北三環高速高邊坡監測技術研究

收稿日期：2023-12-06

作者簡介：游文法（1977—），男，本科，工程師，研究方向：路橋監測檢測。

摘要 為解決高速公路高邊坡監測工作中存在的問題，文章結合北三環高速高邊坡監測項目實際情況，對當前常用的高邊坡監測技術做出分析。在此基礎上，根據2019年7月—2020年1月、2021年7月—2022年7月兩次監測工作實際情況，對監測設計方案以及高邊坡監測技術要點、測斜數據做出分析，并提出針對性建議措施，提高邊坡監測技術應用水平，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞 高速公路；高邊坡；監測技術

中圖分類號 U418.5文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0101-03

0 引言

高速公路建設與運營期間，高邊坡在受到自然重力以及人為開挖、降雨等諸多因素的共同影響下，其穩定性、安全性受到一定的影響。做好高邊坡監測工作，既可以確保高速公路的安全運行，同時對后期加固工作有極大的幫助[1]。為此，當前應加強對高邊坡監測技術的研究，合理應用監測數據，為邊坡災害的治理提供借鑒。

1 高邊坡常見監測技術分析

隨著監測技術與設備的發展，當前用于高邊坡監測工作的技術多種多樣。其一，“3S”技術廣泛應用于高邊坡監測工作。該技術主要包括GPS技術、RS技術以及GIS技術，可以為高邊坡變形監測提供重大幫助。相比于傳統測量技術而言，該技術的自動化水平較高，且監測精度、效率方面有很大的提升。其二，時域反射技術（TDR技術）。該監測技術示意圖如圖1所示，該技術應用期間，可以將電信號轉換成位移信號，進而可以實時掌握邊坡內部的位移量。其三，地面激光掃描技術（TLS技術）。該技術在數據獲取方面有著明顯的優勢，且自動化水平高，廣泛應用于邊坡表面變形監測等工作中。其四，合成孔徑雷達（SAR）技術。該技術主要借助干涉測量方法，進行地表位移監測。其五，數字攝影技術。通過應用相機等測量設備，并與初始數據做出對比，可以實現邊坡變形測量與監測。其六，測斜儀+側斜管技術[2]。在該工程中就應用了該項技術，該技術的應用可以在時間、空間方面，實現對不同深度土體變形情況的監測。

2 工程概況

2.1 高邊坡情況

該項目位于廣東省廣州市東北部，起點設計樁號為K13+145.149，終點設計樁號為K57+538.172，路線全長44.435 km，于2018年1月29日建成運營通車。項目沿線地貌主要為山間低洼沖積平原，工程地質分區屬平原Ⅱ區和丘陵Ⅰ區，邊坡主要類型為土質邊坡。

2.2 監測設備與監測方法

該次監測工作使用的測斜儀為美國新科與北京航天CX06B，在開展深層水平位移監測工作期間，采用“測斜儀+測斜管”的方法，能夠在時間、空間上反映出不同深度土體發生的變形情況，從而判斷邊坡深層滑動面的所在位置和變形發展情況，進而判斷邊坡的穩定性。同時，配合人工巡查的方法，通過對邊坡的巖土、防護、排水、結構等的檢查，發現病害、破損，對邊坡進行技術狀況評價，及時發現邊坡安全隱患或風險。一方面，深層水平位移監測在邊坡監測中起著核心作用。為了有效地進行監測，需要在邊坡的特定位置建立測斜孔，并定期測量變形的位移數據。這種監測方法能直觀、高效地展示深層土體的變形和位移，有助于深入了解邊坡在施工過程中的狀態以及竣工后的穩定情況。同時，使用測斜儀來觀測位移，并根據傾斜測量結果來計算土體在深度上的水平位移分布。在測量過程中，需要將測斜儀探頭插入測斜管，按照預定的測點間距進行上下滑動。通過數據處理軟件從測讀儀中獲取數據，并進行偏移量的計算和圖表的繪制。最終，可以得出位移的總累計值，并計算每次測得的邊坡位移的數值及圖表[3]。另一方面，對邊坡的技術狀況進行調查，也是邊坡監測的關鍵步驟，通常從路塹邊坡的底部開始，進行逐級拉網式巡查，以全面了解邊坡的各部位。對于路塹邊坡各部位的變形和缺損，都應進行詳細的測量和描述，并使用數碼相機拍攝下來。對于出現的邊坡各個部位的病害，包括截水溝等部位發生的病害，除了進行現場標識和文字記錄以及必要的測量外，還應使用數碼相機拍攝下實際的照片。每一個邊坡都對應建立一個病害圖庫，通過比較圖像的變化可以對邊坡的形變等情況做出直觀的判斷[4]。

