冰雪凍害邊坡監(jiān)控方案研究

王永彬 安延偉

(中鐵三局集團第二工程有限公司，河北 石家莊 050031)

冰雪凍害邊坡監(jiān)控方案研究

王永彬 安延偉

(中鐵三局集團第二工程有限公司，河北 石家莊 050031)

以張家口某隧道滑坡體的綜合整治為工程背景，采用地下水位監(jiān)測、坡表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測等多種監(jiān)測方法對坡體進行監(jiān)測。研究結(jié)果表明，抗滑樁位移不明顯，邊坡整體位移小于10 mm，整個滑坡體的整體位移方向為西北方向，5號鉆孔下部存在一個錯動體，2號與5號孔間裂縫寬度增大約4 cm。此次研究可為類似邊坡監(jiān)測方案的制定和防治措施優(yōu)化提供幫助。

冰凍災害,穩(wěn)定性,滑坡體,邊坡監(jiān)控

0 引言

邊坡工程是山區(qū)基礎設施建設廣泛涉及的工程[1，2]。為了保障邊坡安全，檢驗邊坡設計施工的可靠程度及邊坡災害治理后的穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡監(jiān)測是必不可少的環(huán)節(jié)。但是，目前人們普遍認為對于邊坡的監(jiān)測就是依靠某幾種監(jiān)測設備監(jiān)測邊坡的變形，然后依據(jù)變形特征制定相關的治理方案。但實際上，邊坡監(jiān)測應為一個復雜的、全方位的監(jiān)測系統(tǒng)，完善的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)不僅涉及監(jiān)測方法和設備，更要注重監(jiān)測設備的精度要求，監(jiān)測網(wǎng)的布置方法，監(jiān)測時間及周期的確定，以及多種監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取和傳輸?shù)戎T多方面。

本文通過分析邊坡體穩(wěn)定性狀態(tài)，制定詳細且全面的監(jiān)測方案，得到了冰雪災害頻發(fā)地區(qū)邊坡災害的主要特征，為類似的滑坡體的加固和災害防治提供參考。

1 工程概況

本次研究邊坡位于張家口地區(qū)，區(qū)域地貌包括山地、丘陵、高原和沙地等多種類型，地勢高亢而平緩，波狀起伏。氣候干旱寒冷，大風、霜凍、冰雹等自然災害嚴重，年均氣溫為-0.3 ℃～3.5 ℃，無霜期80 d～110 d，年平均降水量400 mm左右，且冬、春季干旱，大部分降水集中在6月～9月(占全年降水量的81.6%)。年平均氣候特點是氣溫低、熱量少、干旱。該邊坡體所處的自然環(huán)境是典型的華北冰雪災害地區(qū)，所以有較高的研究價值[3，4]。

2 滑坡體穩(wěn)定性現(xiàn)狀分析

該邊坡在5號勘探鉆孔下面存在一個錯動體，5號孔、局部錯動體與2號勘探鉆孔近似在同一直線上，其剖面示意圖如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場查看情況，錯落體裂縫張開度有增大趨勢，初步推測的原因如下：凍融作用使巖體強度降低，同時，融化的雪水滲入坡體，使錯動體進一步松動，帶動其上部邊坡上的土體往下蠕滑，從而使裂縫變大。此處存在局部滑塌的風險，進而有可能使錯動的巖體滾落至路面，因此，需要對該邊坡進行全面監(jiān)測。

3 邊坡監(jiān)測方案

該滑坡體進行的監(jiān)測工作內(nèi)容主要分為深部位移監(jiān)測和地表位移監(jiān)測。

3.1深部位移監(jiān)測

該滑坡體深部位移監(jiān)測采用鉆孔測斜的方式進行。鉆孔傾斜量測多采用伺服加速度式測斜儀，通過測頭內(nèi)置的加速度計測定垂直面上重力矢量g的分量大小。當加速度計的敏感軸位于水平面時，此時在敏感軸上的重力矢量投影等于零，當水平面與敏感軸產(chǎn)生一個角度時，加速度計便輸出電壓信號。量測時，可將測斜探頭緩慢下放至管底，從測斜管底自下而上每0.5 m量測一次，逐次測量管軸線與垂線的夾角，并記錄測點與底部的距離。

本次深部位移監(jiān)測共監(jiān)測12次，平均監(jiān)測頻率為15 d/次。各個孔南北方向、東西方向都進行深部位移監(jiān)測。取各個監(jiān)測孔位移的最大值進行標注，見圖2。6個監(jiān)測孔各個方向位移最大值對應的位置到孔口的距離見表1。

表1 位移最大值對應的位置到孔口的距離

由圖2和表1可知，整個滑坡體的整體位移方向為西北方向，5號鉆孔的最大位移值發(fā)生在距離孔口10 m深度，其他各孔的最大位移值發(fā)生在孔口2.0 m范圍內(nèi)。5號鉆孔下部存在一個錯動體，5號鉆孔的深部位移值較大的原因可能是由于錯動體的蠕滑引起。

