畢威高速公路K103+780—K103+920高邊坡施工期監(jiān)測(cè)成果分析

梁 勇，張 庚，鐘佳訊，高美奔，蒲建華

(1．貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550002;2．成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

畢威高速公路K103+780—K103+920高邊坡施工期監(jiān)測(cè)成果分析

梁 勇1，張 庚2，鐘佳訊2，高美奔2，蒲建華2

(1．貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550002;2．成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

通過對(duì)畢威高速公路K103+780—K103+920段高邊坡施工期雨量、深部位移和坡面位移的監(jiān)測(cè)，及時(shí)地掌握了邊坡的變形情況及影響因素。持續(xù)降雨和邊坡開挖引起的地質(zhì)環(huán)境的改變是邊坡失穩(wěn)的主要因素。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，適時(shí)提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和安全施工要點(diǎn)，保證了公路的安全施工和運(yùn)營(yíng)。

高速公路 邊坡失穩(wěn) 變形 監(jiān)測(cè)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)高速公路建設(shè)步伐明顯加快。在多山、降雨量豐富的地區(qū)進(jìn)行高速公路建設(shè)，難免會(huì)遇到邊坡的開挖，尤其是高陡邊坡，而且多為強(qiáng)風(fēng)化巖體或第四系土層，受地表水及地下水影響較大，穩(wěn)定性較差［1］。如果處治不善，就會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失。所以通過監(jiān)控量測(cè)及時(shí)掌握邊坡在施工期的變化發(fā)展情況，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性及其影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)［2-3］，適時(shí)提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)和安全施工要點(diǎn)［4-8］，確保高速公路安全施工和正常運(yùn)營(yíng)意義重大。

1 工程概況

畢威高速公路K103+780—K103+920段右側(cè)高邊坡位于赫章縣城以北，按最高為三級(jí)開挖設(shè)計(jì)，坡體地表植被較發(fā)育，以灌木叢林為主，屬暖溫帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)。受2011年6月中旬以來的暴雨與公路開挖影響，邊坡局部坡面土體發(fā)生塌滑，上方坡體出現(xiàn)多處開裂、下錯(cuò)，最遠(yuǎn)距中樁約170 m左右，下錯(cuò)最大高度約7～10 m。多次踏勘表明，該路段邊坡所在山體為老滑坡，滑坡縱長(zhǎng)約150 m，橫寬約320 m，滑體厚度約30～40 m，總體積約2萬m3。目前滑坡變形邊界明顯，變形較強(qiáng)烈，公路以上部分具有整體滑動(dòng)的趨勢(shì)。復(fù)活體橫長(zhǎng)約228 m，縱長(zhǎng)約150 m，主滑方向120°，滑體厚度30～40 m，總體積約1.4萬m3。

根據(jù)目前開挖邊坡揭露，該滑坡滑體主要由松散碎石土以及表層黏土組成，表層以黏土為主，紅棕色，可塑～硬塑狀，干～稍濕;碎石土呈灰黃色，碎石含量在60%～80%，碎石主要以全～強(qiáng)風(fēng)化玄武巖組成，結(jié)構(gòu)破碎，多呈散體狀。

據(jù)物探結(jié)果，路基底部高程約8～10 m，可見一條明顯軟弱低阻帶分布，初步認(rèn)為坡體主要沿此軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移變形。坡體變形的主要原因是公路開挖使坡體臨空，加上遇強(qiáng)降雨等因素導(dǎo)致坡體失穩(wěn)。

2 高邊坡變形監(jiān)測(cè)方案

本監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)路塹高邊坡的監(jiān)測(cè)，以深部位移監(jiān)測(cè)為主，結(jié)合地表變形監(jiān)測(cè)，并及時(shí)進(jìn)行雨量監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)巡視，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工期間工程擾動(dòng)、環(huán)境等因素對(duì)高邊坡體穩(wěn)定狀態(tài)的影響、邊坡整體穩(wěn)定性及滑坡體變形發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，預(yù)警突變?yōu)暮?、指?dǎo)工程實(shí)施、施工進(jìn)度、調(diào)整工程部署等;將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋給相關(guān)部門，為該區(qū)段的動(dòng)態(tài)、優(yōu)化設(shè)計(jì)提供事實(shí)依據(jù)。為此，結(jié)合邊坡部位、邊坡的具體地質(zhì)條件及其重要性，經(jīng)過反復(fù)論證，本工程總共布置了1套雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、3個(gè)深部位移監(jiān)測(cè)孔及1套坡面位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其平面布置見圖1。

