北三環(huán)高速高邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

收稿日期：2023-12-06

作者簡(jiǎn)介：游文法（1977—），男，本科，工程師，研究方向：路橋監(jiān)測(cè)檢測(cè)。

摘要 為解決高速公路高邊坡監(jiān)測(cè)工作中存在的問(wèn)題，文章結(jié)合北三環(huán)高速高邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)當(dāng)前常用的高邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)做出分析。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)2019年7月—2020年1月、2021年7月—2022年7月兩次監(jiān)測(cè)工作實(shí)際情況，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案以及高邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)、測(cè)斜數(shù)據(jù)做出分析，并提出針對(duì)性建議措施，提高邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用水平，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞 高速公路；高邊坡；監(jiān)測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào) U418.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）01-0101-03

0 引言

高速公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)期間，高邊坡在受到自然重力以及人為開(kāi)挖、降雨等諸多因素的共同影響下，其穩(wěn)定性、安全性受到一定的影響。做好高邊坡監(jiān)測(cè)工作，既可以確保高速公路的安全運(yùn)行，同時(shí)對(duì)后期加固工作有極大的幫助[1]。為此，當(dāng)前應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，合理應(yīng)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為邊坡災(zāi)害的治理提供借鑒。

1 高邊坡常見(jiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展，當(dāng)前用于高邊坡監(jiān)測(cè)工作的技術(shù)多種多樣。其一，“3S”技術(shù)廣泛應(yīng)用于高邊坡監(jiān)測(cè)工作。該技術(shù)主要包括GPS技術(shù)、RS技術(shù)以及GIS技術(shù)，可以為高邊坡變形監(jiān)測(cè)提供重大幫助。相比于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)而言，該技術(shù)的自動(dòng)化水平較高，且監(jiān)測(cè)精度、效率方面有很大的提升。其二，時(shí)域反射技術(shù)（TDR技術(shù)）。該監(jiān)測(cè)技術(shù)示意圖如圖1所示，該技術(shù)應(yīng)用期間，可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移信號(hào)，進(jìn)而可以實(shí)時(shí)掌握邊坡內(nèi)部的位移量。其三，地面激光掃描技術(shù)（TLS技術(shù)）。該技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，且自動(dòng)化水平高，廣泛應(yīng)用于邊坡表面變形監(jiān)測(cè)等工作中。其四，合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)。該技術(shù)主要借助干涉測(cè)量方法，進(jìn)行地表位移監(jiān)測(cè)。其五，數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)。通過(guò)應(yīng)用相機(jī)等測(cè)量設(shè)備，并與初始數(shù)據(jù)做出對(duì)比，可以實(shí)現(xiàn)邊坡變形測(cè)量與監(jiān)測(cè)。其六，測(cè)斜儀+側(cè)斜管技術(shù)[2]。在該工程中就應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用可以在時(shí)間、空間方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度土體變形情況的監(jiān)測(cè)。

2 工程概況

2.1 高邊坡情況

該項(xiàng)目位于廣東省廣州市東北部，起點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)為K13+145.149，終點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)為K57+538.172，路線全長(zhǎng)44.435 km，于2018年1月29日建成運(yùn)營(yíng)通車。項(xiàng)目沿線地貌主要為山間低洼沖積平原，工程地質(zhì)分區(qū)屬平原Ⅱ區(qū)和丘陵Ⅰ區(qū)，邊坡主要類型為土質(zhì)邊坡。

