公路高邊坡穩定性監測與評價分析

郭立華

摘要：為確定高邊坡路塹邊坡防護結構設計方案的合理性，文章采用現場監測法對邊坡穩定性進行監測與評價。分析監測結果得出，高邊坡施工前期位移變化速度快、位移量大，后期逐步趨于穩定；土壓力在防護后迅速下降并達到穩定狀態，雖然受到了降雨條件的影響，但邊坡坡體總體處于穩定狀態，說明防護結構設計合理，但在雨季仍需加強監測。

關鍵詞：高邊坡；穩定性監測；地表位移；淺部多點位移；土壓力

中圖分類號：U416.1+4 A 21 064 3

0 引言

在地質復雜的高陡邊坡路塹工程施工過程中，為了保證邊坡的穩定性，可對邊坡變形情況進行監測，評價確定其穩定性。路塹的開挖破壞了土體原有的天然平衡，在各類因素綜合作用下［1］，巖軟弱結構面很容易產生剪切變形或滑動。隨著變形和位移的發展，坡體頂部受拉產生一條張拉裂縫［2］，坡腳受壓會產生一系列擠壓裂縫。如果沒有及時控制，很容易產生滑動變形引發滑坡事故。本文結合相關工程案例，在邊坡上部布置測點開展變形監測，通過分析作為判定路基邊坡穩定性的主要依據。

1 工程概況

某高速公路K209段為高邊坡路段，長度為194 m，最大高度為61 m，最低高度為54 m。該施工區域為低山丘陵地區，地形起伏大，邊坡上覆低液限粉土，厚度為1.5～2.0 m，下部為青灰色千枚板巖，巖體為強風化巖石，較破碎。巖體內部裂隙節理發育，裂隙有水平、垂直和傾斜35°左右幾類。且坡體內部潛在滑動面傾角達40°～55°，坡體容易形成淺層滑坡。該高路塹邊坡按八級設計，自一級邊坡向上每級高8 m，一、二級邊坡采用預應力錨索框架梁防護，設計坡度為1∶0.25；三、四級邊坡采用人型骨架護坡，設計坡度為1∶0.5；五、六級邊坡采用錨桿鋼筋網防護，設計坡度為1∶1；七八級邊坡擬采用植草防護，設計坡度為1∶1.25。為了確定邊坡施工和運營使用后坡體內部的變形和應力情況，在施工過程中開展監測，及時采取措施進行加固，防止邊坡產生滑動變形。

2 高邊坡穩定性監測方案

2.1 監測內容

對高邊坡坡體開展監測可以分析邊坡的變形發展趨勢，預測坡體的變形，進而評價邊坡的穩定性和防護結構的有效性。通過在高邊坡布置測點開展現場監測，收集分析數據邊坡的變形特征與規律，進一步確定坡體變形邊界、變形方向，確定有可能產生的破壞形式，為有針對性地制定科學合理的邊坡防護方案、有效控制坡體變形提供有力依據。根據公路高邊坡坡體變形發展規律和特點，確定監測內容主要包括坡體變形及開裂、垂直方向滑動、水平方向滑動、防護結構受力與位移，以及受降雨、地震、氣溫和地下水影響產生的受力和位移情況等。

公路高邊坡坡體受力和變形監測方法主要有地質觀測法、簡易測量法、儀器儀表測量法、遙測法4種，其中地質觀測法是通過日常巡查與檢查的方式觀測邊坡坡體開裂、沉降、坍塌等變形和破壞特征；簡易測量法主要是對邊坡坡體大變形進行監測，通過布置簡易測樁、標尺等，使用卷尺、游標卡尺對裂縫寬度進行監測；儀器儀表測量法是在邊坡坡體變形初期或變形較小時開展的監測方法，主要通過在施工現場布置相應的儀器儀表，對邊坡開裂、沉降、應力應變等進行監測；遙測法是借助全球定位系統（GPS）對邊坡坡體變形和位移進行監測，主要在坡體發生快速邊坡破壞時采用。通過現場位移監測，可以掌握邊坡坡體的變形規律，對邊坡的穩定性和支護結構的合理性開展評價。

2.2 監測方案

該項目高邊坡監測包括邊坡位移和應力兩個方面，邊坡位移監測主要包括坡體地表位移、淺部多點位移計，應力監測主要為土壓力監測。位移監測的目的是確定坡體內部土體的變形大小和方向［3］，而應力監測是為了確定坡體內部的受力情況。通過開展位移和應力監測，可以為分析邊坡內部應力分布情況和表觀變形情況提供數據參考，綜合評價確定邊坡的穩定性。

