高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制研究*

林俊勇，汪益敏，王兆陽(yáng)

(華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510640)

0　引言

高速公路路塹高邊坡由于施工環(huán)境復(fù)雜，受工程地質(zhì)條件和自然環(huán)境因素影響大，施工安全風(fēng)險(xiǎn)比較高，施工過程中如何科學(xué)合理地進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，確保邊坡安全十分重要。交通運(yùn)輸部自2015年頒布和實(shí)施了《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》[1]，明確要求高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)必須加強(qiáng)路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理，開展高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控，對(duì)路塹邊坡工程可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行預(yù)防和規(guī)避。

本文結(jié)合廣東省仁化至博羅高速公路路塹高邊坡工程項(xiàng)目，開展高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制實(shí)例研究。首先通過資料收集、施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研等手段，查明邊坡工程地質(zhì)條件和邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)源；然后采用有限元強(qiáng)度折減法建立數(shù)值模型，模擬分析邊坡分級(jí)開挖及錨固過程中，不同施工工序條件下邊坡的安全性能和變形規(guī)律；基于現(xiàn)場(chǎng)施工信息和數(shù)值模擬分析結(jié)果，提出針對(duì)性強(qiáng)的邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施，為確保該項(xiàng)目路塹高邊坡的安全穩(wěn)定提供科學(xué)依據(jù)，為同類型高速公路路塹邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制提供借鑒和參考。

1　工程概況

1.1　邊坡工程地質(zhì)條件

廣東省仁化至博羅高速公路地處粵北丘陵地帶，沿線地形起伏較大，自然坡角最大約40°，工程實(shí)例邊坡位于樁號(hào)K443+260～K443+585段右側(cè)。根據(jù)本工程巖土勘察報(bào)告[2]，邊坡主要由第四系坡殘積粉質(zhì)黏土和石炭系、泥盤系粉砂巖及其風(fēng)化層組成。各主要巖土層特點(diǎn)及其分布如下：粉質(zhì)黏土(Qdl)：黃色，粘性較差，坡積成因,局部分布，厚度0.50～2.80 m；粉質(zhì)黏土(Qel)：黃色，濕，粘性差，殘積成因,局部分布，厚度1.20～8.10 m；全風(fēng)化粉砂巖(C1ds)：黃色，巖石風(fēng)化完全，巖芯呈硬土狀，手捏易散，母巖結(jié)構(gòu)可辨,零星分布，厚度為2～10 m；強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖(C1ds)：灰褐色, 結(jié)構(gòu)可辨，巖芯呈半巖半土狀?yuàn)A碎石狀，粒徑0.1～0.9 m，遇水易軟化，巖質(zhì)軟,零星分布，厚度17.50～18.80 m；強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖(C1ds)：褐黃色, 結(jié)構(gòu)可辨，巖芯呈半巖半土狀?yuàn)A少量碎石狀，遇水易軟化，巖質(zhì)極軟,局部分布，厚度2.70～7.90 m。邊坡所處地區(qū)氣候溫和，雨量充沛，地表徑流對(duì)坡面坡腳的沖刷較大,大氣降水為地下水主要補(bǔ)給來源。

1.2　邊坡設(shè)計(jì)方案及安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

K443+260～K443+585邊坡典型斷面圖如圖1所示，最大坡高達(dá)62 m，距離坡頂約20 m處有一座220 kV高壓電塔。邊坡采用臺(tái)階形式，分6級(jí)開挖，第1至第5級(jí)坡高均為10 m，第6級(jí)坡高不等。第1，2級(jí)坡坡率為1∶0.75，第3，4，5級(jí)坡坡率為1∶1，第6級(jí)坡坡率為1∶1.25，每級(jí)坡之間設(shè)置寬為2 m的平臺(tái)。邊坡設(shè)計(jì)采用以下加固措施：在第1級(jí)坡設(shè)置4排錨桿格梁加固，錨桿長(zhǎng)度為8 m，設(shè)計(jì)抗拔力為60 kN；在第2，3，4級(jí)坡設(shè)置3排預(yù)應(yīng)力錨索框架進(jìn)行加固，錨索采用4股φ15.2低松弛預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絞線，錨索長(zhǎng)分別為20 m，22 m，24 m，錨固段長(zhǎng)度均為10 m，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力為400 kN。

