自動化變形監(jiān)測在高填方路基病害處治中的應用

摘要：文章以南丹至天峨下老高速公路某高填方路基病害為例，通過自動化深層水平位移監(jiān)測、GNSS地表位移監(jiān)測準確判斷病害路基的滑動面深度、滑動變形特征及滑體狀態(tài)等信息，為病害路基處治設計提供依據，并通過處治施工期監(jiān)測對處治效果進行評估驗證，可為復雜高填方路基病害機理研究及工程處治提供解決思路。

關鍵詞：高填方路基；滑坡；深部位移監(jiān)測；地表位移監(jiān)測；處治效果評估

U416.1A120384

0 引言

近年來，我國山區(qū)高速公路總里程在穩(wěn)步提升。高填方路基是山區(qū)高速公路重要組成部分，但由于其填方較高，在地質條件、人類活動、氣象因素等共同作用下，路基失穩(wěn)現象頻發(fā)，對高速公路的安全穩(wěn)定造成了嚴重威脅［1-2］。自動化變形監(jiān)測作為防災減災的重要手段，在高填方路基病害處治中能起到重要作用［3-4］。本文以南丹至天峨下老高速公路某高填方路基病害為例，通過綜合分析巖土體變形監(jiān)測數據，為病害路基的處治設計與施工提供了準確的依據，并檢驗了病害路基處治措施的可靠性。

1 工程概況

南丹至天峨下老高速公路某高填方路基原地面橫坡坡率為1∶2.5，屬陡坡填方路基，路中心線最大填方高度約為17.463 m，填方坡腳到路面高度約為52.791 m。路基分三級填筑，底部第一級填筑坡比為1∶2，第二級填筑坡比為1∶1.75，第三級填筑坡比為1∶1.5，防護形式為拱形骨架+客土噴播+衡重式護腳墻，采用分層分段填筑。場地內地層主要由第四系人工堆積層（Qml）、第四系殘坡積層（Qel+dl）和三疊系中統(tǒng)板納組（T2b）組成。

2021年7月下旬，受持續(xù)降雨影響，填方路基坡腳擋土墻和拱形骨架開始出現前傾和開裂變形的跡象，病害在同年8～9月期間迅速惡化，坡腳擋墻前傾錯臺由最初的10～20 cm增大至50 cm，拱形骨架也由最初的開裂狀態(tài)變?yōu)閿嗔?、懸空狀態(tài)，后緣拉張裂縫逐漸增寬、貫通，拱形骨架坡腳多處滲水，水流量較大。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測目的

（1）對病害路基進行實時監(jiān)測，并在監(jiān)測數據達到預警閾值時及時預警，保障監(jiān)測區(qū)域內的人員與財產的安全；

（2）動態(tài)了解病害路基的位移變形、滑動面深度等信息，為病害路基的治理設計與施工提供準確的依據，實現信息化施工和動態(tài)設計，達到保證工程質量，節(jié)約工程投資的目的；

（3）檢驗病害路基治理措施的可靠性，為日后的工作提供參考。

2.2 監(jiān)測內容

（1）深部位移監(jiān)測：采用固定式測斜儀測量監(jiān)測孔內每段位置軸線與鉛垂線之間的夾角變化，從而計算出孔內相應位置的水平位移情況?？赏ㄟ^該種方法監(jiān)測滑坡體的深部水平位移情況，確定滑動面位置，判斷滑坡的穩(wěn)定情況，為滑坡監(jiān)測預警、滑坡規(guī)模的估算和滑坡的治理提供依據；

（2）地表位移監(jiān)測：采用GNSS（全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)）通過自動差分解算的方法實時測量基準站與監(jiān)測站之間的相對位置［5］?？赏ㄟ^該種方法實時監(jiān)測滑坡地表位移變形的發(fā)展情況，判斷主滑方向及滑坡的穩(wěn)定狀況，為滑坡監(jiān)測預警提供依據。

2.3 監(jiān)測點布置

本病害路基在處治施工前和處治施工后分別采用不同的監(jiān)測點布置方案，具體如下：

2.3.1 處治施工前（2021年10月至2022年3月）

根據病害路基的變形情況及可能出現危險的情況，共布設3條監(jiān)測斷面，以監(jiān)測線構建監(jiān)測網。本階段監(jiān)測網由5個深部位移監(jiān)測點和10個地表位移監(jiān)測點（含基準點）組成，監(jiān)測點布置見圖1：

2.3.2 處治施工后（2022年4月至2022年9月）

病害路基于2023年3月上旬開始處治施工，處治施工前布置的監(jiān)測點受滑動破壞及施工影響已基本拆除，僅保留后緣未受影響的2-CX1監(jiān)測點，隨后根據施工進度逐步布置監(jiān)測點以保障施工安全及驗證處治效果。本階段監(jiān)測網由1個深部位移監(jiān)測點和8個地表位移監(jiān)測點（含基準點）組成，監(jiān)測點布置見圖2。

