公路邊坡及坡頂電塔應(yīng)急搶險(xiǎn)工程監(jiān)測(cè)方案研究

孟繁賀,胡衛(wèi)軍,韋超俊

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

提前感知與防范,是防治公路地質(zhì)災(zāi)害的最有效手段。邊坡的失穩(wěn)破壞,往往需要經(jīng)歷蠕變、勻速運(yùn)動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)至破壞的發(fā)展過(guò)程[1-3],在這個(gè)過(guò)程中,位移變形是其最明顯的特征,只要獲取公路邊坡的位移變形信息,就可以采取有效措施避免邊坡失穩(wěn)的發(fā)生。監(jiān)測(cè)是提前感知與防范的有效手段之一,也是評(píng)價(jià)邊坡施工及服役階段安全性、穩(wěn)定性的重要途徑,其可為相關(guān)工程的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、治理方案的確定、實(shí)施及治理效果的評(píng)價(jià)提供可靠的資料和科學(xué)依據(jù)[4-5]。而對(duì)于邊坡治理,滑動(dòng)面深度只能通過(guò)深部位移測(cè)出,只有已知滑動(dòng)面深度后,方能準(zhǔn)確地計(jì)算滑坡推力,針對(duì)性地采取卸載、抗滑樁等措施,因此合理的監(jiān)測(cè)方案對(duì)于邊坡災(zāi)害處治具有重要意義[6-7]。

1 工程概況

1.1 工程背景

某高速公路主線推薦線長(zhǎng)56.578 km,支線推薦線長(zhǎng)5.758 km。項(xiàng)目主線采用六車(chē)道高速公路,設(shè)計(jì)速度為100 km/h,路基寬33.5 m;其中某路段邊坡場(chǎng)地屬丘陵地貌,地形起伏較大,自然斜坡坡度約為15°～40°。根據(jù)工點(diǎn)勘察及地質(zhì)調(diào)繪揭示,邊坡表層覆蓋第四系坡殘積粉質(zhì)黏土,粉質(zhì)黏土為硬塑狀,厚度約為1.0～4.6 m;下伏基巖主要由三疊系中統(tǒng)百逢組(T2b)地層組成,巖性為泥巖和泥質(zhì)粉砂巖,其中泥巖為全風(fēng)化狀態(tài),呈堅(jiān)硬土狀,厚度一般為1.0～3.5 m,局部達(dá)13.0 m;泥質(zhì)粉砂巖呈薄-中厚層構(gòu)造,強(qiáng)-中風(fēng)化為主,其中強(qiáng)風(fēng)化層巖質(zhì)較軟,巖體破碎,厚度約為5.2～26.0 m,其下中風(fēng)化層巖體相對(duì)較完整,埋藏深。邊坡巖層產(chǎn)狀為332°/SW∠51°。

1.2 災(zāi)害情況

該路段由原先隧道改為明挖放坡擴(kuò)建方案,在施工過(guò)程中,監(jiān)測(cè)工作同步開(kāi)展,深部位移測(cè)斜孔CX2-1在18 m深度出現(xiàn)明顯拐點(diǎn),半月后的連續(xù)兩天,坡頂電塔基座靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)差異沉降分別為1.91 mm和0.29 mm,電塔呈現(xiàn)向路基主線方向的傾斜,并發(fā)出第一次橙色警戒預(yù)警,邊坡預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)調(diào)整為橙色警戒級(jí)。20 d后,由地表與深部位移測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知邊坡進(jìn)入中加速變形狀態(tài),再次觸發(fā)橙色警戒。施工單位在接到橙色預(yù)警后,采取了在邊坡第三級(jí)平臺(tái)設(shè)置3排鋼管樁以及第六級(jí)平臺(tái)設(shè)置3排錨筋樁的補(bǔ)強(qiáng)加固措施,監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