K209段高邊坡各級邊坡已經進行了相關防護，但由于邊坡高度較大，地質情況較差，還需要加強監測。通過建立坡體變形監測網，使用激光全站儀進行全方位立體監測［4］。另外，由于邊坡內部巖土體風化嚴重，裂隙、節理發育，部分路段存在潛在滑動面，滑動面傾角為45°～56°。為了防止坡體出現淺層滑坡，在坡體內部布置多點位移計對坡體內部位移進行監測。坡體內部的受力情況采用土壓力盒進行監測，埋設位置位于坡體底部和中部。地表位移測點布置在各級邊坡上部和邊坡平臺，淺表位移計主要布置在四級邊坡，埋設深度為5 m，土壓力計共設置12個。各測點埋設完成后按照設計監測頻率開展不間斷監測，并做好監測數據分析，對異常部位及時采取措施加固設計。

3 高邊坡穩定性監測結果分析

3.1 地表位移監測結果分析

本研究選取3個有代表性的測點監測數據進行分析，整理監測數據繪制時間-位移曲線如圖2所示。

分析圖2所示曲線變化趨勢，3個測點地表位移變化均先增大后減小，最后逐步趨于平穩。21#監測點位于二級邊坡平臺位置，在完工后地表位移增速明顯，在監測4 d后地表位移有所下降，而后有增大的趨勢，分析原因是降雨引起的。在監測3個月以后，坡體位移基本趨于穩定，穩定在17 mm左右。

34#監測點位于三級邊坡平臺，監測前期地表位移變化趨勢與21#監測點基本相同，在監測3 d后地表位移開始下降，在第5 d時達到最低，而后位移有小幅提高，分析原因也是降雨造成的。同樣，3個月后的地表位移穩定在19 mm左右。

53#監測點位于六級平臺，由于坡體后緣棄土體臨空，監測初期地表位移增速明顯，達到了40 mm左右，而后出現小幅波動后逐步穩定，監測3個月后穩定在26 mm左右。

3個測點的位移變化主要受降雨影響較大，應在施工期間做好臨時排水，并盡量與永久排水工程相結合。地表位移最終都達到了穩定狀態，且位移值較小，說明坡體處于穩定狀態。

3.2 淺部多點位移監測結果分析

選取有可能出現滑移的路段布設多點位移計，對邊坡內部的位移變化情況進行監測，確定坡體的滑動趨勢以及邊坡的穩定性。結合K209段路基高邊坡地質情況，在最有可能出現滑動的四級邊坡上部布置4個水平多點位移計，每個測點的鉆孔深度為5 m。在施工過程中收集4個多點位移計的監測數據，如表1所示。

分析表1可知，各測點不同深度位移值變化量均＜1 mm，最后兩次監測結果差值為0.01～0.26 mm，說明坡體內部位移變化較小，邊坡處于穩定狀態。

3.3 土壓力監測結果分析

土壓力監測可以簡單直觀地反映邊坡的穩定性，通過分析土壓力盒監測的土壓力變化情況，可以得出坡體的變形趨勢［4］。文章選取5個土壓力盒的監測數據進行分析，繪制土壓力-時間曲線如圖3所示。

分析圖3可知，坡體在開挖前期，土壓力增速較快，進行防護后，土壓力明顯下降，說明防護結構有效控制了邊坡土體變形。在監測16個月后有小幅波動，這是由于雨季降雨量較大，邊坡坡體發生蠕動造成的；24個月后逐步趨于穩定，說明坡體蠕動基本停止，該處邊坡坡體穩定。因此，在防護工程施工完成后，坡體變形得到了有效控制，說明邊坡防護設計滿足要求，而降雨會使邊坡土體產生蠕動變形，應完善排水設施，并在雨季做好邊坡變形監測。

4 結語

為了分析高邊坡的穩定性，對邊坡位移和內部土壓力進行監測，分析監測結果得出以下結論：

（1）高邊坡地表位移監測前期變化速度較快、變形量較大，支護后變形逐步趨于穩定，雨季產生了小幅度波動，但邊坡總體穩定。

（2）高邊坡內部位移監測各測點位移值變化量均＜1 mm，邊坡處于穩定狀態。

（3）高邊坡土壓力前期增速快，防護后明顯下降，雨季有所波動，但邊坡總體處于穩定狀態。

綜上所述，根據高邊坡位移和土壓力監測結果，可知路基防護結構可以保證路基的穩定性，但需完善排水設施，并在雨季加強監測。

參考文獻

［1］熊 一.茶山公路和楊西大道立交工程高邊坡穩定性監測［J］.土工基礎，2021，35（3）：417-420.

［2］王小敏.邊坡穩定性監測在山區高速公路施工中的應用［J］.交通建設與管理，2020，57（6）：142-143.

［3］張凱強，劉 學.華南地區某公路邊坡穩定性與監測預警研究［J］.甘肅水利水電技術，2020，56（7）：30-32，41.

［4］劉海亭，張小輝，朱有祿，等.高邊坡穩定性評價、加固措施和監測分析［J］.巖土工程技術，2020，34（2）：76-80.

收稿日期：2023-06-18