路基高填方病害工程監測方案研究

韋暢明,王圣龍,朱 皓,韓琳琳

(1.廣西六賓高速公路建設發展有限公司,廣西 南寧 530400;2.廣西交通設計集團有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

近年來,隨著“互聯網+”的興起,自動化監測已經發展成為公路邊坡穩定性判斷、實時災害預警的手段[1]。其通過選取典型邊坡,埋設遠程監測設施,實現自動化遠程實時收集邊坡變形數據[2-3]。與傳統監測手段相比,自動化監測具有數據采集全面、自動化程度高、分析準確等明顯優勢,可以準確判斷邊坡滑動面深度、邊坡穩定狀態,進而推測邊坡的穩定狀態[4-5]。對于邊坡處治,通過自動化監測,可以精準判斷滑動面深度,進而準確地計算滑坡推力,針對性地設計邊坡處治方案,對于邊坡災害的處治具有非常重要的意義[6-7]。

本文以某高速公路陡坡填方路基為例,選取典型邊坡,采用自動化監測技術對其進行全過程監測。通過分析深層位移監測結果,推斷出滑動面深度,為后期邊坡處治方案提供了精準的設計數據。

1 工程概況

1.1 工程背景

某高速公路填方路基屬陡坡填方路基,路中心線最大填方高度約為17.463 m,填方坡腳到路面高度約為52.791 m,原地面橫坡坡率陡于1∶2.5。路基分三級填筑,底部第一級填筑坡比為1∶2,第二級填筑坡比為1∶1.75,第三級填筑坡比為1∶1.5。設計防護形式為拱形骨架+客土噴播+衡重式護腳墻,采用分層分段填筑。

該路基于2020年8月開始填筑施工,沿原斜坡面按臺階式開挖,采用分層碾壓回填,填料主要為碎石土,填筑坡比、高度與設計基本相符,于2021年3月完成路床基本填筑,隨后開始格梁施工及坡面綠化。

1.2 路基病害發展情況

初步變形階段(2021年7～8月):2021年7月,受持續降雨影響,該填方路基坡腳擋土墻和拱形骨架有前傾位移的跡象,現場查看坡腳擋墻前傾錯臺約為10～20 cm,部分拱架連接處已開裂破壞,拱形骨架坡腳多處滲水。2021年8月,坡腳擋墻前傾錯臺已擴大至50 cm,填方整體下沉,拱形骨架連接處基本處于開裂、懸空狀態,路面區域出現拉張裂縫,填方邊坡有向下滑塌的趨勢。

急劇變形階段(2021年10～12月):為了防止邊坡滑塌進一步發展,施工方于2021-08-05開始對坡腳進行堆載反壓施,2021-10-08,坡腳堆載反壓施工完成。但填方路基仍繼續惡化,坡面新增多條裂縫,原有裂縫寬度增大,拱形骨架扭曲變形嚴重。

滑動破壞階段(2022年1～3月):2022年1月下旬,填方路基仍繼續惡化,滑塌區域向后方擴大,后緣已出現拉張裂縫,局部形成拉張錯臺,嚴重威脅路面及梁場安全,梁場受此影響已部分拆除。

處治施工階段(2022年4～8月):2022年3月末,病害路基正式開展處治施工,施工期間后緣無明顯新增裂縫,說明滑坡區域未繼續發展擴大。

2 監測方案

2.1 監測內容

針對項目的基本情況與監測目的,本次監測擬采用全自動監測技術手段為主,結合人工巡視的方法,監測內容與監測方法如表1所示。

表1 監測內容與監測方法分析表

2.2 監測點布置

根據填方路基的滑動及可能出現危險的情況,共布設3條監測斷面,以監測線為主形成監測網,并開展地表巡查等手段補充監測資料。監測網主要由5個深層位移監測點和11個地表位移監測點構成,施工處治期監測點布置根據施工情況動態調整,兩個不同階段的監測點布置如圖1、圖2所示。

圖1 監測點布置示意圖(急劇變形及滑動破壞階段)

圖2 監測點布置示意圖(處治施工階段)

3 監測結果分析

3.1 深部位移監測

3.1.1 深部位移監測成果

據深部位移監測成果,繪制累積位移-深度-時間曲線圖,如圖3所示。根據圖3可知,測點2-CX1、2-CX2累積位移-深度-時間曲線緊貼于初始豎軸或在豎軸兩側無規律小幅波動,無明顯滑動面;測點2-CX3、2-CX4累積位移-深度-時間曲線均在-19.00 m深處出現明顯拐點,且拐點曲線以上部分向外側鼓出后平行于鉆孔延伸至孔口,說明拐點處為滑面位置。

(a)2-CX1

3.1.2 深部位移監測成果分析

3.1.2.1 急劇變形～滑動破壞階段(2021年10月～2022年3月)

