高速公路邊坡自動監測與穩定性分析

楊 飛 湯羅圣 王云安 鄧長青 肜增湘 黃文濤

(1.湖北省交通運輸廳漢十高速公路管理處，湖北 武漢 430051; 2.湖北省交通規劃設計院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

1 概述

隨著國家經濟大發展，高速公路建設規模及難度越來越大，高速公路邊坡數量越來越多，邊坡災害發育密度及危害程度也越來越高，但是，對于邊坡災害的防治基本原則為“預防為主，治理為輔”，現場監測是目前高速公路邊坡災害重要也是最有效的預防措施。目前關于高速公路邊坡監測的研究成果較多，例如譚捍華等(2005)基于高速公路邊坡的特點,提出了建立公路邊坡監測系統的合理程序[1]；陳強等(2006)以中部某山區高速公路邊坡的實際監測資料為基礎，對邊坡治理工程進行動態優化[2]；劉漢東等(2008)應用加卸載響應比理論，采用監測和有限元數值模擬相結合的手段綜合評價了路塹高邊坡的加固效果[3]；段偉強等(2009)以驛宛高速公路某路塹邊坡為例，采用錨桿監測、FLAC數值模擬對邊坡穩定性及加固效果進行評價[4]；李萬里(2011)以廣陜高速公路某邊坡為例，采用深部位移監測、錨桿應力監測、混凝土應變光纖光柵傳感監測技術對邊坡的變形和應力釋放規律進行研究,驗證了光纖光柵傳感技術的可行性和優勢[5]；張喆(2012)通過對十天高速某膨脹土邊坡進行監測，分析了降雨對該邊坡變形的相關關系[6]；張兵強等(2014)采用GPS位移監測方法對安川公路某邊坡地表位移進行監測，并與深部位移進行對比分析，得出邊坡治理后邊坡不同部位的變形特點[7]；蒲建華(2014)基于多種監測方式的監測數據，采用C#語言和數據庫技術建立了監測信息管理系統[8]；屈陳哲等(2016)以廣佛肇高速公路某邊坡為例，通過數值模擬與監測數據對比分析，驗證了邊坡設計方案的合理性[9]；莊旭東(2018)結合某高速公路邊坡實例，從地表位移監測、深部位移監測等方面對自動化在線監測系統進行了深入探討[10]。

以上研究雖然取得了許多研究成果，但是在自動監測與穩定性定量評價綜合分析邊坡穩定性的研究較少。本文以漢十高速某填方高邊坡為例，采用GNSS位移自動監測手段對其進行監測，輔以現場巡查進行驗證，再通過穩定性計算進行定量評價，最終綜合判斷該邊坡的穩定性。

2 邊坡簡介

該邊坡為高速路路基邊坡，路基為半填半挖式。該邊坡橫向寬約150 m，最大填高約42 m，邊坡按五級填筑，第一級(無面板加筋土)坡比為1∶0.5，其他幾級都為1∶1.75。每級邊坡回填均鋪設有土工柵格，坡體內部設置有橫向和縱向的排水盲溝，兩側及坡腳設有排水溝，邊坡坡面采用拱形加人字形骨架植物護坡，坡腳設置一頂寬3.4 m～4.2 m、高6.6 m～9.64 m的擋墻。

3 邊坡監測

3.1 監測點布置

本邊坡共布置3個邊坡位移自動監測點，具體方案為在坡體頂部(靠近高速公路路面處)布設兩個測點，擋墻上方布設1個測點，在坡體附近不動點架設1個基準點。監測點布置圖如圖1所示。

3.2 監測數據分析

根據邊坡監測情況，選取該邊坡最新監測數據(2018年11月1日～2018年11月30日)進行分析，其累積位移—時間曲線及位移速率—時間曲線如圖2,圖3所示。

從圖2，圖3可知，各監測點累計值位移2.1 mm～4.7 mm，位移速率-0.6 mm/d～0.6 mm/d，因測量存在一定誤差，且根據現場調查情況綜合判定該邊坡目前變形比較緩慢。邊坡未發現新的坡面裂縫，邊坡在監測期間整體處于較穩定狀態。

3.3 現場巡查驗證

通過現場巡查，該邊坡坡面及坡腳擋土墻未見明顯變形，坡頂路面裂縫也未見變形增大跡象，說明邊坡目前整體較穩定，與自動監測數據分析情況基本一致。

4 邊坡穩定性計算

為了定量評價該邊坡的穩定性，選取理正巖土軟件對該邊坡穩定性進行計算，根據勘察設計資料及現場調查情況，選取該邊坡典型計算斷面，判斷該邊坡最可能在加筋土或填土中發生圓弧形滑動破壞，故采用瑞典條分法對其穩定性進行計算。

4.1 計算工況選取

根據JTG D30—2015公路路基設計規范中有關滑坡特殊路基設計要求，該邊坡擬考慮以下2種工況條件進行穩定性計算：

1)天然工況；2)暴雨工況。

4.2 計算參數選取

根據地質勘察資料、工程地質類別、參數反演等綜合確定該邊坡巖土體物理力學參數，具體見表1。

表1 邊坡物理力學參數綜合取值表

4.3 穩定性計算結果分析

采用上述計算模型和參數，結合極限平衡方法計算該滑坡的穩定性系數，考慮到該邊坡坡腳目前已有防治措施為鋼擋土墻，故需考慮擋土墻對邊坡的支擋力，按擋土墻背主動土壓力考慮，其穩定性計算結果如表2所示，最危險滑動面如圖4所示。

表2 邊坡穩定性計算結果

從表2可知，該邊坡在計算工況條件下穩定性系數均大于規范要求的安全系數，說明邊坡目前處于較穩定狀態，變形比較緩慢，與位移監測、現場巡查的情況基本一致。從邊坡穩定性計算最危險滑動面可知，該邊坡發生整體滑動的可能性不大，主要發生局部滑動，最危險滑動面位于坡頂第一級坡附近。考慮到第一級坡對高速公路路面影響很大，同時考慮到坡腳居民的安全，因此非常有必要對該邊坡進行長期監測，特別是路面變形、擋土墻變形的監測以及坡體自動位移監測。

5 結語

1)該邊坡目前處于初始蠕變階段，整體處于較穩定狀態；2)邊坡發生整體滑動的可能性不大，主要發生局部失穩破壞；3)邊坡監測點位移較小，主要原因在于今年降雨較少；4)邊坡坡頂裂縫需及時封堵，以防降雨入滲對邊坡穩定性產生不利影響；5)需加強邊坡地質巡查，和自動監測結合分析，及時、準確判斷邊坡狀態。