按照《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》[1]方法對(duì)本邊坡進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III級(jí)[3]，需進(jìn)一步開展專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果顯示[4]，邊坡開挖與預(yù)應(yīng)力錨索施工導(dǎo)致失穩(wěn)的危險(xiǎn)程度為高度風(fēng)險(xiǎn)(III級(jí))，為不期望風(fēng)險(xiǎn)，需制定風(fēng)險(xiǎn)控制專項(xiàng)方案。

圖1　邊坡典型斷面設(shè)計(jì)Fig.1　Design drawingof typical section of the slope

1.3　邊坡施工中出現(xiàn)的問題及處理方案

邊坡自2016年10月份開始遵循自上而下原則開挖施工，現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露，全強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的節(jié)理裂隙十分發(fā)育(圖2(a))。在2016年12月24日，當(dāng)?shù)剡B續(xù)3 d降雨過后，邊坡在第4級(jí)與第5級(jí)坡面出現(xiàn)了局部滑塌破壞現(xiàn)象(圖2(b))，邊坡安全狀況堪憂。分析造成該現(xiàn)象的原因主要是全強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的節(jié)理裂隙發(fā)育，全強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖具有遇水易軟化的特性[5]，降雨后大量的雨水沿著裂隙向坡體滲透，坡面巖土體遇水軟化，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致了邊坡局部滑塌。邊坡必須及時(shí)采取措施加固處理，避免滑塌范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，危及整個(gè)邊坡以及坡頂電塔的安全。

圖2　邊坡現(xiàn)場(chǎng)Fig.2　The scene of the slope

邊坡出現(xiàn)局部滑塌之后，建設(shè)單位迅速組織相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、試驗(yàn)監(jiān)測(cè)單位通過信息化動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，制定邊坡工程搶險(xiǎn)方案，對(duì)邊坡采取以下措施進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)加固處理：停止邊坡開挖； 在第4級(jí)坡坡腳對(duì)邊坡滑塌破壞部分進(jìn)行回填反壓；實(shí)施第4級(jí)坡面的預(yù)應(yīng)力錨索框架格梁施工，并同時(shí)進(jìn)行已開挖第5級(jí)、第6級(jí)坡的坡面防護(hù)施工。由于加固處理及時(shí)得當(dāng)，該路塹邊坡未發(fā)生進(jìn)一步的滑塌破壞，邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)得到控制。

2　邊坡施工安全穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

為全面掌握進(jìn)一步施工開挖對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，確保邊坡安全穩(wěn)定，利用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)邊坡開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出不同施工工序條件下邊坡的穩(wěn)定性，根據(jù)模擬計(jì)算分析結(jié)果確定合理的邊坡加固方案和施工工序，提出針對(duì)性強(qiáng)的邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

2.1　數(shù)值模型建立

利用ABAQUS有限元軟件模擬邊坡施工過程，數(shù)值計(jì)算采用二維平面應(yīng)變模型，計(jì)算模型如圖3所示，左右邊界從坡腳和坡頂線各向外延伸40 m，下邊界從路面標(biāo)高向下延伸40 m，左右兩側(cè)限制水平位移，底端限制水平和豎向位移。模型網(wǎng)格劃分見圖3，四邊形單元采用CPE4單元，三角形單元采用CPE3單元，錨桿與錨索采用T2D2單元模擬，錨桿與錨索采用EMBEED功能嵌入坡體。

圖3　未開挖時(shí)模型網(wǎng)格劃分Fig.3　Mesh partition of the slope model

邊坡巖土體視為摩爾—庫(kù)侖理想彈塑性材料，巖土材料的本構(gòu)關(guān)系采用摩爾—庫(kù)侖模型。根據(jù)工程巖土勘察報(bào)告[2]，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露的地層巖性，邊坡各層巖土體材料計(jì)算參數(shù)如表1所示。錨索和錨桿采用線彈性模型，錨索的預(yù)應(yīng)力通過定義初始應(yīng)力的方式施加，支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表1　邊坡巖土體材料計(jì)算參數(shù)

