監控量測技術在高邊坡塌方治理過程中的應用

王承罡

摘 要：由于巖土工程的復雜性及諸多不確定因素影響，特殊地質高邊坡滑塌治理通常是一個動態設計、動態施工的過程，利用監控量測技術可及時了解邊滑坡體的滑動機理與穩定狀態，為確定經濟合理的方案和施工組織安排提供數據支撐。通過對監控量測數據分析，可確定天氣、土石方開挖等因素對邊坡穩定性的影響程度，采取針對性措施最大限度減少對邊坡穩定的影響，結合云湛高速K164+470～K164+700段塌方治理的整個設計與施工過程，對監控量測技術在高邊坡塌方治理過程中的綜合應用進行總結。

關鍵詞：高邊坡；監控量測；塌方治理；綜合應用

1 工程概況

1.1 原設計情況

云湛高速K164+470～K164+700段設計為深挖路塹，其中右側高邊坡分為K164+470～K164+580和K164+580～K164+700兩段單獨設計。K164+470～K164+580段右側為三級邊坡，第一級邊坡坡率為1：0.75，采用客土噴播植草防護；第二級坡率為1：1，采用錨桿格梁植草防護；第三級坡率為1：1.25，采用人字形骨架植草防護。K164+580～K164+700段右側為三級邊坡，第一級邊坡坡率為1：1，采用錨桿格梁植草防護；第二級邊坡坡率為1：1.25，采用錨索框架植草防護；第三級坡率1：1.5，采用人字形骨架植草防護。

1.2 變更后方案簡述

云湛高速K164+470～K164+700段邊坡塌方處治共歷經13個月（2016年10月初至2017年10月末），4次方案調整，具體情況如下：

第一次變更原因及方案：2016年9月底突降暴雨，邊坡發展為淺層滑塌，塹頂裂縫發展至坡頂外約15m。變更方案為將原設計邊坡由三級調整為四級，第二級平臺加寬至10m；第三級邊坡防護形式為錨索框架植草；第四級邊坡采用錨桿格梁植草防護。

第二次變更原因及方案：2017年3月，已完成第四級錨桿格梁的施工，開挖至第二級邊坡坡腳時，塹頂裂縫再次張開，并牽引至截水溝外18m處。變更方案為將二級平臺寬度調整為5.5m，設置4排直徑108mm鋼花管樁，管頂采用鋼筋砼冠梁連接。

第三次變更原因及方案：2017年5月底，第三級邊坡錨索變形嚴重，塹頂裂縫繼續發展，錯臺最大處達2m深。變更方案為將四級邊坡變更為五級邊坡，將第三級平臺加寬至18m。第四級和第五級防護形式均采用預應力錨索框架植草防護。

第四次變更原因及方案：受2017年8月底及9月初的強臺風天氣影響，邊坡坡頂25m處出現后緣裂縫，裂縫寬約10cm，坡頂開裂下沉約1.2m，四級平臺開裂下沉約1m，二級平臺冠梁錯斷，隆起。變更方案為在第1-3級平臺增加鋼花管樁防護，頂部設置冠梁，第1-2級邊坡增加鋼錨管格梁植草防護。

2 高邊坡監控量測技術簡介

該段邊坡用到的監控量測技術包括坡面位移監測、深層水平位移監測、地下水位監測及錨索預應力監測。

2.1 坡面位移監測技術

表面變形監測采用全站儀測量觀測點的平面位移與垂直位移，水平位移觀測誤差應不大于3mm，垂直位移觀測應達到二等水準測量的精度，該段邊坡監測采用的是萊卡TS09plus全站儀。通過表面位移監測可判斷表面土體水平滑動的方向和速度，從而確定整個坡面的滑動范圍。通過表面垂直位移監測可判斷邊坡垂直滑動的方向和速度，結合表面位移監測，可初步判斷滑動體在空間上的滑動方向。

2.2 深層水平位移及地下水位監測技術

深層水平位移監測技術是利用測斜儀原理，將探頭放入預先埋設的測斜管中，測得各個深度范圍內垂直邊坡及平行邊坡兩個方向的位移變化值，從而確定滑動面最大位移位置及邊坡的滑動方向。地下水位監測是利用連通器原理，待地下水位穩定后通過探頭測量測斜管內的水位高度，從而判斷滑坡體范圍的水位高度。

2.3 錨索預應力監測技術

錨索預應力監測技術是預應力張拉時，通過錨具下方的應力計測得錨索鎖定值作為監測基數，后期采用高智能讀數儀連接應力計數據線測得當前應力，通過和鎖定值的比較來分析錨索張拉鎖定后的預應力變化。