雨量、位移監(jiān)測(cè)自2011年8月1日開始，施工期間平均監(jiān)測(cè)8次/d;深部位移從2011年9月9日開始，施工期間監(jiān)測(cè)頻率為2～5次/d。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果初步分析

3.1 雨量監(jiān)測(cè)成果分析

圖2是邊坡后緣自2011年8月1日至10月25日的雨量監(jiān)測(cè)圖。從圖2可見，進(jìn)入8月份后，整體降雨量明顯減少，最大降雨量為8月4日的25 mm。8月下旬至9月中下旬的局部時(shí)段才出現(xiàn)少量降雨，9月20日降雨量為28 mm。10月份整體降雨量有所增加，最大降雨量為10月13日的22.2 mm。

圖1 主要的監(jiān)測(cè)設(shè)備布置

圖2 邊坡后緣雨量—時(shí)間分布

由于6，7月份為雨季，降雨量充沛，降雨對(duì)于該處的地表水、地下水補(bǔ)給量較大，且邊坡第四系覆蓋層厚，坡體地表植被較發(fā)育，具備蓄水條件，因此邊坡在8，9月期間土壤中含水依舊較豐富，如遇上較大降雨或工程施工擾動(dòng)，引起邊坡滑動(dòng)的條件依然存在。

3.2 邊坡深部位移監(jiān)測(cè)成果分析

深部位移監(jiān)測(cè)于2011年9月中上旬開始，至2011年10月中旬結(jié)束。圖3、圖4展示了ZK-1、ZK-3深部位移監(jiān)測(cè)孔施工階段的累計(jì)位移變化。

由圖3可見，ZK-1號(hào)測(cè)斜孔位移主要發(fā)生在孔口至14 m處，累積位移值較大，超過70 mm?？變?nèi)13 m處可見明顯滑移面，該處最大累積位移為10月23日的117 mm。且孔口至滑移面段水平位移存在兩次突增現(xiàn)象，第一次出現(xiàn)在9月20日—9月24日，位移突增25 mm左右;第二次出現(xiàn)在10月4日—10月9日，位移突增10 mm左右。結(jié)合雨量監(jiān)測(cè)情況，邊坡區(qū)內(nèi)在9月18日—8月22日、9月29日—10月2日持續(xù)降雨，最大降雨量為9月20日的28 mm。分析認(rèn)為兩時(shí)段的持續(xù)降雨是導(dǎo)致兩次位移突增的原因。

圖3 Z K-1累積位移曲線

圖4 Z K-3累積位移曲線

觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，ZK-2號(hào)測(cè)斜孔位移主要發(fā)生在孔口至19 m處，累積位移值較大，超過70 mm。初步判斷存在兩個(gè)滑移面，分別位于11 m和19 m處。累積位移最大值為11 m處11月15日的113 mm。與ZK-1號(hào)測(cè)斜孔一樣，在9月20日—9月24日和10月4日—10月9日兩個(gè)時(shí)段，該孔孔口至19 m處也存在兩次位移突增現(xiàn)象，增值均約18 mm，也是由兩時(shí)段的持續(xù)降雨造成的。

由圖4可見，ZK-3號(hào)測(cè)斜孔位移主要發(fā)生在孔口至19 m處，累積位移值達(dá)47 mm。初步判斷存在三個(gè)滑移面，分別位于8 m，15.5 m，19 m處，累積位移最大值為10月20日的61 mm。與其他兩監(jiān)測(cè)孔一樣，在9月20日—9月24日和10月4日—10月9日兩個(gè)時(shí)段，該孔孔口至19 m處也存在兩次位移突增現(xiàn)象，增值均約20 mm，也是由兩時(shí)段的持續(xù)降雨造成的。

3.3 坡面位移監(jiān)測(cè)成果分析

邊坡后緣坡面位移與時(shí)間分布見圖5。由圖5可見，坡表位移主要產(chǎn)生于8月上旬，由8月1日的628 mm增加至8月11日的726 mm，相對(duì)位移值達(dá)98 mm。8月中旬后雨量減少，對(duì)滑坡的滲透助滑力降低，位移量逐步變小;從8月中旬到10月下旬，監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大相對(duì)位移為30 mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn)處位移量變化不大。