兩個(gè)月后,邊坡主監(jiān)測(cè)斷面3個(gè)深部位移測(cè)斜孔2-CX1、2-CX2、2-CX3變形速率分別增大至12.84 mm/d、14.80 mm/d、19.60 mm/d,邊坡進(jìn)入高速變形階段,深部累積位移-時(shí)間曲線切線角達(dá)到83°,觸發(fā)紅色臨滑警報(bào)。而后邊坡變形持續(xù)發(fā)展,在小里程端一二級(jí)坡面發(fā)生局部垮塌。

險(xiǎn)情發(fā)生后,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)邊坡進(jìn)行坡腳反壓工作,反壓設(shè)計(jì)高度為37 m至第三級(jí)平臺(tái)。另在坡頂設(shè)置3排錨筋樁進(jìn)行加固,并配合混凝土錨碇+鋼絲繩張緊以限制樁頂及電塔變形。邊坡局部塌方第一階段搶險(xiǎn)工作結(jié)束后,各地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移速率和深層水平位移測(cè)點(diǎn)速率發(fā)展趨勢(shì)總體呈現(xiàn)下降收斂趨勢(shì),坡體錨索軸力維持在工作允許范圍內(nèi)。

2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及成果分析

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

針對(duì)工程的實(shí)際情況,制定監(jiān)測(cè)任務(wù)如下:

(1)對(duì)邊坡進(jìn)行地表位移與深部位移監(jiān)測(cè),獲取邊坡地表與深部的變形速度、變形范圍與滑動(dòng)面深度。

(2)對(duì)邊坡進(jìn)行錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè),掌握錨索的長(zhǎng)期工作性能狀態(tài)和預(yù)應(yīng)力損失情況。

(3)對(duì)邊坡區(qū)域進(jìn)行降雨量、溫度濕度、風(fēng)向等氣象環(huán)境因素監(jiān)測(cè),在降雨集中時(shí)間段加強(qiáng)監(jiān)測(cè),當(dāng)邊坡出現(xiàn)位移時(shí),分析坡體位移與降雨量的影響關(guān)系。

(4)對(duì)坡頂高壓電塔基礎(chǔ)沉降和水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)塔身傾斜量和總傾斜率進(jìn)行監(jiān)測(cè),掌握電塔基礎(chǔ)的不均勻沉降量、水平位移以及塔基塔身傾斜情況,保障電塔的安全穩(wěn)定。

針對(duì)工程的進(jìn)度情況與監(jiān)測(cè)目的,監(jiān)測(cè)工作分為兩階段,第一監(jiān)測(cè)階段采用全自動(dòng)化方式進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法如表1所示。

表1 第一階段監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法一覽表

第二監(jiān)測(cè)階段在第一監(jiān)測(cè)階段基礎(chǔ)上新增內(nèi)容為:

(1)增設(shè)邊坡第四級(jí)平臺(tái)主斷面深部位移測(cè)點(diǎn)。

(2)加密坡面地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(3)在坡頂塔腳錨筋樁埋設(shè)鋼筋計(jì)進(jìn)行錨筋樁受力監(jiān)測(cè)。

(4)坡頂增設(shè)氣象站對(duì)邊坡現(xiàn)場(chǎng)降雨、溫度濕度、風(fēng)力風(fēng)向等環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

新增地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用全站儀人工監(jiān)測(cè)方式,新增深部位移測(cè)點(diǎn)、錨筋樁受力及氣象站為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方式。監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法如表2所示。

表2 第二階段監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法一覽表

2.2 成果分析

將各測(cè)斜孔峰值面累積位移-時(shí)間曲線與位移速率-時(shí)間曲線進(jìn)行整合,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況與滑坡變形狀態(tài),繪制出邊坡深部位移變形階段分析圖(如下頁(yè)圖2所示)。

