五盂高速公路K23處滑坡成因及變形監測分析

沙曉鵬

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

滑坡是一定地質結構條件下斜坡巖土體在眾多因素作用下變形、破壞、運動后達到平衡的地質現象，是一個動態變化的過程。滑坡產生的原因較多，如斜坡變陡、超載、震動、地下水作用、風化作用、物理化學作用、流變作用和結構破壞等。為防止其造成災害，通常通過安全監測來掌握其動態規律[1]。監測內容有裂縫監測、位移監測、滑動面監測、地表水監測、地下水監測、降水量監測、應力監測及宏觀變形跡象監測[2]。根據滑坡的復雜程度及變形破壞的快慢，可選擇若干項目進行監測，一般位移監測是首要選擇的項目，并把地面監測和地下監測結合起來形成空間監測系統，全面控制滑坡的動態過程。王義鋒在水電工程滑坡體布置測斜儀，提出變形曲線與蠕滑變形體形態的對應關系[3]；張華偉對白家包滑坡監測數據的分析，定量分析滑坡的運動狀態[4]；趙明華對高邊坡進行變形監測，揭示邊坡變形現場產生的原因及發展趨勢[5]；杜衛華通過分析鉆孔測斜儀數據得出滑動面位置及大小和滑動方向[6]；陳開圣等人介紹了測斜儀的工作原理[7]。本文主要介紹五盂高速公路K23滑坡成因及坡體變形監測的一些心得體會。

1 工程概況

1.1 地形地貌

五盂高速公路K23+780—K23+950段地貌單元屬構造侵蝕剝蝕低山區，微地貌為斜坡及沖溝。路塹范圍內地形東高西低，地面高程在569～700 m之間，相對高差131 m，邊坡兩側為深溝，地表植被以草叢、灌木為主。

1.2 地層巖性

根據工程地質調繪及鉆探揭露，該路塹邊坡地層主要由太古界龍華河群會理組（Ar3h）黑云斜長片麻巖夾絹云母片巖構成，地表覆蓋為第四系全新統殘坡積（Q4dl+el）粉質黏土和碎石土。

1.2.1 第四系全新統（Q4dl+el）

主要分布于邊坡坡面，巖性為粉質黏土和碎石土，粉質黏土，硬塑，厚度約2～3 m，碎石成分為黑云斜長片麻巖，粒徑10～100 mm，含量約70%，少量砂土及黏性土混合充填，稍濕，稍密狀，厚度一般0～2 m。

1.2.2 上太古界龍華河群會理組（Ar3h）

a）黑云斜長片麻巖 灰黑色-灰綠色，全-中風化，鱗片變晶結構及粒狀變晶結構，片麻狀構造，主要成分為黑云母、石英及少量長石，夾絹云母片巖薄層或條帶。節理發育，風化厚度大。

b）絹云母片巖 棕黃、棕色，鱗片變晶結構，片狀構造，主要成分為絹云母及綠泥石。以全-強風化為主。該層分布厚度極不均勻，鉆探揭示厚度0.2～12 m不等，本層為軟弱夾層，為不利于邊坡穩定的結構面。

1.3 水文地質條件

根據鉆孔資料及地質調查分析，路塹深度范圍內無地下水分布，但雨季期間，地表水會沿巖土體孔隙或裂隙下滲，對邊坡的穩定性構成不利影響。

1.4 邊坡設計

設計文件中根據地質鉆孔情況對該段深路塹邊坡采取預加固設計，該段路塹邊坡高度為45.2 m，共6級邊坡，第1級采用路塹擋墻，坡率為1∶0.75，第2～4級采用預應力框架錨索，坡率為1∶1.25，第4級以上采用1∶3坡率進行刷坡放緩，采用拱形骨架封閉防護。

2 滑塌過程及原因分析

2.1 滑塌過程

該邊坡于2013年3月開始施工，在對第4級邊坡進行錨索鉆孔施工時發現塌孔卡鉆現象，2013年6月連續強降雨后邊坡局部發生滑塌，部分拱形骨架及框架梁斷裂，2013年7月施工單位在第3級框架錨索未張拉的情況下，對1、2級邊坡進行開挖，隨后發生大面積滑塌。

圖1 K23處滑坡遠景圖

2.2 原因分析

2.2.1 地質

邊坡巖體中所含的軟弱夾層為滑坡形成的內因，軟弱夾層巖性為絹云片巖，此類巖石含有較多的絹云母，為相對隔水層，且易受風化蝕變影響，使巖石變軟，抗剪強度降低，巖層產狀與路塹邊坡的組合關系為順層坡，呈不利組合。

2.2.2 降雨

施工期間恰逢連續強降雨，降水增大滑體重力和下滑力，軟弱夾層受水軟化后強度降低，容易產生層間錯動。因此，降雨是加速坡體產生滑坡的主要因素。

2.2.3 施工

施工時未按開挖一級錨固一級的施工工藝，在第3級邊坡未錨固的情況下開挖第1、第2級邊坡，致使滑體臨空，增大坡腳應力，減少抗滑力，加速滑坡的形成。

3 監測布設

3.1 地表位移監測

滑坡位移監測點應布置在主滑動方向及其垂直面上[8]，本滑坡在坡體主滑動方向設豎向觀測線3條，沿裂縫到溝底設置觀測線1條，觀測線上監控點共設4排24個，布設范圍涵蓋上下邊坡，上邊坡布設范圍以后緣裂縫控制。

