賀巴高速公路某路塹高邊坡坍塌失穩(wěn)治理及全過程監(jiān)測分析

陳川 包毅輝

作者簡介：陳?川（1982—），高級(jí)工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。

文章旨在通過全過程監(jiān)測技術(shù)從裂縫監(jiān)測、深部位移監(jiān)測等方面入手，對邊坡的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和分析，提出針對性的治理措施，為邊坡施工設(shè)計(jì)優(yōu)化提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。分析結(jié)果表明：第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)后，部分裂縫張開得到抑制，但局部仍有較大裂縫和次生裂縫，邊坡穩(wěn)定性有進(jìn)一步惡化的風(fēng)險(xiǎn)，需要采取更有效的措施；邊坡變形主要以牽引滑動(dòng)變形為主，主要區(qū)域位于2-2和7-7監(jiān)測剖面所在坡體，局部發(fā)生淺層滑塌，需要加強(qiáng)該區(qū)域的監(jiān)測和防護(hù)。研究證明全過程監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋有利于實(shí)際工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

路塹高邊坡；坍塌失穩(wěn)；全過程監(jiān)測；治理措施

U418.5+2A100345

0?引言[HJ1.8mm]

我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展，高速公路等重要交通干線的建設(shè)成為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。然而，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及氣候變化等因素的影響，高速公路建設(shè)中常常會(huì)面臨邊坡穩(wěn)定性等地質(zhì)災(zāi)害問題。

當(dāng)前，對于高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的邊坡穩(wěn)定性問題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。在實(shí)際工程中，主要通過現(xiàn)場監(jiān)測對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，其監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和信息的多維度更有利于獲得全面的信息和及早識(shí)別問題，并為科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支持和驗(yàn)證。目前，廣泛應(yīng)用的監(jiān)測手段包括三維激光掃描［1］、聲發(fā)射監(jiān)測［2］、無人機(jī)遙感［3］、GPS測量［4-5］等技術(shù)。費(fèi)漢強(qiáng)等［6］基于全球定位測量技術(shù)，建立和完善了邊坡位移實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全球定位監(jiān)測系統(tǒng)，并建立了四級(jí)監(jiān)測預(yù)警機(jī)制；張龍等［7］通過采用北斗衛(wèi)星、地下液位計(jì)、裂隙計(jì)等物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)建立一套全天候、全方位的公路工程邊坡智能監(jiān)測系統(tǒng)；李時(shí)宜等［8］開發(fā)了用于分布式布里淵光纖傳感的光纖傳感結(jié)構(gòu)，提高光纜對局部變形的耐受度和應(yīng)變監(jiān)測準(zhǔn)確度；趙謙等［9］提出了一種基于條紋投影和二維主成分分析的邊坡監(jiān)測方法，有效地監(jiān)測到邊坡的虛警；Di等［10］提出了一種基于北斗系統(tǒng)的邊坡監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)一步降低了災(zāi)害的虛警率；Preston［11］通過攝影測量提供了用于非活動(dòng)礦山邊坡的非接觸式3D邊坡變形評(píng)估方法；Cho等［12］使用無人駕駛飛行器和空中三角測量解決了土地蠕變和微小位移等難以監(jiān)測的問題；Zheng等［13］采用光纖布拉格光柵傳感技術(shù)，自行設(shè)計(jì)了一種測斜儀，用于測量斜坡的內(nèi)部位移。

賀巴高速公路作為廣西重要的交通樞紐，地勢陡峭，地質(zhì)情況復(fù)雜，其高邊坡區(qū)域發(fā)生坍塌失穩(wěn)的情況引起了極大關(guān)注。因此，有必要對賀巴高速某路塹高邊坡的坍塌失穩(wěn)現(xiàn)象進(jìn)行深入研究和治理，以保障交通運(yùn)輸?shù)陌踩涂沙掷m(xù)發(fā)展。本文旨在通過全過程監(jiān)測技術(shù)從裂縫監(jiān)測、深部位移監(jiān)測等方面入手，對邊坡的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和分析，提出針對性的治理措施，為賀巴高速公路的邊坡穩(wěn)定性問題提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持和有力保障。

1?工程背景

1.1?工程地質(zhì)

廣西賀巴高速某邊坡屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，地形起伏較大，自然斜坡坡度約15°～30°，植被茂密，自然邊坡穩(wěn)定性較好，邊坡表面未見滑坡、崩塌現(xiàn)象。

根據(jù)鉆探及地質(zhì)調(diào)繪揭示，邊坡表層覆蓋第四系坡殘積粉質(zhì)黏土混碎石，局部為碎石層。粉質(zhì)黏土混碎石層呈硬塑狀，厚度約1～3 m；碎石層呈稍密狀，厚度6.0～7.5 m；下伏基巖巖性為泥質(zhì)砂巖，中厚層狀構(gòu)造為主，局部夾薄層狀，強(qiáng)～中風(fēng)化為主，巖質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，層厚約1.0～4.9 m，以下為中風(fēng)化層，局部為中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r。根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪成果，測得邊坡開挖后揭露的基巖露頭巖層產(chǎn)狀為33°/NW∠19～26°，節(jié)理J1：318°/SW∠88°、J2：214°/SE∠62°，J3：127°/NE∠74°，節(jié)理裂隙多呈陡傾角狀，裂隙多呈微張型，隙寬1～5 mm，隙面較平直、較粗糙，無充填。邊坡區(qū)測得巖層產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)如表1所示。