2.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備與監(jiān)測(cè)方法

該次監(jiān)測(cè)工作使用的測(cè)斜儀為美國(guó)新科與北京航天CX06B，在開(kāi)展深層水平位移監(jiān)測(cè)工作期間，采用“測(cè)斜儀+測(cè)斜管”的方法，能夠在時(shí)間、空間上反映出不同深度土體發(fā)生的變形情況，從而判斷邊坡深層滑動(dòng)面的所在位置和變形發(fā)展情況，進(jìn)而判斷邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)，配合人工巡查的方法，通過(guò)對(duì)邊坡的巖土、防護(hù)、排水、結(jié)構(gòu)等的檢查，發(fā)現(xiàn)病害、破損，對(duì)邊坡進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡安全隱患或風(fēng)險(xiǎn)。一方面，深層水平位移監(jiān)測(cè)在邊坡監(jiān)測(cè)中起著核心作用。為了有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要在邊坡的特定位置建立測(cè)斜孔，并定期測(cè)量變形的位移數(shù)據(jù)。這種監(jiān)測(cè)方法能直觀、高效地展示深層土體的變形和位移，有助于深入了解邊坡在施工過(guò)程中的狀態(tài)以及竣工后的穩(wěn)定情況。同時(shí)，使用測(cè)斜儀來(lái)觀測(cè)位移，并根據(jù)傾斜測(cè)量結(jié)果來(lái)計(jì)算土體在深度上的水平位移分布。在測(cè)量過(guò)程中，需要將測(cè)斜儀探頭插入測(cè)斜管，按照預(yù)定的測(cè)點(diǎn)間距進(jìn)行上下滑動(dòng)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件從測(cè)讀儀中獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行偏移量的計(jì)算和圖表的繪制。最終，可以得出位移的總累計(jì)值，并計(jì)算每次測(cè)得的邊坡位移的數(shù)值及圖表[3]。另一方面，對(duì)邊坡的技術(shù)狀況進(jìn)行調(diào)查，也是邊坡監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵步驟，通常從路塹邊坡的底部開(kāi)始，進(jìn)行逐級(jí)拉網(wǎng)式巡查，以全面了解邊坡的各部位。對(duì)于路塹邊坡各部位的變形和缺損，都應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量和描述，并使用數(shù)碼相機(jī)拍攝下來(lái)。對(duì)于出現(xiàn)的邊坡各個(gè)部位的病害，包括截水溝等部位發(fā)生的病害，除了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)和文字記錄以及必要的測(cè)量外，還應(yīng)使用數(shù)碼相機(jī)拍攝下實(shí)際的照片。每一個(gè)邊坡都對(duì)應(yīng)建立一個(gè)病害圖庫(kù)，通過(guò)比較圖像的變化可以對(duì)邊坡的形變等情況做出直觀的判斷[4]。

2.3 2019年7月—2020年1月監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

在交工至竣工期監(jiān)測(cè)期間，2019年5月—7月雨季期間，該邊坡K42+570～590段出現(xiàn)局部滑移現(xiàn)象，其間K42+295～380段四級(jí)、五級(jí)、六級(jí)深層位移出現(xiàn)持續(xù)變形趨勢(shì)。其他監(jiān)測(cè)期間邊坡變形量較小，變形速率發(fā)展較平穩(wěn)。鑒于此，該次分析的重點(diǎn)為K42+570～590段監(jiān)測(cè)要點(diǎn)。

2.3.1 地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)方案

該邊坡的最大高度為45.8 m，坡長(zhǎng)440 m。場(chǎng)地屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌區(qū)，地形陡峭，“V”形谷發(fā)育，坡頂與坡底地面高程約98～132 m，相對(duì)高差約34 m，邊坡范圍有改線道路通過(guò)，與邊坡影響較大。場(chǎng)地斜坡較陡，表層覆蓋第四系殘積層粉質(zhì)黏土及砂質(zhì)黏性土、陳質(zhì)黏性土，其下巖層為燕山期花崗巖。挖方以殘積層黏性土為主，中下部多為全－強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。邊坡變更設(shè)計(jì)方案為臺(tái)階式設(shè)計(jì)開(kāi)挖，分級(jí)高度為10 m，K42+260～440段第二級(jí)平臺(tái)寬度30 m，第三、四級(jí)平臺(tái)寬度10 m，第五級(jí)平臺(tái)寬度5 m；K42+460～620段第二級(jí)平臺(tái)寬度20 m，K42+440～460之間采用過(guò)渡段過(guò)渡；其余平臺(tái)寬2 m。第一級(jí)邊坡K42+260～340段邊坡坡率1∶1，K42+350～620段邊坡坡率1∶1.25，K42+340～350之間采用過(guò)渡段過(guò)渡；第二級(jí)邊坡K42+270～340段邊坡坡率1∶1，K42+360～620段邊坡坡率1∶1.5，K42+340～360之間采用過(guò)渡段過(guò)渡；第三級(jí)邊坡K42+440～500段邊坡坡率1∶1.25，K42+270～440、K42+510～620段邊坡坡率1∶1.75，K42+500～510之間采用過(guò)渡段過(guò)渡；第四、五、六級(jí)邊坡坡率1∶1.75；K42+250～580段第一級(jí)邊坡，K42+268～512段第二級(jí)邊坡，K42+288～512段第三級(jí)邊坡、K42+303～430段第四級(jí)邊坡、K42+309～396段第五級(jí)邊坡采用錨索框架梁加固，其余地段采用路塹人字形骨架護(hù)坡。K42+297～425段在第一、三、四級(jí)平臺(tái)各采用兩排豎向鋼花管注漿，第二級(jí)平臺(tái)各采用三排豎向鋼花管注漿；K42+445～510段在第二、三級(jí)平臺(tái)各采用一排豎向鋼花管注漿；K42+297～425段在第一、四級(jí)平臺(tái)豎向鋼花管注漿加固深度不小于15 m，第二、三級(jí)平臺(tái)豎向鋼花管注漿加固深度不小于25 m，其余地段豎向鋼花管注漿加固深度不小于10 m。豎向鋼花管縱、橫向間距均為1 m，豎向鋼花管有2排以上時(shí)，管頂采用框架梁連接，如圖2所示，為K42+250～K42+690左側(cè)五級(jí)高邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖。