2.3 2019年7月—2020年1月監測技術要點

在交工至竣工期監測期間，2019年5月—7月雨季期間，該邊坡K42+570～590段出現局部滑移現象，其間K42+295～380段四級、五級、六級深層位移出現持續變形趨勢。其他監測期間邊坡變形量較小，變形速率發展較平穩。鑒于此，該次分析的重點為K42+570～590段監測要點。

2.3.1 地質條件及設計方案

該邊坡的最大高度為45.8 m，坡長440 m。場地屬構造剝蝕丘陵地貌區，地形陡峭，“V”形谷發育，坡頂與坡底地面高程約98～132 m，相對高差約34 m，邊坡范圍有改線道路通過，與邊坡影響較大。場地斜坡較陡，表層覆蓋第四系殘積層粉質黏土及砂質黏性土、陳質黏性土，其下巖層為燕山期花崗巖。挖方以殘積層黏性土為主，中下部多為全－強風化花崗巖。邊坡變更設計方案為臺階式設計開挖，分級高度為10 m，K42+260～440段第二級平臺寬度30 m，第三、四級平臺寬度10 m，第五級平臺寬度5 m；K42+460～620段第二級平臺寬度20 m，K42+440～460之間采用過渡段過渡；其余平臺寬2 m。第一級邊坡K42+260～340段邊坡坡率1∶1，K42+350～620段邊坡坡率1∶1.25，K42+340～350之間采用過渡段過渡；第二級邊坡K42+270～340段邊坡坡率1∶1，K42+360～620段邊坡坡率1∶1.5，K42+340～360之間采用過渡段過渡；第三級邊坡K42+440～500段邊坡坡率1∶1.25，K42+270～440、K42+510～620段邊坡坡率1∶1.75，K42+500～510之間采用過渡段過渡；第四、五、六級邊坡坡率1∶1.75；K42+250～580段第一級邊坡，K42+268～512段第二級邊坡，K42+288～512段第三級邊坡、K42+303～430段第四級邊坡、K42+309～396段第五級邊坡采用錨索框架梁加固，其余地段采用路塹人字形骨架護坡。K42+297～425段在第一、三、四級平臺各采用兩排豎向鋼花管注漿，第二級平臺各采用三排豎向鋼花管注漿；K42+445～510段在第二、三級平臺各采用一排豎向鋼花管注漿；K42+297～425段在第一、四級平臺豎向鋼花管注漿加固深度不小于15 m，第二、三級平臺豎向鋼花管注漿加固深度不小于25 m，其余地段豎向鋼花管注漿加固深度不小于10 m。豎向鋼花管縱、橫向間距均為1 m，豎向鋼花管有2排以上時，管頂采用框架梁連接，如圖2所示，為K42+250～K42+690左側五級高邊坡監測點布置圖。

2.3.2 測斜數據分析

從邊坡的監測成果來看，監測范圍的大部分坡體處于穩定、基本穩定狀態。部分邊坡總變形量、變形速率較上期有所增加，但在正常變形范圍之內。部分邊坡坡面局部沖刷病害明顯，其中，K42+250～690左側邊坡深部6—8月中旬變形波動較大，并在K42+570～610段出現滑移現象，經采取有效處理措施后，深部位移速率目前有所減緩，其長期穩定性需要進一步觀察。K42+470斷面附近三級坡面局部坍塌如圖3所示。