1.2?原設(shè)計(jì)方案

邊坡原設(shè)計(jì)方案為一、二級(jí)邊坡按1∶1的坡比開挖，三～五級(jí)邊坡按1∶1.25的坡比開挖，坡間設(shè)置1.5 m寬的坡間平臺(tái)，坡面采用錨桿（索）+格梁進(jìn)行錨固，并采用基材噴播植草綠化。

邊坡于2020年6～12月期間進(jìn)行開挖施工。當(dāng)完成三、四級(jí)邊坡的錨桿（索）+格梁的施工，并進(jìn)行二級(jí)邊坡的錨桿（索）+格梁的施工，坡面發(fā)育不同程度的裂縫，裂縫主要集中在K0+880～K1+000以及K1+300～K1+400區(qū)域。因此，在2020年12月開始對邊坡進(jìn)行全面監(jiān)測。

2?設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

2.1?第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

邊坡出現(xiàn)裂縫后對邊坡兩側(cè)裂縫集中區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后K0+820～K1+030和K1+270～K1+450段一、二級(jí)邊坡按1∶1.25的坡比開挖，其余以上邊坡均按1∶1.5的坡比開挖，坡間設(shè)置2 m寬的坡間平臺(tái)，坡面采用基材噴播植草綠化。其余K1+030～K1+270段按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工。

邊坡于2021年1月下旬開始按第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對K0+820～K1+030和K1+270～K1+450段邊坡進(jìn)行開挖施工，至4月份已基本完成開挖。按第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案施工后，邊坡各里程段均出現(xiàn)不同程度的滑塌破壞，尤其是大樁號(hào)側(cè)邊坡破壞更嚴(yán)重，發(fā)展更迅速。

2.2?第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

針對原設(shè)計(jì)方案及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案施工開挖后出現(xiàn)的問題，2021年9月對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行第二次優(yōu)化。K0+820～K0+950段維持目前開挖狀態(tài)，坡面采用掛鐵絲網(wǎng)噴播植草綠化防護(hù)；K0+950～K0+990段坡率變更為1∶1.75，第一級(jí)平臺(tái)寬20 m卸載滑塌體，第一至四級(jí)坡設(shè)置錨桿格梁加固，坡面掛鐵絲網(wǎng)噴播植草綠化防護(hù)；K1+010～K1+160段坡率變更為1∶1.5，坡腳設(shè)混凝土擋墻，第一至五級(jí)坡設(shè)置錨桿格梁加固，坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土封閉或掛鐵絲網(wǎng)噴播植草綠化防護(hù)；K1+160～K1+300段第一級(jí)坡設(shè)置抗滑樁支擋+錨索錨固，第二至三級(jí)坡設(shè)置錨索格梁加固，第四至五級(jí)坡按原設(shè)計(jì)施工錨桿格梁，坡面及格梁間采用掛鐵絲網(wǎng)噴播植草綠化；K1+310～K1+480段第一級(jí)坡設(shè)混凝土擋墻，坡率根據(jù)現(xiàn)場將滑塌體清除干凈為準(zhǔn)。

邊坡于2021年9月下旬開始按第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案開挖施工，至2022年1月已經(jīng)基本完成施工。按第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案施工后，K0+812～K1+000段坡面平臺(tái)及格梁出現(xiàn)裂縫，12月份在一級(jí)寬平臺(tái)實(shí)施堆載反壓；K1+160～K1+310段在卸載樁前土后，抗滑樁樁身及一、二級(jí)坡平臺(tái)出現(xiàn)裂縫，隨后回填樁前土堆載反壓；K1+310～K1+480段發(fā)生兩次小規(guī)模局部淺層滑塌，目前正在處治中。

3?全過程監(jiān)測

3.1?監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334-2018）［14］，本項(xiàng)目邊坡防治工程安全等級(jí)為一級(jí)。針對該邊坡的基本情況，采用自動(dòng)化監(jiān)測與人工監(jiān)測結(jié)合的技術(shù)手段。由于該邊坡歷經(jīng)兩次優(yōu)化設(shè)計(jì)，可將監(jiān)測周期大致分成三個(gè)階段：（1）開展監(jiān)測至第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)施工前（2020-12-01至2021-01-31）；（2）第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)施工至第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)施工前（2021-02-01至2021-09-30）；（3）第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)施工至今（2021-10-01至2022-03-31）。每個(gè)階段的監(jiān)測內(nèi)容與監(jiān)測方法如表2所示。本文主要從裂縫監(jiān)測和深部位移監(jiān)測對邊坡坍塌失穩(wěn)進(jìn)行分析。