表2　支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

有限元強(qiáng)度折減法是通過不斷降低邊坡巖土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)使其達(dá)到極限破壞狀態(tài)為止，根據(jù)彈塑性有限元計(jì)算結(jié)果得到破壞滑動(dòng)面，同時(shí)得到邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果在工程中有較大的參考價(jià)值[6]。

現(xiàn)有研究成果反映，當(dāng)采用有限元強(qiáng)度折減法分析邊坡穩(wěn)定問題時(shí)，邊坡失穩(wěn)判據(jù)的合理選擇十分重要[7-9]。基于本工程邊坡的特點(diǎn)，本文采用特征點(diǎn)位移速率突變作為邊坡失穩(wěn)的判據(jù)，以坡頂點(diǎn)的豎向位移速率及坡腳點(diǎn)的水平位移速率作為考察的特征參數(shù)，當(dāng)特征點(diǎn)位移速率發(fā)生突變時(shí)則認(rèn)為邊坡發(fā)生失穩(wěn)。對(duì)比有限元強(qiáng)度折減法和公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的極限平衡法[10]邊坡在未加固和加固后2種工況條件下計(jì)算所得的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)(見表3)，可見利用特征點(diǎn)位移速率突變作為邊坡失穩(wěn)的判據(jù)所得結(jié)果與極限平衡法所得結(jié)果具有較好的一致性，驗(yàn)證了本文建立的有限元強(qiáng)度折減法數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果的合理可靠性。

表3　強(qiáng)度折減法與極限平衡法穩(wěn)定安全系數(shù)對(duì)比

2.2　計(jì)算步驟

基于邊坡現(xiàn)場(chǎng)開挖狀況，數(shù)值計(jì)算主要模擬開挖第1級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)邊坡的施工過程。第1步開挖第3級(jí)坡，第2步開挖第2級(jí)坡，由于第1級(jí)坡開挖造成的變形較大，第1級(jí)坡分3次開挖：第3步開挖第1級(jí)坡的第1部分(3 m高)，第4步開挖第1級(jí)坡的第2部分(3 m高)，第5步開挖第1級(jí)坡的第3部分(4 m高)。數(shù)值模擬步驟如下：

1)對(duì)未開挖的邊坡施加重力，采用ABAQUS的Geostatic分析步進(jìn)行地應(yīng)力平衡，得到邊坡的初始應(yīng)力場(chǎng)。

2)通過定義單元生死的方法，移除第1步開挖的土體，并重新施加重力荷載，得到該開挖步的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)。

3)通過改變土體參數(shù)的場(chǎng)變量實(shí)現(xiàn)土體強(qiáng)度折減，以坡頂和坡腳特征點(diǎn)位移速率突變作為邊坡失穩(wěn)判據(jù)，得到該階段的穩(wěn)定安全系數(shù)。

4)添加錨桿或預(yù)應(yīng)力錨索，如果是預(yù)應(yīng)力錨索，以定義錨索初始應(yīng)力的方式施加錨索預(yù)應(yīng)力。重復(fù)步驟3)。

5)按照模擬第1步開挖的方法，依次進(jìn)行第2步、第3步開挖直至第5步開挖完成。

2.3　邊坡安全性計(jì)算分析

邊坡在不支護(hù)條件下，從上往下開挖時(shí)，不同開挖階段的穩(wěn)定安全系數(shù)變化規(guī)律如圖4所示。由圖4可知，第3級(jí)坡開挖前，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.162，穩(wěn)定安全系數(shù)在第3級(jí)坡開挖后出現(xiàn)了較大的下降，僅為1.074。第1級(jí)坡開挖完成后，穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)一步降低到1.045，總體下降幅度達(dá)到10%左右。第3級(jí)坡開挖后的穩(wěn)定安全系數(shù)雖然比現(xiàn)行公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[10]規(guī)定的最小臨時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)1.05高，但考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)荷載和機(jī)械振動(dòng)以及環(huán)境因素等可能對(duì)邊坡造成的影響，邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖4　不支護(hù)穩(wěn)定安全系數(shù)變化Fig.4　The change of the safety factor of the slope without reinforcement