2.4 2021年7月—2022年7月監測技術要點

從監測數據來看，部分邊坡總變形量、變形速率較上期有所增加，但在正常變形范圍之內。為進一步了解K42+250～690左側邊坡滑移情況，對K42+250～K42+690左側五級高邊坡監測數據做出統計，具體變化速率如表1所示。

從表1中數據可以看出，目前邊坡總體變形尚未收斂，為基本穩定狀態，巡查發現目前邊坡坡面受雨水沖刷較嚴重，遇強降雨時坡面仍有可能發生局部溜塌的病害。建議及時完善邊坡排水系統，防止暴雨期間泥水污染坡下路面及引發交通事故。同時，對該邊坡進行持續觀測，以確保邊坡的安全，并進行地下水位觀測，以判斷地下水位對邊坡變形趨勢的影響程度。

2.5 監測建議

（1）K42+250～K42+690左側邊坡：2020年2月—

2021年6月，K42+330四級變形23.29 mm，K42+380二級變形23.34 mm。監測數據表明，該邊坡目前依然處于塑性蠕變狀態。2021年7月—2022年7月，邊坡的變形量?2.88～22.27 mm之間，整體上邊坡的深層位移變化速率處于逐步減緩的趨勢，邊坡處于基本穩定狀態。但鑒于該邊坡地質條件復雜，在施工期間曾出現多次大變形和滑塌，并在后續監測中，監測數據具有持續發展的現象，在雨季期間，受暴雨的影響下，該邊坡出現了局部坍塌的現象，故建議對邊坡進行持續觀測，以確保邊坡的安全[5]。

（2）K39+435～K39+715軟基路段：在交工至竣工期監測期，2018年2月—2020年2月，K39+550變形30.40 mm，K39+580變形31.74 mm；在2019年雨季期間，K39+510、K39+550、K39+580、K39+620等監測斷面深層位移變形速率存在驟然變大的趨勢；2020年2月—2021年6月，K39+550變形6.82 mm，K39+580變形7.01 mm，2021年6月—2022年6月，最大變化量為5.3 mm。數據表明，該路段監測數據處于穩定狀態，建議終止對路段邊坡繼續跟蹤監測，但須加強現場巡視工作，及時發現處理病害。

（3）K42+380～K42+560右側邊坡：監測期內邊坡總變形量較小，2018年2月—2021年6月，最大變形量為17.37 mm，2021年6月—2022年6月最大變形量為3.92 mm，變形速率發展較平穩，監測數據處于穩定狀態，建議終止對該邊坡的監測工作。

（4）K42+640～K42+790右側邊坡：在交工至竣工期監測期，2018年2月—2020年2月，K42+710二級變形8.39 mm，2020年2月—2021年6月變形7.75 mm，2020年2月—2021年6月最大變形量為3.59 mm，變形速率已減緩，監測數據處于穩定狀態，建議終止對該邊坡的監測工作。

（5）K43+754～K43+850右側邊坡：2018年2月—2020年2月，K43+760二級變形6.5 mm，2020年2月—2021年6月變形6.43 mm，2021年6月—2022年6月最大變化量為2.98 mm，變形量較小，但其變形速率明顯減緩，建議終止對該邊坡的繼續跟蹤監測。

3 結束語

該文結合北三環高速高邊坡監測項目實際情況，對高邊坡監測技術、方案以及監測建議作出了分析。做好高邊坡監測工作，能夠為高速公路安全運營以及邊坡加固提供幫助。為進一步了解邊坡變形情況，除了要做好后續監測工作之外，還應加強對先進監測方法與技術的研究和應用。

參考文獻

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[5]陳佳， 董世勇， 王永甫， 等. 基于GPS的山區水庫邊坡滑坡體變形監測[J]. 地礦測繪， 2021（4）： 140-141.