3 監(jiān)測成果

3.1 深部位移監(jiān)測成果

3.1.1 滑動面確定

監(jiān)測周期內各深部位移監(jiān)測孔的累積位移-深度-時間曲線圖見圖3～6。由圖3～6可知，2-CX1、2-CX2的累積位移-深度-時間曲線緊貼于豎軸或在豎軸兩側無規(guī)律小幅波動，說明2-CX1、2-CX2監(jiān)測孔無明顯滑動面，深部位移處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。2-CX3、2-CX4的累積位移-深度-時間曲線均在19.0 m深度處發(fā)生明顯彎折，曲線呈向外側鼓起狀，說明2-CX3、2-CX4監(jiān)測孔出現深層滑動變形，滑動面深度均在19.0 m處。2-CX5在成孔后于短時間內被剪斷，尚未來得及獲取監(jiān)測數據，根據監(jiān)測孔剪斷位置大致推測出滑動面深度在9.5 m深度處。將各深部位移監(jiān)測孔的滑動深度相連可得到病害路基的滑動面，其監(jiān)測斷面綜合分析圖見圖7。

3.1.2 監(jiān)測數據分析

根據深部位移監(jiān)測孔采集到的滑動面深度與峰值深度變形量及變形速率進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見下頁表1。各深部位移監(jiān)測點位移-時間曲線圖及位移速率-時間曲線圖見下頁圖8～9。由圖8～9可知，2-CX1、2-CX2監(jiān)測孔無明顯滑動面，其峰值深度位移-時間曲線及速率-時間曲線無明顯波動，變化趨勢穩(wěn)定，說明其深部位移處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。2-CX3監(jiān)測孔滑動面深度為19.0 m，自開始監(jiān)測起，累積位移隨時間不斷增長，峰值深度速率為54.80～163.32 mm/d，直至4 d后變形量超過439.36 mm導致儀器受損失效。2-CX4滑動面深度為19.0 m，自開始監(jiān)測起，累積位移隨時間不斷增長，峰值深度速率為54.72～197.10 mm/d，直至4 d后變形量超過504.55 mm導致儀器受損失效。

從滑動面深度來看，滑動面主要沿路基填筑界面及粉質黏土層與下伏基巖界面發(fā)生滑動，后緣位于高速公路路基左幅的拉張錯臺處，前緣剪出口位于填方坡腳處原擋墻區(qū)域。從變形速率來看，滑坡區(qū)域整體處于高速變形中，且滑坡中部2-CX4的變形速率大于滑坡上部2-CX3的變形速率，符合牽引式滑動破壞的特點。

3.2 地表位移監(jiān)測成果

3.2.1 滑動方向確定

根據地表位移監(jiān)測點采集的位移方向（典型地表位移方位角散點圖見圖10）可知，各地表位移監(jiān)測點的位移方位角為185°～200°，邊坡坡向為190°，兩者基本一致，說明邊坡整體沿坡向滑動。

3.2.2 監(jiān)測數據分析

根據地表位移監(jiān)測點采集的累積位移及位移速率進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見表2～3。各地表位移監(jiān)測點平面位移-時間曲線圖及平面位移速率-時間曲線圖見圖11～14。根據地表位移監(jiān)測數據可將本病害路基分為四個監(jiān)測階段，分別是處治施工前的急劇變形期（2021-10-28至2022-01-14）、滑動破壞期（2022-01-15至2022-03-08）和處治施工后的工后蠕變期（2022-05-25至2022-08-15）、基本穩(wěn)定期（2022-08-16至2022-09-30）。

急劇變形期階段，核心變形區(qū)監(jiān)測點平面位移速率為51.27～62.05 mm/d，后緣區(qū)域暫無明顯位移，本階段路基已處于高速滑移狀態(tài)，但滑移尚未牽引至后緣區(qū)域?；瑒悠茐钠陔A段，核心變形區(qū)監(jiān)測點平面位移速率為141.33～160.59 mm/d（加速至上階段的255%～303%），后緣牽引區(qū)監(jiān)測點平面位移速率為78.51 mm/d（上階段無明顯位移），本階段位移速率較急劇變形期階段大幅增長，且變形區(qū)域不斷向后緣牽引擴大。兩階段中下部監(jiān)測點的位移速率均大于上部監(jiān)測點的位移速率，與深部位移監(jiān)測數據一致，符合牽引式滑動破壞的特點。根據滑坡的滑動面深度和變形特征制定了開挖卸載大部分滑體+坡腳設置樁基承臺擋墻支擋的處治方案。

工后蠕變期階段，各監(jiān)測點平面位移速率為0.19～0.27 mm/d，本階段路基受施工加載影響處于蠕動變形狀態(tài)，但變形量在容許范圍內，屬正常的工后變形。基本穩(wěn)定期階段，各監(jiān)測點均無明顯位移，本階段處治施工已基本完成，位移-時間曲線斜率逐漸減緩，最終趨向于水平，說明路基已處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，處治施工取得顯著效果。

4 結語

（1）自動化變形監(jiān)測可通過高頻實時監(jiān)測，在較短時間內采集到病害路基的滑動面深度、滑動變形特征、滑體狀態(tài)等關鍵信息，為處治設計提供了準確依據。

（2）處治施工期變形監(jiān)測可以保障施工安全和驗證處治效果。

（3）在變形監(jiān)測的基礎上，若增加地下水位監(jiān)測、降雨量監(jiān)測等環(huán)境監(jiān)測手段，可以更加準確地了解滑坡誘因。

參考文獻：

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