該階段由于滑動區域內的深部位移監測點2-CX3、2-CX4于短時間內峰值累積位移分別達到410.2 mm和504.55 mm,已超過設備極限值,致使儀器失效。儀器失效前測得峰值深度變形速率為72.08～140.77 mm/d,監測斷面綜合分析圖詳見圖4。盡管滑動區域內的深部位移監測點已失效,但根據其失效前的監測數據和該階段地表位移監測點的監測數據可知,路基深部位移始終維持在50～200 mm的極高速變形速率,路基已經處于滑動狀態。

圖4 典型監測斷面綜合分析曲線圖

3.1.2.2 處治施工階段(2022年4～8月)

該階段病害路基正在處治施工中,處治施工區域內測點均已拆除,后緣深部位移監測點2-CX1、2-CX2無明顯變形,路基處治施工區后緣深部位移維持較穩定狀態。

3.2 地表位移監測

3.2.1 地表位移監測成果

各監測階段的地表位移監測成果詳見表2,典型的地表累積位移-時間曲線見圖5。

(a)1-GNSS1(急劇變形階段)

表2 地表位移監測統計表(2021-10-25至2022-08-31)

3.2.2 地表位移監測成果分析

3.2.2.1 急劇變形階段(2021年10～12月)

該階段核心變形區監測點(2-GNSS2、2-GNSS3、2-GNSS4、3-GNSS2、3-GNSS3)平面位移速率為59.03～67.38 mm/d,垂直位移速率為-12.68～-25.16 mm/d;非核心變形區監測點(1-GNSS2)平面位移速率為12.70 mm/d,垂直位移速率為-3.64 mm/d;后緣未影響區監測點(1-GNSS1、2-GNSS1、3-GNSS1)暫無明顯位移,滑坡體處于高速滑移狀態,滑動變形尚未牽引至后緣區域。

3.2.2.2 滑動破壞階段(2022年1～3月)

該階段核心變形區監測點(2-GNSS2、2-GNSS3、2-GNSS4、3-GNSS2、3-GNSS3)平面位移速率為120.99～137.79 mm/d(提速至上一階段的198%～242%),垂直位移速率為-25.56～-45.77 mm/d(提速至上一階段的165%～250%);非核心變形區監測點(1-GNSS2)平面位移速率為11.83 mm/d(與上一階段基本持平),垂直位移速率為-4.06 mm/d(與上一階段基本持平);后緣影響區監測點(3-GNSS1)平面位移速率為60.39 mm/d(上一階段無明顯位移),垂直位移速率為-126.09 mm/d(上一階段無明顯位移);后緣未影響區監測點(1-GNSS1、2-GNSS1)暫無明顯位移。該階段滑坡體處于極高速滑移狀態,滑移速率較上一階段大幅增長,且滑動變形范圍已向后方牽引擴大。

3.2.2.3 處治施工階段(2022年4～8月)

該階段填方路基路面及后緣區域各地表位移監測點平面位移速率為0～0.09 mm/d,垂直位移速率為0～-0.06 mm/d,坡腳區域地表位移監測點3-GNSS3平面位移速率為0.25 mm/d,垂直位移速率為-0.06 mm/d。本階段填方路基路面及后緣區域整體維持較穩定狀態,坡腳區域處于蠕動變形狀態。

4 結語

(1)急劇變形階段(2021年10～12月):拱形骨架扭曲變形嚴重,滑坡后緣未見拉張裂縫,深部位移監測點于短時間內被剪斷(剪斷前峰值速率為72.08～140.77 mm/d)。核心變形區地表位移監測點平面位移速率為59.03～67.38 mm/d,垂直位移速率為-12.68～-25.16 mm/d。滑坡體處于高速滑移狀態,滑坡范圍暫未向后方擴大。

(2)滑動破壞階段(2022年1～3月):滑坡后緣已出現拉張裂縫(錯臺)。核心變形區地表位移監測點平面位移速率為120.99 ～137.79 mm/d(提速至上一階段的198%～242%),垂直位移速率為-25.56～-45.77 mm/d(提速至上一階段的165%～250%)。滑坡體處于極高速滑移狀態,滑移速率較上一階段大幅增長,且滑動變形范圍已向后方牽引擴大。

(3)處治施工階段(2022年4～8月):填方路基路面及后緣區域在處治施工過程中整體維持較穩定狀態,但坡腳區域處于蠕動變形狀態。

(4)完成治理施工后,邊坡形成新的工況條件,目前坡腳處仍有蠕動變形現象,預警等級為黃色警示級。建議增加地表觀位移監測點及監測斷面,相關方應在現場做好警示標志并定期進行巡查,發現新增裂縫等異常情況及時上報。