測斜儀在山區(qū)公路路塹邊坡位移監(jiān)測中的應(yīng)用

葛寶

（四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川 成都610072）

近年來，隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，山區(qū)高速公路的建設(shè)已經(jīng)成為我國公路建設(shè)的主要內(nèi)容，在施工期間因開挖造成的人工高邊坡比比皆是。這些路塹邊坡打破了巖土體原有的地質(zhì)平衡，在環(huán)境與工程因素雙重影響下，坡體極易產(chǎn)生位移形變，隨著形變的積累，可能誘發(fā)坍塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅現(xiàn)場施工人員的人身安全、影響施工進(jìn)度、造成經(jīng)濟(jì)損失。路塹邊坡坡體產(chǎn)生的位移形變，主要包括地表位移和深部位移2個方面，而深部位移監(jiān)測是邊坡變形監(jiān)測的重要內(nèi)容，對確定滑面位置，研究邊坡現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及整治工程設(shè)計提供重要信息［1］。

傳統(tǒng)的深部位移監(jiān)測方法是通過邊坡坡腳處的路樁來測量邊坡的位移變化量，但是該方案只能反映邊坡某一點處的地表位移值，不能反映邊坡不同深度的位移量［2］；而測斜儀直接測量路塹邊坡不同深度的位移量，反映病害邊坡的變形趨勢和滑動面位置［3］。運用測斜儀對施工期間的病害邊坡進(jìn)行深部位移監(jiān)測，得出累計偏移量及偏移速率，及時對病害邊坡的不同深度存在的滑動面進(jìn)行預(yù)測，指導(dǎo)路塹邊坡的修建和工程設(shè)計情況，保證山區(qū)公路的施工安全與穩(wěn)定［4］。同時測斜儀檢測路塹邊坡的變形不受天氣和施工的影響，還有具有操作簡便、精度高、靈活性強等優(yōu)點，為及時、準(zhǔn)確地確定邊坡的滑動面和變化趨勢提供了保障。

1 測斜儀工作原理

測斜儀是一種可以精確測量巖土層內(nèi)部橫向位移的工程監(jiān)測儀器，在邊坡工程的原位監(jiān)測中應(yīng)用廣泛。測斜儀由探頭、電纜、數(shù)字式讀數(shù)儀組成，探頭由傳感器、殼體、導(dǎo)輪、底座、電纜卡等組成，目前使用最多的是伺服式測斜儀。測斜管在監(jiān)測前埋設(shè)于巖土層內(nèi)，測斜儀導(dǎo)向滾輪卡在測斜管的對稱分布式凹槽中上下滑行。測量時，將測斜儀的感應(yīng)方向?qū)?zhǔn)坡面滑動方向，使傳感器滑入測斜管底部穩(wěn)定后，提起測量管底到管口距離，每隔0.5 m測讀一次，直至管口，然后同樣進(jìn)行反向測量，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)值。

測斜儀的工作原理是通過擺錘受重力作用測量傳感器與鉛垂線的夾角（見圖1），進(jìn)而計算出垂直位置各點的水平位移量。當(dāng)探頭在測斜管中滑動測量時，探頭內(nèi)的傳感器反映出每一深度處的傾斜度變化 ，按照測量分段原理，分別求出不同深度的位移Δdi，即：

由測斜儀的測點的逐漸增加，可以得出測斜儀的工作原理公式為：

式中，Δdi為測點的位移量；L 為測點的長度，取0.5 m；αi為測點處的夾角；Sn為測斜管測點以上的位移；n為測點的數(shù)目。

測斜儀測量時，為了減少儀器自身和環(huán)境因素帶來的誤差，對邊坡的深部位移采用正測和反測的方式各測讀一次數(shù)據(jù)，取2種方式代數(shù)差的平均值作為測量值［5－7］。

2 應(yīng)用

2.1 監(jiān)測工程概況

當(dāng)前正在貴州省建設(shè)的某高速公路，該路段是貴州省西北部的重要快速通道。地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，順層、軟土、崩塌、隧道涌突水等問題嚴(yán)重，特別是2011年3月以來高邊坡眾多，邊坡土質(zhì)松散，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化卸荷嚴(yán)重，對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大的影響。K103＋780～920段路塹邊坡坡體地表植被較發(fā)育，以灌木叢林為主，屬暖溫帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)。滑坡邊界變形明顯，變形較強烈，公路以上部分具有整體滑動的趨勢，滑體厚度30～40 m，總體積約140×104m3。受2011年6月中旬以來的暴雨與公路開挖影響，邊坡局部坡面發(fā)生塌滑，上方坡體出現(xiàn)多處開裂和下錯。

圖1 測斜儀工作原理圖

圖2 深部位移監(jiān)測設(shè)備布置圖

2.2 監(jiān)測布防

K103＋780～920路塹邊坡深部位移監(jiān)測點布置如圖2所示，ZK001測孔位于坡體中部監(jiān)測斷面；ZK002測孔距離中部開挖處坡頂約10 m的監(jiān)測斷面；ZK003測孔位于坡體左側(cè)的監(jiān)測斷面。監(jiān)測點的深度、方位等如表1所示。針對K103＋780～920段邊坡的實際情況，施工初期，監(jiān)測組一般2～3d觀測一次；待抗滑樁修建時，監(jiān)測組8～9d觀測一次；修建完畢后，減小觀測頻率，14～15d觀測一次。

