加筋土高邊坡變形沉降量與監測周期預測

鄭爭鋒，鄒賢堯，陳志杰

(中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

1 引言

加筋土擋墻以其施工簡便、適應變形能力強，占用土地少等優點，在工程實踐中得到廣泛應用。

加筋土擋墻的物理力學性質表現出明顯的不均勻性、不連續性等非線性特征，對于超過20 m的加筋土邊坡，最終的沉降變形量直接影響場內構筑物安全和美觀，基于通過理論計算來預測邊坡沉降變形和監測周期有較大局限性。

本文通過對十堰地區某30 m高加筋土擋墻長期的變形沉降觀測，推測出邊坡變形沉降的發展規律，進而確定最終的變形監測周期，為類似邊坡設計和工程監測方案提供數據支撐[1]。

2 工程概況

某加筋土邊坡位于湖北省十堰地區，廠區地貌以丘陵為主，地形起伏較大，局部場地位于“U”型沖溝內，沖溝寬約40.0 m，擋墻墻腳高程為320 m，設計場坪高程為350 m，沖溝回填后，填方邊坡高差約30 m，受地形條件限制，采用加筋土擋墻支護[2]，最大墻高30 m, 屬高路堤一級邊坡。

廠址區主要地層上部為第四系坡殘積層粘性土，下部為中元古界武當山群片巖，溝谷地段分布厚度不 等的第四系全新統沖洪積含礫石粘性土，多呈軟塑-可塑狀態，已采用碎石土換填。

加筋土邊坡方案如下，邊坡高30 m，坡率為1∶0.75，10 m一級，共三級，馬道寬2 m(圖1)，加筋土邊坡長約150 m。

3 監測工程設計

施工結束后轉為長期監測，根據場地條件，該段加筋土高邊坡共布置2條變形監測剖面，埋設6個監測點[3](圖2)。

根據規范本工程按照一級永久性邊坡工程考慮，監測時間時間不小于邊坡竣工后2年。

本次監測從2016年5月開始，監測頻率根據邊坡穩定性、周邊環境等因素進行適當調整，數據截至2018年7月，在750 d里共監測40次。

在前期變形較大期間，根據情況每1～7 d監測一次，在后期變形趨于平緩期間，監測周期調整為1～2個月監測一次。

圖1 變形監測點布置示意

圖2 監測點平面布置示意

4 監測數據分析

4.1 J18-J18′監測剖面數據分析

2016年5月開始對邊坡變形情況進行監測，圖3～圖5為J18.1、J18.2和J18.3 三個監測點約2年共計750 d的變形沉降曲線。

圖3 J18.1沉降量曲線

J18.1處加筋土擋墻高30 m，從J18.1沉降量曲線特征可以看出，經過750 d的固結沉降，J18.1監測點處總沉降量為42 cm，其中單月最大沉降量出現在第1個月，沉降量為4.5 cm。

圖4 J18.2沉降量曲線

J18.2處加筋土擋墻高20 m，從J18.2沉降量曲線特征可以看出，經過750 d的固結沉降，J18.2監測點處沉降量為36 cm，其中單月最大沉降量出現在第1個月內，沉降量為3.2 cm。

J18.3處加筋土擋墻高10 m，從J18.3沉降量曲線特征可以看出，經過750 d的固結沉降，J18.3監測點處總沉降量為17 cm，其中單月最大沉降量也出現在第1個月內，沉降量為3.2 cm。

J18.3處墻高10 m，從J18.3沉降量曲線特征可以看出，經過750 d加筋土邊坡整體沉降量為17 cm,單月最大值沉降量在第1個月，沉降量為1.7 cm。

對比分析上述3組監測數據，可以得出以下結論:

(1)同一段加筋土擋墻，位置越高，相同時間內，沉降量越大。

(2)對于同一個監測點，沉降速度均為前期快，后期慢。

(3)對于高度達20～30 m的加筋土邊坡，固結沉降超過2年，邊坡還在緩慢變形沉降還未收斂。

圖5 J18.3沉降量曲線

(4)對于高度約10 m的加筋土擋墻，從沉降量曲線來看，可將加筋土擋墻沉降速度分為二個階段，第一階段0～350 d，沉降量快速增長階段，第二階段350～750 d，沉降量趨于收斂階段，沉降量增加不明顯，加筋土擋墻趨于穩定。