(a)峰值累積位移-時(shí)間曲線

2.2.1 邊坡塌方前施工期

該階段為邊坡塌方搶險(xiǎn)前10 d內(nèi),各孔累積位移和速率曲線總體上隨時(shí)間呈一定斜率發(fā)展。2021-06-14,各孔變形速率增大至12.84～19.60 mm/d,邊坡處于高速變形狀態(tài),發(fā)出第一次紅色臨滑警報(bào)。該階段峰值深度的平均位移速率為5.08～6.20 mm/d,階段累積位移量為45.72～55.81 mm,變形發(fā)展至2021-06-18達(dá)到最大速率19.90～30.26 mm/d,該日峰值位移量占階段累積位移量的37%～54%,邊坡深部位移處于臨滑加速階段。在該加速階段通過(guò)對(duì)比3個(gè)測(cè)斜孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合各孔所處位置可知,邊坡深部位移速率與累積位移量呈現(xiàn)出從靠坡底向坡頂遞減的趨勢(shì),初步符合牽引式滑坡“前大后小”的變形特征。

2.2.2 邊坡塌方影響期

該階段為2021-06-19邊坡小里程端一二級(jí)坡面出現(xiàn)局部垮塌當(dāng)日至搶險(xiǎn)施工開(kāi)始前。該3 d內(nèi)峰值深度的平均位移速率為18.27～60.13 mm/d,階段累積位移量為164.46～541.20 mm。由位移速率曲線和統(tǒng)計(jì)表可知,2021-06-19邊坡垮塌當(dāng)天達(dá)到最大位移速率,為102.24～440.03 mm/d,該日位移量占本階段累積位移量的62.2%～81.3%。圖2中各孔累積位移曲線斜率陡增,數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)切線角>80°,邊坡處于滑動(dòng)破壞階段。該階段各測(cè)斜孔的位移速率與階段累積位移將上一時(shí)段的“前大后小”規(guī)律進(jìn)一步放大,從2-CX3至坡頂2-CX1的位移速率、階段累積位移比值約為3.3∶1.6∶1,從2-CX3、2-CX2至2-CX1呈現(xiàn)明顯階梯形,更有力地印證了本滑坡屬于牽引式滑坡。

2.2.3 邊坡?lián)岆U(xiǎn)施工期

該階段各測(cè)斜孔峰值深度的平均位移速率為4.84～15.00 mm/d,為上一階段滑動(dòng)破壞期間的0.25～0.28倍;最大速率為21.06～30.03 mm/d,降至滑動(dòng)破壞期的0.07～0.21倍;10 d內(nèi)階段累積位移量為48.41～149.98 mm,降至上一時(shí)段3 d滑動(dòng)破壞期累積位移量的0.28～0.31倍。以上數(shù)據(jù)表明,該時(shí)段邊坡深部位移速率及位移量均較上一時(shí)段顯著降低,2021-06-21開(kāi)始搶險(xiǎn)施工后累積位移-時(shí)間曲線由上一時(shí)段的近似垂直發(fā)展迅速轉(zhuǎn)緩至小角度發(fā)展,位移速率-時(shí)間曲線由上一階段峰值點(diǎn)驟降至邊坡塌方前水平并隨時(shí)間持續(xù)減小。表明坡底反壓+坡頂電塔下錨筋樁施工的搶險(xiǎn)施工措施對(duì)邊坡深部位移產(chǎn)生顯著治理效果,錨筋樁結(jié)構(gòu)隨完成度逐步遏止了滑動(dòng)破壞趨勢(shì),反壓體隨反壓高度增大對(duì)滑坡體在剪出口的擠出破壞起到良好的抵御效果。