為控制失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，在第3級(jí)坡開挖前應(yīng)先對(duì)第4級(jí)坡進(jìn)行支護(hù)，邊坡的開挖應(yīng)遵循開挖1級(jí)支護(hù)1級(jí)，各施工階段的穩(wěn)定安全系數(shù)如圖5所示。由圖5可知，對(duì)第4級(jí)坡進(jìn)行支護(hù)后，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)從1.162提高到1.191，第3級(jí)坡開挖完成后穩(wěn)定安全系數(shù)僅下降至1.186，后續(xù)安全系數(shù)在1.20左右波動(dòng)，相比于不支護(hù)情況，穩(wěn)定安全系數(shù)總體提高10%～20%，邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)減小。因此，為控制開挖失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，在開挖第3級(jí)坡前，需先施工第4級(jí)坡的預(yù)應(yīng)力錨索框架梁，待加固措施發(fā)揮作用后才可繼續(xù)開挖第3級(jí)坡。

邊坡主要由強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖組成，表面節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖具有易崩解，遇水易軟化的特性。周罕等[11]的研究表明，粉砂巖在飽水條件下比自然條件下黏聚力平均降低29.7%，內(nèi)摩擦角平均降低20.2%。為研究邊坡在降雨條件下的穩(wěn)定性，計(jì)算邊坡在開挖1級(jí)防護(hù)1級(jí)條件下，土體強(qiáng)度分別降低10%，20%的穩(wěn)定安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，當(dāng)邊坡土體強(qiáng)度降低10%時(shí)，除了開挖第4級(jí)坡時(shí)的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.047小于1.05，其他階段的穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.05，邊坡基本穩(wěn)定。當(dāng)邊坡土體強(qiáng)度降低20%時(shí)，各施工階段的穩(wěn)定安全系數(shù)均低于1.05，邊坡處于失穩(wěn)臨界狀態(tài)，失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較高。

圖5　逐級(jí)開挖逐級(jí)支護(hù)穩(wěn)定安全系數(shù)變化Fig.5　The change of the safety factor of the slope with reinforcement

2.4　邊坡分級(jí)開挖與加固的影響分析

邊坡在開挖和錨索預(yù)應(yīng)力施加過程必將產(chǎn)生一定的變形，當(dāng)出現(xiàn)塑性變形時(shí)邊坡的穩(wěn)定性將會(huì)降低，通過研究邊坡塑性變形區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)與穩(wěn)定安全系數(shù)之間的關(guān)系，在掌握邊坡變形狀態(tài)的情況下，可以間接判斷邊坡的穩(wěn)定安全狀態(tài)。

在數(shù)值模擬過程中，ABAQUS可以輸出單元高斯點(diǎn)上的塑性應(yīng)變量(PEMAG)，由塑性應(yīng)變?cè)茍D可判別滑動(dòng)面的位置及其發(fā)展趨勢(shì)。塑性應(yīng)變量(PEMAG)的表達(dá)式為[12]：

(1)

式中：εpl表示單元高斯點(diǎn)上的塑性應(yīng)變張量。

邊坡在逐級(jí)開挖逐級(jí)支護(hù)的情況下，第2級(jí)坡開挖前未出現(xiàn)塑性變形區(qū)，第2級(jí)坡開挖完成后的塑性應(yīng)變?cè)茍D如圖6(a)，第1級(jí)坡開挖時(shí)的塑性應(yīng)變?cè)茍D如圖6(b),(c)。由圖6(c)可知，第2，3，4級(jí)坡的塑性變形區(qū)域未超過預(yù)應(yīng)力錨索的錨固區(qū)，第1級(jí)坡的塑性變形區(qū)也未超過錨桿的加固區(qū)，反映了預(yù)應(yīng)力錨索和錨桿對(duì)坡體加固的有效性。

