高速公路高邊坡變形監測與分析

王彥章

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

高速公路邊坡失穩破壞往往會經歷一個從漸變到突變的過程，失穩前往往會出現變形量增加和變形速度加快等征兆。然而，這些征兆往往不容易被察覺，或在發現時已出現了較大變形破壞，這就需要借助專業儀器進行監測，及時收集數據分析邊坡的穩定性[1]。通過監測可發現異常信息，及時預報險情，采取措施進行處理，避免人員和設備的損失，保證施工或運營安全[2]。本文結合某高速公路高邊坡典型路段施工實踐，在高邊坡開挖和支護施工過程中，多處邊坡出現了變形破壞，部分邊坡存在整體失穩風險，對施工安全和進度造成了較大影響。為準確掌握邊坡內部的變形情況，確定滑動面位置，在支護后開展變形監測，分析監測數據確定變形趨勢和支護效果，優化支護結構設計，改進施工方法。

1 高邊坡支護方案

1.1 邊坡概述

某高速公路K73+125—K73+276段為巖土混合邊坡，邊坡土質構成主要為變質粉砂巖、粉土和粉質黏土等，巖石層間錯動現象發育，開挖后巖體破碎嚴重，裂隙密集發育，穩定性較差。該高邊坡最大高度為43.5 m，邊坡大部分區域自然坡度39°～47°，局部較陡路段可達70°～80°，自上而下分6級開挖支護。原始邊坡植被發育，邊坡頂部結構面由數個較小的巖塊組成，局部存在危巖。開挖后發現裂隙節理發育，分布有軟弱夾層。暴雨后局部產生滑動變形，邊坡開挖開裂，有產生整體滑動的風險，該路段典型斷面和地質結構如圖1所示。

圖1 高邊坡路段典型斷面地質結構圖

1.2 高邊坡支護方案

該邊坡穩定性相對較好，但在降雨和爆破施工擾動下容易產生變形失穩，應采取措施進行加固。原設計方案采用框架砂漿錨桿+錨桿鋼筋網噴射混凝土+植草防護施工，局部不穩定采用框架砂漿錨桿加固。在高邊坡開挖和支護施工中，多處邊坡出現了變形破壞，存在滑塌風險。因此，對邊坡支護方案進行優化設計，采用框架預應力錨索代替框架砂漿錨桿，并在邊坡上部設置平臺排水溝、急流槽等排水設施。高邊坡具體支護方案為：1～3級邊坡采用預應力錨索支護，錨索長度為25 m，預應力為750 kN，最佳錨桿角度為230°，錨索共計23根。4～5級邊坡采用框架錨桿支護，錨桿長度為8～12 m，6級邊坡采用錨桿鋼筋網噴射混凝土+植草防護。

2 高邊坡變形監測方案

2.1 監測儀器設備選型

為了確定K73+125—K73+276段高邊坡支護效果，在施工過程中布置測點，分別采用RSM-WYJ（S）型多點位移計、MGH型振弦式錨索測力計、XB338-2型測斜儀等儀器設備對邊坡變形情況進行檢測。根據高邊坡的地質調查情況確定監測部位，分別布置測點對邊坡位移、錨固力和深部位移進行量測，作為分析邊坡穩定性，評定邊坡支護結構合理性的主要依據。

2.2 測點布置

以高邊坡整體穩定性監測為主，選取關鍵部位，對邊坡坡體的變形情況進行監測。根據地質調查結果，對存在軟弱夾層和巖體開裂部位進行重點監測，該區域存在產生變形失穩的風險。選取K73+140、K73+180、K73+220、K73+260等4個斷面作為監測斷面，分別布置多點位移計5套、錨索測力計4臺和3個測斜孔。支護完成后分別對邊坡位移、錨固力和深部位移進行監測，測點布置示意圖如圖2所示。

圖2 測點布置示意圖

3 高邊坡支護效果反饋分析

通過對高邊坡監測結果進行分析，確定邊坡內部應力應變的變化情況，分析邊坡的穩定性和支護效果，進一步優化支護參數[3]。將監測數據反饋給設計、施工單位，對邊坡支護設計進行優化，以及對邊坡施工進行動態施工管理[4]。K73+125—K73+276段高邊坡在施工期間發現局部有開裂現象，施工前監測發現邊坡開挖后也產生了一定的變形，尤其是在降雨后變形更加明顯。優化邊坡支護方案后，在施工過程中布設監測儀器，對邊坡坡體位移、錨固力和深部位移進行量測，分析邊坡的變形趨勢，確定邊坡的穩定性。