將各監測點前30 d內和350 d內的總沉降量和750 d內總沉降量進行對比(表1、2)，可得出如下結論。

表1 前30 d沉降量占比一覽

表2 前350 d沉降量占比一覽

從表1可以看出，對于高度在10～30 m的加筋土擋墻，前1個月的沉降量約占2年內總沉降量的10%。

從表2可以看出，對于填高約10 m的加筋土邊坡，1年左右邊坡固結沉降開始趨于收斂，1年的沉降量約占2年內總沉降量的76.1%。

4.2 J19-J19′監測剖面數據分析

對相鄰地段高30 m的加筋土擋墻變形情況進行監測，監測剖面為J19-J19′，從上至下共布置3個監測點，分別為J19.1、J19.2和J19.3；圖6～圖8為3個監測點約2年共計750 d的變形沉降曲線。

J19.1處加筋土擋墻高30 m，從J19.1沉降量曲線特征可以看出，經過750 d的固結沉降，J19.1監測點處沉降量為23.5 cm，其中單月最大沉降量出現在第1個月內，沉降量為2.8 cm。

J19.2處加筋土擋墻高20 m，從J19.2沉降量曲線特征可以看出，經過750 d加筋土邊坡整體沉降量為18.1 cm,單月沉降量最大值在第1個月，沉降量為1.8 cm。

圖6 J19.1沉降量曲線

圖7 J19.2沉降量曲線

圖8 J19.3沉降量曲線

J19.3處加筋土擋墻高10 m，從J19.3沉降量曲線特征可以看出，經過750 d加筋土邊坡整體沉降量為5.2 cm，單月沉降量最大值在第1個月，沉降量為0.35 cm。

對比上述3組監測數據，可以發現J18-J18′監測剖面和J19-J19′數據特征相似度較高，能夠得到與J18-J18′監測數據相同的4條結論。

不同點在于J19-J19′監測區域的沉降量比J18-J18′要小，主要原因為上述2處加筋土邊坡均建在回填土之上，其中J18-J18′剖面位置回填土厚度比19-J19′剖面位置回填土厚度要大。

將各監測點前30 d內和350 d內的總沉降量和750 d內總沉降量進行對比(表3、表4)，可得出如下結論。

表3 前30 d沉降量占比一覽

表4 前350 d沉降量占比一覽

從表3可以看出，對于高度在10～30 m的加筋土邊坡，前1個月的沉降量約占2年內的沉降量的7%～12%。

從表4可以看出，對于填高約10 m的加筋土邊坡，1年左右邊坡固結沉降開始趨于收斂，1年的沉降量約占2年內總沉降量的67.3%。

5 總沉降量預測

表1和表3均為前30 d內總沉降量和750 d內總沉降量的比較[4]，二者最大比值為11.9%，最小比值為6.7%，平均值為9.9%；因此，通過對前1個月內的加筋土擋墻沉降數據的收集，可以大致推測出在2年監測期內總的沉降量。

6 監測周期建議

按照相關規范要求，一級永久性邊坡工程竣工后的監測時間不宜小于2年[5]。

對于高度在20～30 m的加筋土擋墻，固結沉降超過2年，邊坡還在緩慢沉降未收斂，因此，建議繼續對邊坡變形情況進行監測，直到變形開始收斂并趨于穩定為止。

對于高約為10 m左右的加筋土擋墻，在約1年左右變形沉降量開始收斂，因此，可在滿足規范要求監測時間達到2年后，終止變形監測工作。

前6個月是邊坡快速變形階段，是邊坡安全穩定的關鍵時期，是對設計方案是否合理，施工質量是否達標的一次綜合檢驗。因此，這段時期，對邊坡的變形監測至關重要，在監測期間，可根據前期變形數據情況，特別是雨季期間，加密監測周期，監測周期可調整為1 d至1周。

7 結論及建議

(1)加筋土邊坡越高，相同時間內，沉降量越大。

(2)高度在10～30 m的加筋土擋墻，前1個月的沉降量約占2年內的總沉降量的10%。

(3)高度約10 m的加筋土擋墻，1年左右固結沉降開始趨于收斂，可在邊坡工程竣工后滿2年[4]，終止變形監測工作。

(4)高度約20～30 m的加筋土擋墻，2年左右固結沉降還未收斂，建議繼續對邊坡變形情況進行監測，直到變形開始收斂并趨于穩定為止。