3 高邊坡監測數據的分析與應用

3.1 坡面位移監測數據的分析應用

（1）判斷表層滑動面范圍和滑動方向，確定邊坡塌方處治范圍

邊坡開挖過程中，通過對表面位移測觀測樁的監測結果判定整個邊坡的穩定性，若邊坡出現滑動，可根據各個觀測樁的水平位移初步判斷坡面滑動的范圍，通過加密表面位移測觀測樁可準確判斷滑動范圍和方向，由此作為塌方處治范圍的依據。

（2）確定滑坡體的空間上的滑動方向，選擇有效的處治方案

對于一般滑坡體來說，邊坡發生水平位移的同時也會發生沉降，但是對于滑坡體坡腳相對較穩定地段，坡腳可能會發生垂直位移向上或者很小的情況，針對這種情況在坡腳增加反壓土土抑制邊坡的滑動效果良好，可暫時保證邊坡的穩定。

（3）利用坡面位移監測數據分析，確定合理施工工序

坡面位移監測可以用來檢驗邊坡處治方案的治理效果，同時也為確定最佳的施工開挖時間提供依據。邊坡開挖采用水平分層開挖的方式，開挖速度不能過快，并隨時關注坡面位移監測數據，對于邊坡開挖導致滑動變形增加的，要及時溝通設計，增加必要的加固措施。

（4）將不利因素對滑動體穩定性的影響程度量化，制定維護邊坡穩定措施

結合雨水、爆破施工等外界因素對坡面位移監測數據進行分析，可將各因素對滑動體穩定性的影響程度進行量化，用數據來指導施工組織安排。現選取2017年10月4日至2017年10月18日之間的監測數據來分析爆破與雨水對邊坡穩定性的影響。通過數據對比發現，爆破施工和雨水對邊坡的穩定性影響較大，因此應制定相應的措施維護邊坡的穩定。為降低雨水對邊坡穩定性的影響，對于出現的新裂縫要及時采用粘土封閉，并覆蓋彩條布，邊坡范圍內也可采用砂漿進行封閉表面。對于臨近滑動體附近的石方路基，在邊坡穩定前盡量避免爆破施工，確實需要爆破的也要嚴格控制炸藥用量，減少對邊坡穩定性的影響。

3.2 深層水平位移及地下水位監測數據的分析與應用

（1）確定滑面位置及邊坡的滑動方向，為設計方案支護參數及施工組織安排提供依據

現以K164+585塹頂測斜管為例，通過對該邊坡進行X、Y兩個方向的變形監測結果，確定滑面位置及邊坡的滑動方向。

通過測斜數據，可推斷，該處最大位移處位于地面線以下12.5m處，即為滑動面位置。通過對X、Y兩個方向的位移變形監控數值，根據勾股定理，可得出滑面方位角。結合其他幾根測斜管滑動面位置及滑動方向，可確定整個邊坡的滑動面的位置。

該段邊坡采用鋼花管樁進行處治，根據上述方法確定的滑動面位置、滑動方向和滑動量大小確定鋼花管樁的樁長及具體布置位置及間距。設計方案確定后，現場優先安排施工滑動速率較快的位置，起到立桿見影的效果。

（2）確定滑動面與地下水位的關系，給方案驗算提供參數選擇依據

初步方案確定后，根據實測水位和滑動面位置邏輯關系，確定滑坡體受力驗算時系數的選用，該段邊坡實測水位較滑動面位置高，所以對整個滑動面力學驗算時選用有水條件下的參數，下滑力要乘以一定的安全系數。

3.3 錨索預應力監測數據的分析與應用

該段第4級邊坡設計為預應力錨索框架植草防護（4索），單孔設計噸位為400kN，錨索按不入巖設計。施工過程中發現該段邊坡地質軟弱、含水量大，易發生塌孔，錨索安裝困難。錨索張拉時監測錨索預應力，發現無法按設計要求的鎖定值，鎖定值基本穩定在200kN左右。鑒于該原因，第1-2級邊坡處治方案設計均采用鋼錨管格梁植草防護。鋼錨管格梁防護相比錨索格梁防護具有錨管安裝方便，施工周期短，早參與受力的優點。

說明：5-1-12孔位錨索預應力損失量達86.8kN，占鎖定值的62.4%，超出10%

4 結束語

通過對高邊坡坡面位移監測、深層水平位移監測、地下水位監測及錨索預應力監測技術的綜合應用，及時準確掌握邊坡滑動機理，一方面為制定經濟合理治理方案提供了可靠依據，另一方面也加快了施工進度，降低了塌方處治的工程造價。工程竣工后也應對邊坡進行動態長期監測，對邊坡坡體進行動態跟蹤，了解邊坡體穩定性變化特征，確保運營安全。

參考文獻：

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