由圖6(a)可知在第2級(jí)坡開挖完成后，第3級(jí)和第2級(jí)平臺(tái)坡腳首先出現(xiàn)塑性變形區(qū)域，但是延伸范圍不大，穩(wěn)定安全系數(shù)有一定的降低，由1.197下降到1.189，在開挖第1級(jí)坡前如果不進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工，穩(wěn)定安全系數(shù)將進(jìn)一步降低，因此在開挖第1級(jí)坡前應(yīng)當(dāng)施工第2級(jí)坡的預(yù)應(yīng)力錨索，避免塑性變形區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

由圖6(b),(c)可知，第1級(jí)坡開挖時(shí)，模型的塑性變形區(qū)出現(xiàn)了較大范圍的擴(kuò)展，其擴(kuò)展的順序是：坡腳最先出現(xiàn)塑性變形區(qū)，隨著開挖的進(jìn)行，坡頂也開始出現(xiàn)塑性變形區(qū)，最后塑性變形區(qū)從坡腳和坡頂向坡體中部擴(kuò)展，最終形成貫通的塑性變形區(qū)域。根據(jù)位移計(jì)算結(jié)果，考察坡頂特征點(diǎn)的豎直方向位移量大小，在第1級(jí)坡開挖前總位移為8.4 mm，在第1級(jí)坡開挖完成后總位移量為17.3 mm，總位移增大了接近1倍。由此可見，塑性變形區(qū)的貫通增加了坡頂特征點(diǎn)的位移量。

圖6　邊坡不同施工階段塑性應(yīng)變Fig.6　Plastic strain distributions of the slope in different stage

3　邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制方法

基于邊坡施工階段穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)開挖情況，邊坡施工安全穩(wěn)定性的主要影響因素有：邊坡的加固方法；邊坡的施工工序；邊坡的巖土體工程性質(zhì)；降雨因素。

3.1　合理安排施工工序

由圖4可知，邊坡在不支護(hù)，分級(jí)開挖情況下，在開挖到第3級(jí)坡時(shí)，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)只有1.074，如果繼續(xù)開挖，到第1級(jí)坡開挖完成，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)一步降低到1.045，邊坡的安全穩(wěn)定性較差。因此，在開挖第3級(jí)坡前需完成第四級(jí)坡預(yù)應(yīng)力錨索的施加。由圖5可知，邊坡在逐級(jí)開挖逐級(jí)支護(hù)情況下，邊坡開挖時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)有一定的下降，在開挖第3級(jí)坡時(shí)下降幅度最大，約為0.6%，下降幅度較小。在進(jìn)行支護(hù)后穩(wěn)定安全系數(shù)又有一定的增加，在加固第2級(jí)坡時(shí)增加幅度最大，約為1.6%。整個(gè)施工過程的穩(wěn)定安全系數(shù)在1.20左右波動(dòng)，失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)得到了一定的控制。

由圖6(c)可知，開挖第1級(jí)坡時(shí)，邊坡塑性變形區(qū)出現(xiàn)較大范圍擴(kuò)展。根據(jù)位移計(jì)算結(jié)果，坡頂特征點(diǎn)豎直方向的位移在第1級(jí)坡開挖時(shí)由8.4 mm增加到17.3 mm。因此需控制第1級(jí)坡的開挖速度，待邊坡應(yīng)力調(diào)整、變形穩(wěn)定后再繼續(xù)開挖，避免邊坡應(yīng)力調(diào)整過大出現(xiàn)較大位移而發(fā)生破壞。

3.2　做好防排水措施

造成邊坡出現(xiàn)滑塌的原因主要分為內(nèi)因和外因，而水是導(dǎo)致滑塌的主要外部因素[13]。邊坡主要由強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖組成，表面節(jié)理裂隙發(fā)育，開挖過程中，坡面臨時(shí)處于裸露狀態(tài)，降水易通過裂隙滲入坡體內(nèi)。由圖5可知，當(dāng)降雨導(dǎo)致邊坡強(qiáng)度降低10%時(shí)，在不同施工階段，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)接近公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[10]規(guī)定的最小臨時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)1.05，當(dāng)降雨導(dǎo)致邊坡強(qiáng)度降低20%時(shí)，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)均低于最小臨時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)，不滿足安全穩(wěn)定性要求。

