面。2011年9月24日之前的日均位移量較之2011年9月24日之后偏大，主要原因是2011年9月24日之前，邊坡的抗滑樁尚未修建，對(duì)滑面以上滑體無法阻擋，造成滑體整體運(yùn)動(dòng)較大；抗滑樁修建完畢，邊坡處于相對(duì)穩(wěn)定階段。

2）ZK002監(jiān)測(cè)點(diǎn) 圖4為ZK002處深部位移曲線顯示坡頂不同深度的橫向位移情況，深度10～12 m、17～20 m、20～22 m、22～25 m之間存在偏移，其中深度10～12 m之間位移量最大。10～12m、17～20m和22～25m為正向凸起，20～22 m為負(fù)向凸起，累計(jì)位移-深度曲線近似為波浪型。因此，推斷該邊坡沿巖土體多層滑動(dòng)，但以其中一個(gè)滑面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為主，且各滑塊的運(yùn)動(dòng)速率不一致，處于蠕變-滑移狀態(tài)。

圖3 ZK001監(jiān)測(cè)點(diǎn)深部位移監(jiān)測(cè)曲線圖

圖4 ZK002監(jiān)測(cè)點(diǎn)深部位移監(jiān)測(cè)曲線圖

圖5 ZK003監(jiān)測(cè)點(diǎn)深部位移監(jiān)測(cè)曲線圖

3）ZK003監(jiān)測(cè)點(diǎn) ZK003處深部位移曲線如圖5所示，整個(gè)曲線呈波浪狀，在深度為8、15.5、19 m處形成凸起形態(tài)，有較大的位移量，最大位移在8 m深處，累積位移量為60mm。初步判斷該邊坡在不同深度存在多處滑動(dòng)，其中深度8 m和深度15.5 m兩處的滑動(dòng)比較明顯，邊坡深度20 m以上的巖土體呈整體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，且各滑塊的運(yùn)動(dòng)速率不一致。

為了驗(yàn)證深部位移監(jiān)測(cè)成果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了工程地質(zhì)鉆探，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者測(cè)定的各滑動(dòng)面的位置比較吻合，說明應(yīng)用測(cè)斜儀在山區(qū)公路路塹邊坡開展深部位移監(jiān)測(cè)是可行的。

3 結(jié)論

1）采用傾斜儀在K103＋780～920段路塹邊坡開展的深部位移監(jiān)測(cè)，得到的相關(guān)數(shù)據(jù)不僅能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)邊坡滑動(dòng)面的發(fā)生、發(fā)展及其位置，而且可以反映邊坡的變形機(jī)制及發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)分析邊坡穩(wěn)定性、確定滑動(dòng)發(fā)生的機(jī)制和滑動(dòng)形式起著重要的作用，可有效地指導(dǎo)邊坡治理工程活動(dòng)。

2）路塹邊坡深部位移變形多種曲線形態(tài)，如 “V”型、“波浪”型等，每種曲線形態(tài)可反映滑動(dòng)面（或潛在滑動(dòng)面）的位置和邊坡變形發(fā)展過程，同時(shí)可反映滑動(dòng)性質(zhì)。當(dāng)深部位移監(jiān)測(cè)曲線形態(tài)呈 “V”型、“波浪”型時(shí)，滑坡處于潛在滑動(dòng)階段。

3）實(shí)踐表明，測(cè)斜儀在山區(qū)路塹邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用是可行的。

［1］祝意青，梁偉鋒，徐云馬，等.西安驪山滑坡區(qū)三維變形監(jiān)測(cè) ［J］.災(zāi)害學(xué)，2008，23（2）：29－34.

［2］黃飛瀾，肖紅.測(cè)斜儀在高填方地基側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 ［J］.公路工程，2010，35（5）：112－114.

［3］馬全珍，張寶華.鉆孔測(cè)斜儀在邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 ［J］.常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，18：85－89.

［4］張麗芬，姚運(yùn)生，曾夏生，等.鉆孔測(cè)斜儀在高臺(tái)滑坡深部位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 ［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2007，18（4）：91－94.

［5］南京水利科學(xué)研究院士工研究所.土工試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè) ［M］.北京：人民交通出版社，2003：409－414.

［6］袁懷宇.軟土地基路堤測(cè)斜儀的應(yīng)用介紹 ［J］.公路，2003（5）：131－134.

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