2.2.4 處治效果觀察期

2021-07-02坡底回填反壓至37 m高度第三級(jí)平臺(tái)位置,2021-08-13坡頂高壓電塔成功拆遷完成,高風(fēng)險(xiǎn)隱患消除,此次邊坡應(yīng)急搶險(xiǎn)工程圓滿(mǎn)結(jié)束。該階段內(nèi)各孔峰值深度的平均位移速率為0.49～2.86 mm/d,為上一階段施工期的0.10～0.33倍;最大速率為6.33～11.65 mm/d,為上一階段的0.29～0.55倍。邊坡處治施工完成后深部位移速率進(jìn)一步減小,維持低速變形狀態(tài),在約40 d的時(shí)段內(nèi)累積位移為20.11～117.07 mm。該階段累積位移曲線、位移速率曲線整體保持近似水平發(fā)展,7月底由于降雨影響邊坡深部位移出現(xiàn)輕微反應(yīng),曲線略微抬升。結(jié)合降雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),在7月底出現(xiàn)較大降雨之前,現(xiàn)場(chǎng)已超半個(gè)月降雨總量未達(dá)到5 mm,邊坡滑塌后坡面殘留大量松散堆積體,大量降水入滲使不穩(wěn)定土層發(fā)生較小位移。且坡底反壓+坡頂電塔下錨筋樁為應(yīng)急搶險(xiǎn)處治措施,并非永久治理設(shè)計(jì),本階段邊坡深部位移雖降至低速變形狀態(tài),但未完全收斂歸零,邊坡尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)于電塔基礎(chǔ)靜力水準(zhǔn)沉降監(jiān)測(cè),在坡頂高壓電塔四個(gè)塔腳分別布置靜力水準(zhǔn)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),共包含1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)、4個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),測(cè)得電塔基礎(chǔ)累積沉降量-時(shí)間曲線如圖3所示。

圖3 電塔基礎(chǔ)累積沉降量-時(shí)間曲線圖

由圖3監(jiān)測(cè)成果可知,在邊坡垮塌前電塔基礎(chǔ)各測(cè)點(diǎn)平均沉降速率較低,均<1 mm/d。在邊坡垮塌期間,電塔基礎(chǔ)出現(xiàn)明顯下沉,各測(cè)點(diǎn)平均沉降速率為-3.59～-12.88 mm/d,為邊坡垮塌前的9.74～19.94倍,表明電塔基礎(chǔ)沉降受邊坡位移影響明顯。自搶險(xiǎn)施工后,電塔基礎(chǔ)沉降大幅減弱,各測(cè)點(diǎn)沉降速率<-0.30 mm/d,沉降曲線減緩至近似水平發(fā)展,表明邊坡應(yīng)急搶險(xiǎn)施工有效阻止了電塔的快速沉降,為之后電塔拆遷工作贏得了寶貴的安全準(zhǔn)備時(shí)間。4個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)中JL-03(D腿)的沉降量最小,JL-02(B腿)沉降量最大,即4個(gè)測(cè)點(diǎn)之間JL-02(B腿)與JL-03(D腿)的沉降差最大,結(jié)合測(cè)點(diǎn)分布位置,表明電塔主要朝路基方向傾斜。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)在邊坡垮塌前至應(yīng)急搶險(xiǎn)施工過(guò)程中,通過(guò)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析,邊坡地表、深部位移速率和累積位移量均呈明顯的“前大后小”的規(guī)律,符合牽引式變形特征,因此該滑坡屬牽引式滑坡。

(2)隨著搶險(xiǎn)施工的推進(jìn)完成,邊坡地表與深層位移速率均顯著降低至低速變形狀態(tài),錨筋樁支擋結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)揮出對(duì)邊坡地表和深部位移的控制調(diào)節(jié)作用,采用坡底反壓+坡頂錨筋樁的搶險(xiǎn)應(yīng)急方案有效可行。

(3)邊坡監(jiān)測(cè)至應(yīng)急搶險(xiǎn)期結(jié)束,邊坡地表與深層位移均處于低速變形狀態(tài),錨索應(yīng)力與錨筋樁受力平穩(wěn)波動(dòng),處于正常工作范圍,邊坡整體受力較穩(wěn)定。