喀斯特地貌區建筑固廢填方市政廣場變形監測

賀美潮

(廣西現代職業技術學院，廣西 河池)

引言

在地處多雨南方喀斯特地貌山體上“搬山填山”修建市政廣場，可以減輕城市用地壓力，又可消耗大量建筑固廢，緩解天然砂石短缺降低建筑能耗。但是，該市政固廢填方廣場變形—滑坡會直接影響人們休閑娛樂體驗，甚至威脅著該地居民及游客人身安全和公路車輛、建（構）筑物等財產安全。因此，需要建設前的超前精準設計，同時后期的穩定運行，及時加固維護、暫時關閉使用（如雨季）、甚至放棄使用，須要對挖填方廣場地表沉降，變形滑坡體及支擋結構進行變形自動監測及時預警。

1 填方廣場新復雜環境工況

高填方建設工程監測是現代建筑工程中面臨較為困難的工作之一，尤其本文所研新建填方市政廣場地域屬構造剝蝕喀斯特地貌谷地，受構造及巖性影響大，且填方料為大宗具有顯著非均質性、非連續特征的建筑固廢。新建填方市政廣場場域基巖地層為石灰巖、泥頁巖, 山麓上覆為碎石土及非均布粉質黏土松散坡殘積物。填筑建筑固廢材料典型成份類型及質量分布比例，統計結果見圖1，建筑固廢料顆分曲線見圖2。

圖2 建筑固廢料顆分曲線

2 固廢填方廣場工程變形監測

對于地面形變監測，有水準復測、GNSS 監測網和InSAR 監測等技術和手段[1-3]。GNSS 監測網以點監測為主，本文利用GNSS 網在工程建設中后期及工后第一年對填方域連續觀測，實現對填方廣場區域地面和支擋結構變形場進行監測，定量監測區域地面穩定性變化并確定區域地面穩定性變化權重, 分析預測滑坡塌方可能性而實現超前精準預警。

2.1 變形監測區概況

西南地區某建筑固廢填方市政廣場工程填方體界面滑坡—沉降變形場，地貌上位于低起伏喀斯特山麓，工程變形監測區為谷地填方廣場區域地面和支擋結構。填方廣場長約350 m，寬約250 m,高約20 m，山麓上覆為碎石土及非均布粉質黏土為主，下伏巖為石灰巖、頁巖，山麓坡度約35°(見圖3)。變形體的監測—控制結構面是土巖界面，根據工程地質理論及工程經驗定性為推移式滑坡，且地處多雨南方，地質災害易受暴雨或久雨等因素誘發[4-5]。

圖3 填方場域剖面示意

2.2 GNSS 監測網點布設分析

本項目采用我國自主研發的GNSS 監測儀器，參考現有類似工程研究成果及經驗以及實際工況靈活初步布設目標監測點，包括表面位移監測基準點1套、近臨空面測量點3 套、雨量站1 套(見圖4)。基準點設置在挖填方廣場被監測變形區域外的基巖，監測點重點布置于變形場的關鍵位置，以及可能變形較大的地方，如滑坡前緣地帶。

圖4 監測系統布設示意

2.3 變形監測數據分析

數據選取設備安裝調試完成后變形場近臨空面3個GNSS 監測點4 個月表面變形監測數據。該時間段內系統設定變形監測和雨量數據一天一傳。為了更好地分析建筑固廢填方變形場的變形規律, 表面變形監測點分解為X、Y 水平位移方向和H 垂直位移方向，且規定X 方向為徑向為正, 規定Y 方向為順坡向為正,H 方向規定為下沉為正[6]。通過實時采集軟件數據庫獲得3 個監測點對基準點的相對坐標數據, 經計算得到各監測點在X、Y 和H 方向位移變化量[6],最后對各監測點的位移變化量按月進行統計并繪制得到累計位移量隨時間分布曲線圖,具體如圖6、圖7 所示，其中圖5 為1 號測點取每3 日均值的監測位移數據曲線。

圖5 1 號測點監測數據曲線（取每3 日均值）

圖6 3 測點各方向月累計位移變化量

圖7 3 測點各方向月累計位移增長率

據圖5、圖6 位移監測數據可知，在4 個月的監測過程中，對于H 向位移形變量，1 號測點由上月的81.2 mm 近翻倍增長到后月的162.1 mm；2 號測點和3 號測點H 向位移形變量在該4 個月的監測過程中趨于接近，上月的起始位移形變量分別為68.1 mm、69.8 mm，在后月位移形變量分別為144.8 mm、139.9 mm。據圖7 可知，月累計位移增長率，3 號測點最低，3測點X、Y 向位移形變量與H 向均表現為負相關，同時監測數據表明在上月到后月過程中，X、Y 向先降后升，H 向先升后降，峰值69.0%。

由圖5、圖6 對3 個監測點整體分析表明，3 監測點在X、Y、H 3 個方向的位移變化速率趨勢皆表現出地遞減一致性，但X、Y 向位移形變增長過程較H 向平緩，并且X、Y 向位移形變量1 號測點最大。同時，在該4 個月表面變形監測時間段內3 監測點H 向位移形變量起點值接近于X、Y 向位移形變量終點值。2 號監測點和3 號監測點在X、Y、H 3 個方向位移形變量皆較1 號測點少，尤其在H 向1 號測點較2、3 號測點大,上限值17.4 mm,3 測點H 向較X、Y 向皆大，上限值97.4 mm。

位于谷地監測區中部臨空位置的1 號監測點的月累計位移量，月累計位移增長率皆明顯高于位于谷地監測區兩側的2 號、3 號監測點，尤其在H 方向更為突出。3 個代表性監測點監測的位移形變量未發現驟變，形變量合理且均在可控范圍內；2 號監測點和3號監測點在X、Y、H 3 個方向位移形變趨勢皆表現出一致性，分析原因為填方區建筑固廢覆填較均勻有關，監測數據還表明在這四個月的監測時段內，填方域變形過程整體趨于穩定，最終沉降趨于完成，表明建筑固廢沉降穩定所需時間較短。

從圖1、圖2 和圖5 圖7 可知，該市政工程填方建筑固廢級配高度不勻，建筑固廢覆填前期ORC<1，具有欠固結土性質。圖5 還表明，相較而言前期形變大中期小后期大，尤其H 向形變位移波動較大，再結合雨量站降水數據初步分析，推測降水對填方區覆填建筑固廢的形變及穩定性產生了不利影響，加劇了填方區后期覆填建筑固廢的形變。再分析原因是主要由各型塊石、碎石、砂土組成的覆填建筑固廢級配高度不勻，在后月期間內因降水把覆填建筑固廢中上層的砂土通過各型塊石、碎石孔縫，類似于管涌形式帶入覆填建筑固廢下層，導致后月位移形變量再持平2 個月前的首月，從而形成類固結沉降現象。在工后前期受暴雨情況下，須注意覆填建筑固廢形變量出現“回光返照”反彈現象。因此，在工后前期受暴雨情況下，應當加密形變監測頻率，提前預謀并采用相應措施以防滑坡塌方等災害發生[7-8]。

3 結論

基于構造剝蝕喀斯特地貌谷地的西南地區某建筑固廢資源化再建設填方市政廣場工程，鑒于新的復雜環境工況進行了變形自動監測。3 個代表性監測點監測的位移形變量未發現驟變，形變量合理且均在可控范圍內。監測時段內，最終沉降趨于完成，表明建筑固廢集合料沉降穩定所需時間較短。降水會加劇填方區后期覆填建筑固廢的形變，在工后前期受暴雨情況下，應當加密形變監測頻率，并采用相應措施防止地質災害的發生。