表1 邊坡深部位移監(jiān)測孔參數(shù)表

2.3 監(jiān)測結(jié)果與分析

采用北京基康儀器有限公司生產(chǎn)的BGK－6150型測斜儀對路塹邊坡進(jìn)行深部位移監(jiān)測。3個監(jiān)測點ZK001、ZK002和ZK003的測斜管均于2011年9月埋設(shè)，取得了大量實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過測斜儀自身攜帶軟件分析獲得深部位移的曲線圖，如圖3～圖5所示。

1）ZK001監(jiān)測點 圖3為ZK001監(jiān)測點深部位移監(jiān)測曲線，由圖3可以看出，在深度12～14 m之間位移量最大，累計位移量高達(dá)127mm，位移方向即為滑動方向；深度在14 m以下土體的位移量幾乎為0；深度在12 m以上土體位移量也發(fā)生較大規(guī)模的橫向移動，合計位移量為60mm；累計位移－深度曲線近似呈現(xiàn) “V”型，判定深度12～14 m之間存在滑動面。2011年9月24日之前的日均位移量較之2011年9月24日之后偏大，主要原因是2011年9月24日之前，邊坡的抗滑樁尚未修建，對滑面以上滑體無法阻擋，造成滑體整體運動較大；抗滑樁修建完畢，邊坡處于相對穩(wěn)定階段。

2）ZK002監(jiān)測點 圖4為ZK002處深部位移曲線顯示坡頂不同深度的橫向位移情況，深度10～12 m、17～20 m、20～22 m、22～25 m之間存在偏移，其中深度10～12 m之間位移量最大。10～12m、17～20m和22～25m為正向凸起，20～22 m為負(fù)向凸起，累計位移-深度曲線近似為波浪型。因此，推斷該邊坡沿巖土體多層滑動，但以其中一個滑面的相對運動為主，且各滑塊的運動速率不一致，處于蠕變-滑移狀態(tài)。

圖3 ZK001監(jiān)測點深部位移監(jiān)測曲線圖

圖4 ZK002監(jiān)測點深部位移監(jiān)測曲線圖

圖5 ZK003監(jiān)測點深部位移監(jiān)測曲線圖

3）ZK003監(jiān)測點 ZK003處深部位移曲線如圖5所示，整個曲線呈波浪狀，在深度為8、15.5、19 m處形成凸起形態(tài)，有較大的位移量，最大位移在8 m深處，累積位移量為60mm。初步判斷該邊坡在不同深度存在多處滑動，其中深度8 m和深度15.5 m兩處的滑動比較明顯，邊坡深度20 m以上的巖土體呈整體運動趨勢，且各滑塊的運動速率不一致。

為了驗證深部位移監(jiān)測成果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了工程地質(zhì)鉆探，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者測定的各滑動面的位置比較吻合，說明應(yīng)用測斜儀在山區(qū)公路路塹邊坡開展深部位移監(jiān)測是可行的。

3 結(jié)論

1）采用傾斜儀在K103＋780～920段路塹邊坡開展的深部位移監(jiān)測，得到的相關(guān)數(shù)據(jù)不僅能及時的發(fā)現(xiàn)邊坡滑動面的發(fā)生、發(fā)展及其位置，而且可以反映邊坡的變形機制及發(fā)展趨勢。對分析邊坡穩(wěn)定性、確定滑動發(fā)生的機制和滑動形式起著重要的作用，可有效地指導(dǎo)邊坡治理工程活動。

2）路塹邊坡深部位移變形多種曲線形態(tài)，如 “V”型、“波浪”型等，每種曲線形態(tài)可反映滑動面（或潛在滑動面）的位置和邊坡變形發(fā)展過程，同時可反映滑動性質(zhì)。當(dāng)深部位移監(jiān)測曲線形態(tài)呈 “V”型、“波浪”型時，滑坡處于潛在滑動階段。

3）實踐表明，測斜儀在山區(qū)路塹邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用是可行的。

［1］祝意青，梁偉鋒，徐云馬，等.西安驪山滑坡區(qū)三維變形監(jiān)測 ［J］.災(zāi)害學(xué)，2008，23（2）：29－34.

［2］黃飛瀾，肖紅.測斜儀在高填方地基側(cè)向水平位移監(jiān)測中的應(yīng)用 ［J］.公路工程，2010，35（5）：112－114.

［3］馬全珍，張寶華.鉆孔測斜儀在邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用 ［J］.常州工學(xué)院學(xué)報，2005，18：85－89.

［4］張麗芬，姚運生，曾夏生，等.鉆孔測斜儀在高臺滑坡深部位移監(jiān)測中的應(yīng)用 ［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2007，18（4）：91－94.

［5］南京水利科學(xué)研究院士工研究所.土工試驗技術(shù)手冊 ［M］.北京：人民交通出版社，2003：409－414.

［6］袁懷宇.軟土地基路堤測斜儀的應(yīng)用介紹 ［J］.公路，2003（5）：131－134.

［7］薛桂玉，李民，何金平.三峽工程中高邊坡測斜儀的施工埋設(shè)與監(jiān)測 ［J］.大壩觀測與土工測試，1999，23（1）：5－7.