高速公路路塹邊坡監測與分析研究

陳小英

（山西晉通公路工程監理有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

在山區高速公路建設過程中，經常出現路塹高邊坡，其穩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，為了及時發現邊坡存在的安全隱患，保證安全施工，應在施工中對路塹邊坡的變形情況進行監測。本文針對路塹邊坡施工期間制定監測方案，在高邊坡上設置監測點，分別對水平位移和沉降位移進行監測，收集相關數據，計算其變化速率，并分別繪制曲線分析路塹變形對邊坡穩定性的影響，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，邊坡平臺設置排水溝。該地區地形起伏大，邊坡土體多為強風化砂巖、泥巖，穩定性差，設計采用錨索格子梁防護，并在施工中對邊坡土體變形情況進行監測。

2 路塹邊坡變形監測方案

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

高速公路路塹邊坡監測點布置詳見圖1 所示，測點主要布置在四級邊坡頂部（監測點1），三、四級邊坡平臺（監測點2）和二、三級邊坡平臺（監測點3）。選取其中一個監測斷面進行分析，實際施工中根據邊坡高度、邊坡土體的穩定性和邊坡長度確定監測點數量，每級邊坡監測點數量為1～2 個。為保證監測數據準確，邊坡位移觀測采用電子水準儀、銦鋼尺和萊卡精密型全站儀配合進行[3]。監測頻率根據變形速率、環境影響，結合施工現場實際情況確定，一般為兩周監測一次。如遇暴雨天氣或變形速率變大，應適當增加監測次數，連續數天每天進行觀測直到變形穩定為止。

圖1 路塹邊坡監測點布置示意圖

3 路塹邊坡變形監測與分析

3.1 水平位移監測結果分析

測點布置完成后，先用全站儀測點監測點的坐標（x，y）作為初始值，以后每兩周觀測一次。根據觀測數據，結合式（1）和式（2），得出水平位移累計值ΔS 和變化速率ΔSt[4]，計算數據詳見表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計表 mm

表2 路塹邊坡水平位移變化速率統計表 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 數據和圖2 所示曲線得出，所選監測點的水平位移變形情況符合一定的規律，統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，監測點2 和監測點3 的最大累計值分別為21.7 mm 和19.4 mm。根據設計規范要求，水平位移累計值的警戒值是20 mm，其中監測點1 和監測點2 均略大于警戒值。

分析表2 和圖3 可知，3 個監測點均是中期水平位移變化速率快，前期和后期慢，監測點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 沉降位移監測結果分析

監測點布置完成后，使用全站儀測量監測點的z 坐標，作為初始值，每隔兩周監測一次。通過式（3）計算監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計表 mm

表4 路塹邊坡沉降位移變化速率統計表 mm/d

圖4 監測點沉降位移累計值曲線

圖5 監測點沉降變化速率曲線

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

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

3.3 總體分析

根據上述分析可知，第5～8 次監測期間，路塹邊坡變形情況較嚴重，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 次監測期間，應增加監測頻率，并加強人工巡視，觀察邊坡是否出現裂縫等破壞。水平位移累計值最大為21.9 mm，超過警戒值20 mm，應在后期進一步監測，及時發現邊坡存在的問題，保證高速公路路塹邊坡的穩定性。

4 結論

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

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，監測點1 和監測點2 的水平位移最大累計值均超過了警戒值。應在監測期間加強人工巡視，必要時增加監測次數，并在監測后繼續進行觀測。

b）監測點1 累計沉降量為16.5 mm，其他兩個監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 個監測點的沉降位移最大變化速率為-0.38 mm/d，其他兩個監測點分別為-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生在第5～8 次監測期間，同類工程中，應增加監測次數，適當加強人工巡視，觀察邊坡是否出現裂縫等破壞，保證施工安全。