3.2全站儀位移監(jiān)測

全站儀地表監(jiān)測的基準點布置在中間停車帶上，全站儀架設在滑坡體對面穩(wěn)定的山體上?；麦w上的監(jiān)測點布置在抗滑樁和一級,二級平臺上，抗滑樁上監(jiān)測點的布設方法采用在樁頂處粘貼徠卡的反射片，與特殊制作的棱鏡相配合使用，監(jiān)測點數(shù)為11個；一、二級平臺上監(jiān)測點的布設方法為植入鋼釬的方式，設置12個監(jiān)測點。一、二級平臺監(jiān)測點的布設方式見圖3，全站儀控制點布置見圖4。

全站儀進行地表位移監(jiān)測的流程分為兩個步驟：

測量D00,D01,D02三個控制點兩兩之間的水平角、水平距離，判斷三者之間是否存在變形。若無變形，可進行變形點監(jiān)測；若有變形，重新選取控制點。

變形點監(jiān)測：D00方向～D01方向設為基準線，全站儀對監(jiān)測點的方向值與基準線之間的夾角、距離的變化計算位移量。

按照上述流程，對滑坡體進行地表位移監(jiān)測，共監(jiān)測11次，抗滑樁以及其他監(jiān)測點位移情況目前不明顯，其中4號監(jiān)測點的位移值最大，約為5 mm。4號監(jiān)測點的地表位移監(jiān)測曲線見圖5，圖6。

3.3三維激光掃描儀地表位移監(jiān)測

三維激光掃描儀的監(jiān)測過程如下：1)第一步獲取數(shù)據(jù)。在長期穩(wěn)定的控制點安設標靶球，確定掃描儀監(jiān)測的范圍和角度。標靶球的作用主要有兩個，其一可作為基準點，其二，當多個測站分批進行掃描時，標靶球可作為有效的拼接點。2)第二步處理數(shù)據(jù)。

首先對數(shù)據(jù)進行預處理，剔除點云數(shù)據(jù)中錯誤點和粗差點，并對掃描獲取圖像進行必要的糾正，或進行多圖的拼接。3)第三步為數(shù)據(jù)建模與結(jié)果的輸出。

本次共監(jiān)測8次，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知邊坡整體位移情況極小，小于10 mm。

3.4滑坡體其他監(jiān)測

1)水位深度監(jiān)測。

在深部位移監(jiān)測孔放入滲透壓力傳感器，便可監(jiān)測孔內(nèi)水位深度，監(jiān)測日期與深部位移監(jiān)測同步，在監(jiān)測期內(nèi)，孔內(nèi)水位深度基本保持不變，具體水位深度見表2。

表2 邊坡滲壓監(jiān)測表 m

2)裂縫寬度監(jiān)測。

由于5號孔和2號孔之間存在錯動體，為了進一步準確判斷邊坡的穩(wěn)定性，設置了裂縫寬度監(jiān)測點，經(jīng)測量后發(fā)現(xiàn)，2號孔與5號孔間裂縫增大4 cm，其他抗滑樁無明顯變化。

4 結(jié)語

冰凍災害是邊坡失穩(wěn)的重要因素之一，在凍融及雪水滲入作用下邊坡巖體強度降低，從而降低邊坡整體的安全性。本次通過對滑坡體進行深部位移監(jiān)測、地表位移監(jiān)測(全站儀和3D激光掃描儀)等系統(tǒng)性監(jiān)測，驗證了本次采用監(jiān)測系統(tǒng)的科學性和合理性，監(jiān)測結(jié)果表明，抗滑樁位移不明顯，邊坡整體位移小于10 mm，整個滑坡體的整體位移方向為西北方向，5號鉆孔下部存在一個錯動體，2號孔與5號孔間裂縫寬度增大約4 cm。本次研究可為類似邊坡監(jiān)測方案的優(yōu)化和邊坡滑移防護措施的制定提供幫助。

[1] 劉文慶.公路高邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化處理系統(tǒng)[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護,2013(2):103-109.

[2] 張 飛,孟祥甜,溫賀興.露天礦邊坡監(jiān)測方法研究[J].煤炭科技,2014(3):23-27.

[3] 王 勇.張承高速崇禮至承德界段主線工程設計[J].交通標準化,2014(4):106-109.

[4] 李永軍,楊高學,李 鴻.新疆伊寧地塊晚泥盆世火山巖的確認及其地質(zhì)意義[J].巖石學報,2012(4):199-211.

[5] 余小馬,楊建鋒.某高邊坡治理及穩(wěn)定性分析[A].中國土木工程學會第十二屆年會暨隧道及地下工程分會第十四屆年會[C].2006.

[6] 張映兵,王 霞.巖質(zhì)高邊坡的加固治理措施分析[A].2014年7月建筑科技與管理學術交流會[C].2014.

Studyonmonitoringschemesfortheslopeundertheinfluenceofsnowandfrost

WangYongbinAnYanwei

(The2ndEngineeringCo.,LtdofChinaRailway3rdBureauGroup，Shijiazhuang050031,China)

In this paper, the monitoring of the slope is carried out using groundwater level monitoring, slope displacement monitoring, deep displacement monitoring and other monitoring methods in a Zhangjiakou tunnel. The results show that, anti-slide pile displacement is not obvious, and the slope overall displacement is less than 10 mm. The overall displacement direction of the whole landslide body is northwest. This study will help for the development of similar slope monitoring programs and optimization of control measures.

frozen disaster, stability, landslide body, slope monitoring

1009-6825(2017)29-0086-02

2017-08-06

王永彬(1982- ),男,工程師

P642

A