2.3.2 測(cè)斜數(shù)據(jù)分析

從邊坡的監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，監(jiān)測(cè)范圍的大部分坡體處于穩(wěn)定、基本穩(wěn)定狀態(tài)。部分邊坡總變形量、變形速率較上期有所增加，但在正常變形范圍之內(nèi)。部分邊坡坡面局部沖刷病害明顯，其中，K42+250～690左側(cè)邊坡深部6—8月中旬變形波動(dòng)較大，并在K42+570～610段出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，經(jīng)采取有效處理措施后，深部位移速率目前有所減緩，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性需要進(jìn)一步觀察。K42+470斷面附近三級(jí)坡面局部坍塌如圖3所示。

2.4 2021年7月—2022年7月監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，部分邊坡總變形量、變形速率較上期有所增加，但在正常變形范圍之內(nèi)。為進(jìn)一步了解K42+250～690左側(cè)邊坡滑移情況，對(duì)K42+250～K42+690左側(cè)五級(jí)高邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做出統(tǒng)計(jì)，具體變化速率如表1所示。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，目前邊坡總體變形尚未收斂，為基本穩(wěn)定狀態(tài)，巡查發(fā)現(xiàn)目前邊坡坡面受雨水沖刷較嚴(yán)重，遇強(qiáng)降雨時(shí)坡面仍有可能發(fā)生局部溜塌的病害。建議及時(shí)完善邊坡排水系統(tǒng)，防止暴雨期間泥水污染坡下路面及引發(fā)交通事故。同時(shí)，對(duì)該邊坡進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，以確保邊坡的安全，并進(jìn)行地下水位觀測(cè)，以判斷地下水位對(duì)邊坡變形趨勢(shì)的影響程度。

2.5 監(jiān)測(cè)建議

（1）K42+250～K42+690左側(cè)邊坡：2020年2月—

2021年6月，K42+330四級(jí)變形23.29 mm，K42+380二級(jí)變形23.34 mm。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該邊坡目前依然處于塑性蠕變狀態(tài)。2021年7月—2022年7月，邊坡的變形量?2.88～22.27 mm之間，整體上邊坡的深層位移變化速率處于逐步減緩的趨勢(shì)，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。但鑒于該邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，在施工期間曾出現(xiàn)多次大變形和滑塌，并在后續(xù)監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)象，在雨季期間，受暴雨的影響下，該邊坡出現(xiàn)了局部坍塌的現(xiàn)象，故建議對(duì)邊坡進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，以確保邊坡的安全[5]。

（2）K39+435～K39+715軟基路段：在交工至竣工期監(jiān)測(cè)期，2018年2月—2020年2月，K39+550變形30.40 mm，K39+580變形31.74 mm；在2019年雨季期間，K39+510、K39+550、K39+580、K39+620等監(jiān)測(cè)斷面深層位移變形速率存在驟然變大的趨勢(shì)；2020年2月—2021年6月，K39+550變形6.82 mm，K39+580變形7.01 mm，2021年6月—2022年6月，最大變化量為5.3 mm。數(shù)據(jù)表明，該路段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，建議終止對(duì)路段邊坡繼續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，但須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理病害。

（3）K42+380～K42+560右側(cè)邊坡：監(jiān)測(cè)期內(nèi)邊坡總變形量較小，2018年2月—2021年6月，最大變形量為17.37 mm，2021年6月—2022年6月最大變形量為3.92 mm，變形速率發(fā)展較平穩(wěn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，建議終止對(duì)該邊坡的監(jiān)測(cè)工作。

（4）K42+640～K42+790右側(cè)邊坡：在交工至竣工期監(jiān)測(cè)期，2018年2月—2020年2月，K42+710二級(jí)變形8.39 mm，2020年2月—2021年6月變形7.75 mm，2020年2月—2021年6月最大變形量為3.59 mm，變形速率已減緩，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，建議終止對(duì)該邊坡的監(jiān)測(cè)工作。

（5）K43+754～K43+850右側(cè)邊坡：2018年2月—2020年2月，K43+760二級(jí)變形6.5 mm，2020年2月—2021年6月變形6.43 mm，2021年6月—2022年6月最大變化量為2.98 mm，變形量較小，但其變形速率明顯減緩，建議終止對(duì)該邊坡的繼續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

該文結(jié)合北三環(huán)高速高邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)高邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)、方案以及監(jiān)測(cè)建議作出了分析。做好高邊坡監(jiān)測(cè)工作，能夠?yàn)楦咚俟钒踩\(yùn)營(yíng)以及邊坡加固提供幫助。為進(jìn)一步了解邊坡變形情況，除了要做好后續(xù)監(jiān)測(cè)工作之外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)的研究和應(yīng)用。

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