監測中坐標系統采用獨立坐標系，監測等級按四等精度執行，水平位移監測點位中誤差小于等于12 mm，垂直位移監測的高程中誤差小于等于10 mm。水平位移與垂直位移均采用GPS觀測方法。具體位置見圖2。

圖2 平面監測點布置圖

3.2 監測結果及數據分析

從2014年5月15日開始監測，至2015年5月12日，累計監測34次。分析34次測量結果，累計最大沉降為197.0 mm，位置4號點；累計最大X向（正為向北，負為向南）位移70.6 mm，位置4號點；累計最大Y向（正為向東，負為向西）位移-510.4 mm，位置4號點。累計最大合成位移526 mm，位置4號點。對24個監測點的位移趨勢分析后得出，4、5、10、11、12、16、17、18、19、20、21、22 號點（共 12 個）位移變化趨勢比較明顯，上述監控點均位于邊坡開口線上方主裂縫范圍以內坡體，沿西南方向移動（主方向為向西）。

圖3 合位移變化曲線圖

圖4 沉降變化曲線圖

4號點平面位移及沉降存在突變，赴現場勘察發現該點點位處邊坡已滑塌，其余11個點合成位移量均介于30～120 mm之間，位移變形速率小于0.33 mm/d，沉降量均小于50 mm，變化趨緩。1、2、3、6、7、8、9、13、14、15、23、24 號監測點（共 12 個）無明顯位移變化趨勢，其中1、7、13號點位于邊坡下方便道旁；2、8、14 號點位于邊坡右側整平區；3、9、15、23、24號點位于邊坡左側路塹擋墻旁平臺；6號點位于邊坡開口線上方主裂縫外坡體。

綜上所述：路塹擋土墻、路基及下邊坡均無明顯位移。

3.3 深孔監測

為了探明滑坡的滑動面進行深孔位移監測，選取一條主軸斷面進行深孔位移監測，監測鉆孔3個，分別在鉆孔ZK4、ZK5、ZK6安裝測斜儀。深部位移動態監測采用鉆孔測斜儀觀測，工作原理：通過內置伺服加速度計原理來準確量測儀器中軸線與鉛垂線之間夾角的變化值，即測取測斜管的傾斜變化值，也就是每兩次測量間隔期監測斜管受力產生傾斜后的變化值。斷面布設位置見圖5。

圖5 深孔測斜儀布設位置圖

3.4 監測結果及數據分析

ZK4孔深40 m測斜儀深入35 m，由圖6、圖7可知，孔口累計合位移為17.72 mm，在孔深4.5 m處，累計合位移為19.42 mm，在孔深26 m處，累計合位移為17.63 mm，在孔深26 m處，累計合位移為17.63 mm，在27.5 m以下各點位移基本為0。雨季最高水位在15 m，常水位在30～31 m之間。

圖6 ZK4深孔測斜位移-時間曲線圖

圖7 ZK4深孔測斜位移曲線圖

ZK5孔深51.5 m，測斜儀深入49 m，由圖8、圖9可知，孔口累計位移為16.46 mm，在孔深27.5 m處，累計合位移為14.46 mm，在28 m以下各點位移基本為0。雨季與其他時段水位在41～45 m之間。

圖8 ZK5深孔測斜位移-時間曲線圖

圖9 ZK5深孔測斜位移曲線圖

ZK6孔深70 m，測斜儀深入68 m，由圖10、圖11可知，孔口累計位移為4.23 mm，在孔深29.5 m處，累計合位移為10.32 mm，在30 m以下各點位移基本為0。雨季最高水位在35 m，常水位在47～52 m之間。

圖10 ZK6深孔測斜位移-時間曲線圖

圖11 ZK6深孔測斜位移曲線圖

從3個測斜孔的位移變化曲線來看，變形趨勢是一致的，可分為3個階段：第一階段基本為豎直向的直線；第二階段基本為一條斜線；第三階段基本為0。第二階段的斜線段為突變段，是發生錯動的滑動面位置，其下為穩定的基巖，常水位在滑動面以下。

4 結語

a）在山區路塹邊坡預加固路段施工時一定要控制好施工工序及工藝，開挖邊坡時應從上而下逐級開挖，每開挖一級邊坡及時將其錨固，在上一級邊坡錨固發生作用后再進行下一級邊坡的開挖，減少臨空面的范圍，有效控制滑坡的產生。

b）邊坡監測能很好地掌握邊坡的變形發展趨勢和大小，平面監測可以反映坡體變形方向和速率，深孔監測結合鉆孔揭示的地層情況可準確地判定滑動面的位置，同時也可反映地下水位的變化情況，為滑坡方案的優化提供有效的依據。

c）從平面變形監測看，上邊坡整體在移動，滑坡體處于蠕動擠壓變形階段，沿西南方向移動，邊坡開口線附近變形較大，中部和后緣呈現后張前壓的特點。

d）從深孔測斜監測看，滑坡存在特定的滑動面，介于26～30 m之間，與鉆孔揭示的地質情況（絹云母片巖）相吻合。

e）根據監測的結果，建議盡快對上邊坡坡體采用多排抗滑樁進行分級支擋加固方案，避免二次滑坡。