高速公路邊坡自動監(jiān)測與穩(wěn)定性分析

楊 飛 湯羅圣 王云安 鄧長青 肜增湘 黃文濤

(1.湖北省交通運輸廳漢十高速公路管理處，湖北 武漢 430051; 2.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

1 概述

隨著國家經(jīng)濟大發(fā)展，高速公路建設(shè)規(guī)模及難度越來越大，高速公路邊坡數(shù)量越來越多，邊坡災(zāi)害發(fā)育密度及危害程度也越來越高，但是，對于邊坡災(zāi)害的防治基本原則為“預(yù)防為主，治理為輔”，現(xiàn)場監(jiān)測是目前高速公路邊坡災(zāi)害重要也是最有效的預(yù)防措施。目前關(guān)于高速公路邊坡監(jiān)測的研究成果較多，例如譚捍華等(2005)基于高速公路邊坡的特點,提出了建立公路邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的合理程序[1]；陳強等(2006)以中部某山區(qū)高速公路邊坡的實際監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，對邊坡治理工程進行動態(tài)優(yōu)化[2]；劉漢東等(2008)應(yīng)用加卸載響應(yīng)比理論，采用監(jiān)測和有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的手段綜合評價了路塹高邊坡的加固效果[3]；段偉強等(2009)以驛宛高速公路某路塹邊坡為例，采用錨桿監(jiān)測、FLAC數(shù)值模擬對邊坡穩(wěn)定性及加固效果進行評價[4]；李萬里(2011)以廣陜高速公路某邊坡為例，采用深部位移監(jiān)測、錨桿應(yīng)力監(jiān)測、混凝土應(yīng)變光纖光柵傳感監(jiān)測技術(shù)對邊坡的變形和應(yīng)力釋放規(guī)律進行研究,驗證了光纖光柵傳感技術(shù)的可行性和優(yōu)勢[5]；張喆(2012)通過對十天高速某膨脹土邊坡進行監(jiān)測，分析了降雨對該邊坡變形的相關(guān)關(guān)系[6]；張兵強等(2014)采用GPS位移監(jiān)測方法對安川公路某邊坡地表位移進行監(jiān)測，并與深部位移進行對比分析，得出邊坡治理后邊坡不同部位的變形特點[7]；蒲建華(2014)基于多種監(jiān)測方式的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用C#語言和數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立了監(jiān)測信息管理系統(tǒng)[8]；屈陳哲等(2016)以廣佛肇高速公路某邊坡為例，通過數(shù)值模擬與監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，驗證了邊坡設(shè)計方案的合理性[9]；莊旭東(2018)結(jié)合某高速公路邊坡實例，從地表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測等方面對自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)進行了深入探討[10]。

以上研究雖然取得了許多研究成果，但是在自動監(jiān)測與穩(wěn)定性定量評價綜合分析邊坡穩(wěn)定性的研究較少。本文以漢十高速某填方高邊坡為例，采用GNSS位移自動監(jiān)測手段對其進行監(jiān)測，輔以現(xiàn)場巡查進行驗證，再通過穩(wěn)定性計算進行定量評價，最終綜合判斷該邊坡的穩(wěn)定性。

2 邊坡簡介

該邊坡為高速路路基邊坡，路基為半填半挖式。該邊坡橫向?qū)捈s150 m，最大填高約42 m，邊坡按五級填筑，第一級(無面板加筋土)坡比為1∶0.5，其他幾級都為1∶1.75。每級邊坡回填均鋪設(shè)有土工柵格，坡體內(nèi)部設(shè)置有橫向和縱向的排水盲溝，兩側(cè)及坡腳設(shè)有排水溝，邊坡坡面采用拱形加人字形骨架植物護坡，坡腳設(shè)置一頂寬3.4 m～4.2 m、高6.6 m～9.64 m的擋墻。

