金寨縣金江大道工程高切坡深部位移的監測

田 俊

（金寨縣重點工程建設管理處，安徽 金寨 230051)

0 引言

公路高切坡的卸荷過程，連續而強烈，邊坡穩定性事關重大，尤其是邊坡坡頂及深部位移的監測[1-2]。邊坡深部位移監測的目的在于監測邊坡潛在滑動面，在邊坡深部，滑坡推力作用下，邊坡會在深部形成潛在滑動面，潛在滑動趨勢通過邊坡深部位移反映出來，但邊坡深部位移量一般較小，在邊坡表面很難反映出來，因此需要對邊坡深部位移進行監測，監測結果能夠顯示邊坡深部潛在滑動面的滑動趨勢。邊坡深部位移監測手段一般采用深部測斜管[3-4]。本文以金寨縣金江大道K0+080～K0+220段七級高切坡為例，通過全站儀及測斜管邊坡位移監測手段，對該邊坡穩定性做出定性判斷，該研究結果對該地區公路建設與改造工程有著重要的實踐意義。

1 工程概況

金寨縣金江大道改造工程起于現狀老路，終點至將軍大道延伸段，道路全長約3429.279m。本項目地貌單元為高丘～低山，地面標高一般在70～210.0m之間，原始地面坡角40～60°，局部較陡。K0+080～K0+220段邊坡最大開挖高度70m，根據邊坡與巖體結構面關系赤平投影圖分析，擬開挖邊坡面與K0+120處右側開挖邊坡極限赤平投影圖（見圖1）分析得出，邊坡面與YM、J1小角度反傾相交，與J2、J3小角度順傾相交。該處邊坡為欠穩定邊坡，破壞形式為巖體沿不利結構面及其組合線發生小規模的崩塌、掉塊、楔形體滑塌。

圖1 赤平投影圖

本挖方段地層主要由第四系全新統殘積土（Q4el）和白堊系上統新橋組（K2z）礫巖組成。其地質特性如下：

①層種植土（Q4el）：灰黃色、褐色，以可塑-硬塑狀態粉質黏土為主，混圓礫、卵石，表層含大量植物根系。層厚約0.50～0.80m。該層主要分布于場地山坡表層，屬于Ⅲ級硬土。

②強風化礫巖（K2z）：灰白色、棕紅色，層狀構造，風化裂隙很發育，巖體較破碎，巖芯呈碎塊狀，敲擊聲脆，錘擊不易碎，巖芯采取率一般大于50%，干鉆難鉆進。分布于整個邊坡山體，土石等級為Ⅳ級軟石。

②中-微風化礫巖（K2z）：灰白色、棕紅色，層狀構造，風化裂隙發育，巖體較完整，巖芯呈短圓柱狀，敲擊聲脆，錘擊不易碎，巖芯采取率大于85%，干鉆難鉆進。分布于整個邊坡山體，巖石飽和單軸抗壓強度值為20.2-23.1MPa，土石等級為Ⅴ級次堅石。

2 位移監測技術

2.1 監測目的

在邊坡一個或多個縱向斷面上布置監測孔，監測孔內安裝專用測斜管，通過深孔測斜儀測試測斜管在邊坡側向的水平位移，繪出孔深與水平位移的關系曲線，可以直接地反映出潛在滑動面的深度位置，并通過數據處理分析較準確地了解和掌握坡體松動變形的深度與坡體變形的趨勢，及時掌握坡體的變形穩定情況，以便出現險情時為邊坡處理提供科學依據[5]。

2.2 工作原理

深部位移觀測主要采用活動式鉆孔測斜儀（見圖2）對巖土體深層的變位情況進行長期觀測。該監測系統主要由棒式測斜儀探頭（探測器）、便攜式數據采集儀、數據傳輸電纜和內置導向槽測斜管(專用)四部分組成。

圖2 活動式鉆孔測斜儀結構示意圖

測斜儀的測頭以其輪沿著測斜導管的導槽沉降或提升。測頭的傳感器可以探測到導管在每一深度處的傾斜角度，輸出一個電壓信號，在測斜儀上顯示出來，測頭測出的信號是以測斜管導槽為方向基準的在某一深度處測頭上下導輪標準間距L的傾斜角的函數，該信號可換算成水平位移。利用測斜儀定期讀取測斜管的變形，整理得到位移—孔深曲線及位移—時間曲線圖，以此反映監測孔附近坡體內構造單元（層）的相對位移情況。