圖5 邊坡后緣坡面位移—時(shí)間分布

4 邊坡失穩(wěn)原因分析及處理方案

4.1 邊坡失穩(wěn)原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及施工記錄，邊坡失穩(wěn)時(shí)正處施工主要階段，路基開挖而形成高陡邊坡，導(dǎo)致坡體前緣臨空和順坡結(jié)構(gòu)面的出露，使邊坡的自重應(yīng)力場(chǎng)和穩(wěn)定條件發(fā)生了明顯的改變，從而引發(fā)坡體的變形破壞。邊坡結(jié)構(gòu)面發(fā)育，是邊坡變形破壞的基本條件。從邊坡的物質(zhì)組成來看，具有松散土層、碎石土、風(fēng)化殼和半成巖土層，其抗剪強(qiáng)度比較低，使邊坡的穩(wěn)定性差。特別在暴雨之后，由于雨水的入滲使巖土的質(zhì)量增大，進(jìn)而使滑動(dòng)面的滑動(dòng)力增大;其次在雨水的作用下巖土被軟化而抗剪強(qiáng)度降低，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。深部位移監(jiān)測(cè)結(jié)果都顯示在9月20日—9月24日和10月4日—10月9日兩個(gè)時(shí)段，孔口至滑移面處都存在兩次位移突增現(xiàn)象，且雨量監(jiān)測(cè)顯示兩時(shí)段都為持續(xù)降雨。分析認(rèn)為坡體形態(tài)特征、巖土體松散的結(jié)構(gòu)特征是邊坡失穩(wěn)的根本因素;邊坡開挖和持續(xù)的降雨是誘發(fā)因素。

4.2 處理方案

4.2.1 滑移面的確定

從深部位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果，可確定潛在滑移面的位置：ZK-1滑移面位置在孔深約13 m處;ZK-2孔滑移面位置在孔深約19 m處;ZK-3孔最深的滑移面位置在孔深約19 m處，并初步推斷出了邊坡存在多級(jí)滑動(dòng)滑面(圖6)，其次級(jí)滑面可沿結(jié)構(gòu)面向下滑動(dòng)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，滑坡體中形成了二個(gè)次級(jí)滑動(dòng)破壞面，即上部殘坡積土及全風(fēng)化基巖與強(qiáng)風(fēng)化基巖間形成了一個(gè)次級(jí)破壞滑動(dòng)面;另一個(gè)沿強(qiáng)風(fēng)化基巖中的軟弱結(jié)構(gòu)面形成，變形較明顯，該次級(jí)破壞滑動(dòng)面可能從現(xiàn)已施工的抗滑樁頂剪出。深部位移數(shù)據(jù)與巖芯編錄資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，位移主要發(fā)生在軟弱層和巖層界面處，即邊坡的失穩(wěn)破壞主要受結(jié)構(gòu)面控制，與地質(zhì)資料相吻合。

圖6 邊坡滑移面示意

4.2.2 處理方案

結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析及邊坡穩(wěn)定性影響因素，對(duì)該邊坡采取了如下的處理措施：

1)開挖坡比調(diào)整為1∶1.25，在第一級(jí)邊坡頂部布置抗滑樁，樁的斷面2 m×3 m，樁長(zhǎng)20 m。

2)在現(xiàn)有的削坡邊坡上采用錨索框架對(duì)次級(jí)破壞滑動(dòng)面進(jìn)行加固，錨索應(yīng)穿過強(qiáng)風(fēng)化巖中的軟弱結(jié)構(gòu)破壞滑動(dòng)面。

3)在坡體中、上部位置適當(dāng)?shù)南鞣綔p載，在滑坡后緣增加截、排水措施。

4)對(duì)已出現(xiàn)的張拉裂縫，以黏土夯實(shí)填埋。

5)加強(qiáng)坡體變形監(jiān)測(cè)和樁的變形監(jiān)測(cè)，并設(shè)立預(yù)警系統(tǒng)，做好應(yīng)急預(yù)案，確保施工安全。

5 結(jié)語

挖方高邊坡施工期間，變形監(jiān)測(cè)是邊坡安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。通過對(duì)畢威高速公路K103+780—K103+920段高邊坡施工期雨量、深部位移和坡面位移的監(jiān)測(cè)，及時(shí)地掌握了邊坡的變形情況，分析了其變形的影響因素，認(rèn)為持續(xù)的降雨促進(jìn)了邊坡水平位移的產(chǎn)生。結(jié)合真實(shí)的數(shù)據(jù)，提出了實(shí)際有效的治理措施。截至目前，邊坡穩(wěn)定性良好，保證了畢威高速公路的安全施工和運(yùn)營(yíng)。

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U416．1+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．33

1003-1995(2013)05-0109-04

2012-10-10;

2013-01-15

梁勇(1972— )，男，貴州織金人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 孟慶伶)