3 邊坡監(jiān)測

3.1 監(jiān)測點布置

本邊坡共布置3個邊坡位移自動監(jiān)測點，具體方案為在坡體頂部(靠近高速公路路面處)布設(shè)兩個測點，擋墻上方布設(shè)1個測點，在坡體附近不動點架設(shè)1個基準點。監(jiān)測點布置圖如圖1所示。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)邊坡監(jiān)測情況，選取該邊坡最新監(jiān)測數(shù)據(jù)(2018年11月1日～2018年11月30日)進行分析，其累積位移—時間曲線及位移速率—時間曲線如圖2,圖3所示。

從圖2，圖3可知，各監(jiān)測點累計值位移2.1 mm～4.7 mm，位移速率-0.6 mm/d～0.6 mm/d，因測量存在一定誤差，且根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況綜合判定該邊坡目前變形比較緩慢。邊坡未發(fā)現(xiàn)新的坡面裂縫，邊坡在監(jiān)測期間整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 現(xiàn)場巡查驗證

通過現(xiàn)場巡查，該邊坡坡面及坡腳擋土墻未見明顯變形，坡頂路面裂縫也未見變形增大跡象，說明邊坡目前整體較穩(wěn)定，與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析情況基本一致。

4 邊坡穩(wěn)定性計算

為了定量評價該邊坡的穩(wěn)定性，選取理正巖土軟件對該邊坡穩(wěn)定性進行計算，根據(jù)勘察設(shè)計資料及現(xiàn)場調(diào)查情況，選取該邊坡典型計算斷面，判斷該邊坡最可能在加筋土或填土中發(fā)生圓弧形滑動破壞，故采用瑞典條分法對其穩(wěn)定性進行計算。

4.1 計算工況選取

根據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范中有關(guān)滑坡特殊路基設(shè)計要求，該邊坡擬考慮以下2種工況條件進行穩(wěn)定性計算：

1)天然工況；2)暴雨工況。

4.2 計算參數(shù)選取

根據(jù)地質(zhì)勘察資料、工程地質(zhì)類別、參數(shù)反演等綜合確定該邊坡巖土體物理力學參數(shù)，具體見表1。

表1 邊坡物理力學參數(shù)綜合取值表

4.3 穩(wěn)定性計算結(jié)果分析

采用上述計算模型和參數(shù)，結(jié)合極限平衡方法計算該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)，考慮到該邊坡坡腳目前已有防治措施為鋼擋土墻，故需考慮擋土墻對邊坡的支擋力，按擋土墻背主動土壓力考慮，其穩(wěn)定性計算結(jié)果如表2所示，最危險滑動面如圖4所示。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

從表2可知，該邊坡在計算工況條件下穩(wěn)定性系數(shù)均大于規(guī)范要求的安全系數(shù)，說明邊坡目前處于較穩(wěn)定狀態(tài)，變形比較緩慢，與位移監(jiān)測、現(xiàn)場巡查的情況基本一致。從邊坡穩(wěn)定性計算最危險滑動面可知，該邊坡發(fā)生整體滑動的可能性不大，主要發(fā)生局部滑動，最危險滑動面位于坡頂?shù)谝患壠赂浇??？紤]到第一級坡對高速公路路面影響很大，同時考慮到坡腳居民的安全，因此非常有必要對該邊坡進行長期監(jiān)測，特別是路面變形、擋土墻變形的監(jiān)測以及坡體自動位移監(jiān)測。

5 結(jié)語

1)該邊坡目前處于初始蠕變階段，整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)；2)邊坡發(fā)生整體滑動的可能性不大，主要發(fā)生局部失穩(wěn)破壞；3)邊坡監(jiān)測點位移較小，主要原因在于今年降雨較少；4)邊坡坡頂裂縫需及時封堵，以防降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響；5)需加強邊坡地質(zhì)巡查，和自動監(jiān)測結(jié)合分析，及時、準確判斷邊坡狀態(tài)。