2.3 測斜管埋設質量控制

埋設測斜管時應符合下列要求：

（1）埋設前應檢查測斜管質量，測斜管連接時應保證上、下管段的導槽相互對準，順暢，各段接頭及管底應保證密封；

（2）測斜管埋設時應保持豎直，防止發生上浮、斷裂、扭轉；測斜管一對導槽的方向應與所需測量的位移方向保持一致；

（3）當采用鉆孔法埋設時，測斜管與鉆孔之間的空隙應填充密實。

2.4 觀測

測斜管安裝完成后，15d后進行第一次量測，并取前3次數據的平均值作為基準值。將電纜測頭從箱中取出，把電纜測頭和測桿槽口對齊連接，然后擰緊緊固螺絲，再把電纜和讀數計連接；將測頭導輪卡置在測斜管的導槽內，將測頭放入測斜管中，拉拽電纜，使測頭滑至管另一端（管底）并停放10min，管內溫度穩定以便觀測不受溫度影響；將測頭拉至最近深度標志為測讀起點，每0.5m測一個數，利用電纜標志測讀，使測頭升至測斜管頂端為止。每次測讀時都應將電纜標志對準，以防讀數不準確；將測頭旋轉180°，重新放入測斜管中，重復上述步驟在相同的標志測讀。所有量測數據于24h以內進行校對、整理、計算，并簡單繪出時間與位移的觀測曲線。遇有異常讀數時，及時分析原因，并采取補救措施，確保測讀值準確無誤。

3 數據分析

圖3和圖4分別為該項目現場實景和項目地質剖面圖，圖5所示為金寨縣金江大道K0+080～K0+220路段中K0+120處深部位移監測數據。從監測數據來看，隨著開挖卸荷的進行，邊坡頂部及深部均出現不同程度的位移，開挖結束后，邊坡頂部出現2mm累計位移量；11m埋深處，邊坡位移累計量在開挖結束后為9mm；整體來看，該邊坡在深度為11m左右可能存在潛在滑動面，需對該處位置邊坡進行加固處理，防止發生垮塌破壞。

圖3 現場概況

圖4 地質剖面圖

圖5 數據處理圖

通過以上監測過程可以看出，工程中對邊坡深部位移的監測實際上是通過測量測斜管的傾斜角度，進而換算得到邊坡在水平方向上的位移，邊坡水平方向位移的值通常情況下能夠反映邊坡的穩定狀態。當連續監測的水平位移在某一特定的區間內收斂時，可認為邊坡在開挖卸荷之后，達到了穩定狀態；如果邊坡深部水平位移持續增大，且具有逐步增加的趨勢，則表明該邊坡在開挖卸荷過程中，水平位移不收斂，具有發生滑坡、崩塌的風險，應及時對邊坡進行支護處理。常規的支護措施有錨拉支護、框架格構梁或植物防護，防護過程中一方面要加強邊坡監測范圍，對可能產生滑坡風險的邊坡進行密切監測，邊坡深部位移監測的頻率也應相應提高，并且對該區域內的邊坡進行穩定性驗算。邊坡穩定性驗算的方法可采用瑞典條分法和數值模擬的方法，觀察邊坡滑面的滑動趨勢，進而對邊坡進行相應的支護，防止邊坡失穩破壞。

4 結束語

深部位移監測發現，金寨縣金江大道K0+080～K0+220路段邊坡開挖過程中，邊坡深部隨著開挖卸荷產生了較大水平位移，這樣的監測結果為后續邊坡的支護方案提供了重要參考。從該工程實踐中可以看出，深部位移監測技術能夠直觀反映高邊坡開挖卸荷過程中，水平位移發展的趨勢及大小，能夠間接判斷邊坡潛在滑坡，降低高邊坡發生垮塌破壞的風險。隨著邊坡技術及監測方案的完善和進步，邊坡監測技術也在不斷呈現出新的技術與手段，雷達技術在邊坡監測技術中的應用也十分廣泛，雷達技術通過地質波反射獲取邊坡深部位移，需要經過一定的處理才能得到邊坡內部情況，反映數據具有一定的滯后性[6-7]。三維激光掃描技術能夠從三維立體上判斷邊坡內部情況，但所需設備昂貴，且掃描過程和后期處理時間較長，很難做到對邊坡位移的連續監測，且對于大型邊坡而言很難長時間地通過三維激光掃描監測其內部情況，也具有一定的局限性[8-9]。綜合來看，測斜管深部位移監測技術造價低，技術成熟，反映邊坡深部位移情況較為及時，是一種廣泛使用的深部位移監測技術，在工程實踐中具有重要的指導意義。