3.1 坡體位移監測結果分析

選取K73+180斷面多點位移計監測結果作為研究對象，收集監測數據繪制不同深度邊坡累積位移與時間變化曲線如圖3所示。

圖3 K73+180斷面不同深度邊坡累積位移與時間變化曲線

分析圖3所示不同深度邊坡累積位移與時間變化曲線，K73+180斷面坡體變形可劃分為快速發展階段、緩慢變形階段和穩定階段，監測完成后邊坡變形已基本穩定。監測時間0～75 d為快速發展階段，該階段坡體位移變化速度較快，75 d邊坡最大累積變形達到55.3 mm；監測時間76～195 d為緩慢變形階段，該階段預應力錨索開始施工，逐步開始發揮作用，坡體變形速度逐步放緩，該階段累積變形量最大增加幅度為16.3 mm；監測時間196～435 d為穩定階段，該階段預應力錨索已完成張拉，有效控制了坡體變形，監測期間變形量最大增量僅為3.2 mm，說明坡體已基本趨于穩定。

3.2 錨索錨固力監測結果分析

仍以K73+180斷面作為研究對象，MGH型振弦式錨索測力計鎖定噸位為834 kN，安裝高程為985 m，在錨索加載過程中對錨索錨固力進行監測，繪制錨固力隨時間變化曲線如圖4所示。

圖4 K73+180斷面錨索錨固力隨時間變化曲線

分析圖4所示錨索錨固力隨時間變化曲線，錨索在初期預應力損失較大，前5 d損失達到16.4%。預應力錨索按照10%進行超張拉，以抵消由于鋼索松弛、錨索孔周邊巖體的蠕變等原因造成的預應力損失。該處預應力損失超過了16%，已經超出了超張拉值，分析原因是由于施工過程中坡體出現了局部破壞，對錨索施工效果造成了較大影響。另外，結合監測數據，在預應力張拉70 d后，預應力損失達到最大值23%，錨固力最小值為642 kN，較張拉后5 d增加了7%。監測70 d以后，錨索錨固力逐步增加，說明坡體內部的應力狀態發生了變化，坡體的變形使錨索拉力增加。監測70～395 d，錨索錨固力從642 kN增加到705 kN，增加了9.8%。分析原因是由于坡體前緣支護力大于坡體后緣，坡體后緣存在向坡腳方向的微小位移，且在時間上存在滯后效應，使錨索拉力增加，錨固力不斷提高。監測時間395～435 d以后，錨固力增加量很小，說明錨索受拉狀態基本沒有發生變化，坡體變形基本穩定。

3.3 深部位移監測結果分析

邊坡坡體深部位移采用埋設測斜管，使用測斜儀進行監測。選取K73+220斷面作為研究對象，測斜孔長度為33.5 m，監測深度為30 m，使用XB338-2型測斜儀進行監測，收集數據繪制不同監測時間測斜管各深度邊坡深部位移變化曲線如圖5所示。

圖5 K73+220斷面坡體深部位移變化曲線

分析圖5所示坡體深部位移變化曲線，測斜孔以下14～16 m位置存在明顯的突變，分析是由于出現了滑動帶。在滑動帶的作用下，滑坡體有向順坡方向滑動的趨勢，最大滑動位移達到52 mm。另外，測斜孔下17～19.5 m范圍內由于臨近滑動帶，滑動帶滑動過程中對該區域產生了一定的擾動?；瑒用嬉陨细鞅O控時間變形趨勢一致，呈現整體滑動。結合地質調查結果，邊坡以下14～16 m位置存在軟弱破碎帶，含水量較高，也是導致邊坡出現滑動變形的主要原因。結合后幾次深部位移監測結果，位移變化量相差很小，說明滑動變形已得到有效控制。

4 結語

以某高速公路高邊坡施工為研究對象，根據地質調查結果優化了支護方案，布置測點對邊坡坡體位移、錨索錨固力和坡體深部位移進行監測，根據監測結果分析支護結構的有效性，確定支護效果。分析多點位移計監測結果得出坡體位移發展可劃分為快速發展階段、緩慢變形階段和穩定階段，且監測完成后邊坡變形已基本穩定。錨索預應力前期損失較大，而后由于坡體變形移動出現了一定幅度的增加，最終穩定在700 kN左右。與地質調查結果一致，坡體深部位移監測發現邊坡內部存在軟弱破碎帶，使邊坡坡體產生了較大的位移。將監測結果反饋給設計單位，作為修改設計方案，優化支護參數的主要依據，也可為運營管理提供技術數據，便于開展動態施工管理。