因此，邊坡開挖應(yīng)盡量選擇在旱季施工，在具備施作坡面防護(hù)條件時(shí)應(yīng)及早進(jìn)行坡面防護(hù)。開挖過程出現(xiàn)降雨時(shí)，需及時(shí)對(duì)開挖面進(jìn)行臨時(shí)覆蓋并做好臨時(shí)排水措施，避免雨水沿著節(jié)理裂隙面下滲，降低邊坡失穩(wěn)的可能性。

3.3　加強(qiáng)施工監(jiān)控

路塹高邊坡的穩(wěn)定是極為復(fù)雜的非線性、多參數(shù)巖土力學(xué)問題，單靠理論分析很難把握其穩(wěn)定狀態(tài)，必須建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系[14]。邊坡變形失穩(wěn)過程一般可劃分成平穩(wěn)、緩增啟動(dòng)、變形加速、失穩(wěn)等階段[15]。邊坡施工監(jiān)控的意義在于提前發(fā)現(xiàn)邊坡失穩(wěn)破壞的跡象，對(duì)邊坡采取緊急措施，防止邊坡發(fā)展到變形加速階段，降低邊坡失穩(wěn)的可能性。根據(jù)有限元模擬結(jié)果(圖6)，開挖過程中坡腳最先出現(xiàn)塑性變形，當(dāng)坡腳變形量較大時(shí)，需加強(qiáng)整個(gè)邊坡的變形監(jiān)測(cè)，密切關(guān)注坡腳的剪切變形和坡頂?shù)膹埨冃巍１竟こ淘O(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，施工安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括坡面位移、深層水平位移、錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置如圖7所示。

圖7　監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置Fig.7　Layout of the monitoring project

自2017年1月13日開始監(jiān)測(cè)CX2，CX4測(cè)孔處的深部水平位移，2月23日的監(jiān)控結(jié)果顯示在CX2孔18～20 m深度范圍內(nèi)測(cè)斜曲線出現(xiàn)向臨空面的位移突變，直到3月5號(hào)監(jiān)控的結(jié)果顯示，位移仍不收斂(如圖8所示)。位移量雖然未達(dá)到連續(xù)3 d大于2 mm/d的報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，但仍需引起重視。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)分析，發(fā)生位移突變的高程(18～20 m)對(duì)應(yīng)為第4級(jí)坡面下部，第4級(jí)坡面的預(yù)應(yīng)力錨索未進(jìn)行張拉，在3月5號(hào)第四級(jí)坡面預(yù)應(yīng)力錨索的注漿時(shí)間滿足錨索預(yù)應(yīng)力張拉要求時(shí)，對(duì)第4級(jí)坡面進(jìn)行張拉，作為控制坡體變形的應(yīng)急措施。3月8號(hào)的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，深層位移曲線已向坡體內(nèi)部回縮，表明第4級(jí)坡的預(yù)應(yīng)力錨索張拉有效地控制了坡體的變形，施工監(jiān)控在防止邊坡變形失穩(wěn)發(fā)揮了作用。

圖8　CX2累計(jì)位移-深度曲線隨時(shí)間的變化規(guī)律Fig.8　Plot of accumulative displacement-depth of CX2 hole change with time history

4　結(jié)論

1)強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，具有遇水易軟化的特性，發(fā)生降雨時(shí)，雨水沿著節(jié)理裂隙滲入坡體，造成巖土體強(qiáng)度降低，易引起邊坡局部滑塌。

2)邊坡在不支護(hù)的情況下，進(jìn)行第3級(jí)坡開挖，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)降低約10%，僅為1.074，不利于邊坡的穩(wěn)定。當(dāng)邊坡開挖遵循開挖1級(jí)支護(hù)1級(jí)原則時(shí)，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)在1.20左右波動(dòng)，失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)得到一定的控制。

3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，高速公路路塹高邊坡施工時(shí)采取合理安排施工工序、做好防排水措施、加強(qiáng)施工監(jiān)控等安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施十分必要。

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