3.2?監(jiān)測網(wǎng)、測點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)和邊坡現(xiàn)狀，布設(shè)7條監(jiān)測斷面，以監(jiān)測線為主形成邊坡監(jiān)測網(wǎng)，并開展地表巡查等手段補(bǔ)充邊坡監(jiān)測資料。監(jiān)測點(diǎn)布置根據(jù)設(shè)計(jì)方案及施工情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，三個(gè)階段的監(jiān)測點(diǎn)布置見下頁表3。

4?結(jié)果與分析

本文采用了多種監(jiān)測方法，但裂縫監(jiān)測和深部位移監(jiān)測對于滑坡安全預(yù)警、滑面位置標(biāo)定和穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)估最為有效，因此主要從裂縫和深部位移兩個(gè)方面對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

4.1?裂縫監(jiān)測

在階段一和階段二分別布置有3個(gè)裂縫變形監(jiān)測點(diǎn)，階段三未布置有裂縫變形監(jiān)測點(diǎn)。各階段裂隙計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù)見表4和圖1。

由表4和圖1可知：

階段一裂縫LF2、LF4、LF5的變形以寬度增加為主，邊坡處于滑面裂縫進(jìn)一步貫通拉寬階段。裂縫在牽引變形作用下有持續(xù)加深、加寬的趨勢，并在坡體形成和積蓄足夠的臨空條件下繼續(xù)牽引坡體后緣出現(xiàn)新的拉張裂縫，如此循環(huán)往復(fù)，逐漸形成多層級(jí)，多梯次的拉張裂縫，進(jìn)而對邊坡穩(wěn)定性造成決定性影響。

階段二LF19、LF21無明顯變化，LF22的寬度、長度均有明顯增加，且新增數(shù)條次生裂縫，該裂縫崩解發(fā)育仍在加劇累積。這主要和邊坡巖性特征有關(guān)，該裂縫區(qū)域主要為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖反復(fù)受雨水浸泡干濕循環(huán)作用的影響，使其崩解速度進(jìn)一步加快，隨著LF22的變形發(fā)展，裂縫的切割深度逐漸增大、寬度逐漸增寬，形成足夠的臨空條件，將會(huì)進(jìn)一步牽引后緣坡體的變形，進(jìn)而對邊坡穩(wěn)定性造成直接影響。

4.2?深部位移監(jiān)測

由于不同監(jiān)測階段所布設(shè)的深部位移監(jiān)測點(diǎn)不同，故將深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分為三個(gè)階段。

4.2.1?階段一

選取典型的2-2和7-7監(jiān)測剖面對滑坡的滑動(dòng)面進(jìn)行分析，其典型深部測斜數(shù)據(jù)如圖2～3所示。

K0+812～K1+000段2-2監(jiān)測剖面出現(xiàn)雙層滑動(dòng)變形如圖2（b），2-CX4的累積變形量大于2-CX3的累積變形量，故該段變形屬于牽引滑動(dòng)變形?；姊俜逯道鄯e變形10.78～14.95 mm，峰值平均變形速率0.36～0.41 mm/d；滑面②峰值累積變形3.21～13.67 mm，峰值平均變形速率0.07～0.33 mm/d。階段一邊坡深部位移處于極低速～低速變形階段。

K1+310～K1+480段7-7監(jiān)測剖面出現(xiàn)單層滑動(dòng)變形如圖2（d、e），7-CX2的累計(jì)變形量大于7-CX1的累計(jì)變形量，故該段變形也屬于牽引滑動(dòng)變形?；娣逯道鄯e變形101.00～107.49 mm，峰值平均變形速率4.04～5.97 mm/d。本段邊坡深部位移處于中高速～高速變形階段。

4.2.2?階段二

選取典型的4-4監(jiān)測剖面對滑坡的滑動(dòng)面進(jìn)行分析，其典型深部測斜數(shù)據(jù)如圖4所示。

K1+000～K1+160段4-4監(jiān)測剖面在本階段前期出現(xiàn)單層滑動(dòng)變形，滑面峰值累積變形12.23 mm，峰值平均變形速率0.35 mm/d。本段邊坡深部位移處于間歇性的極低速變形階段。

4.2.3?階段三

經(jīng)過兩次設(shè)計(jì)變更對滑坡進(jìn)行處治后，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，深層測斜監(jiān)測結(jié)果表明滑面累計(jì)變形量明顯降低，最大為15.15 mm，變形速率為0.01～0.37 mm/d，邊坡中下部淺層處于極低速變形階段。其中最大累計(jì)變形量和變形速率出現(xiàn)在2-2監(jiān)測剖面中，其累積位移-深度-時(shí)間曲線和斷面見圖5。

5?結(jié)語

通過全過程監(jiān)測技術(shù)，對賀巴高速公路某路塹高邊坡的坍塌失穩(wěn)現(xiàn)象進(jìn)行深入研究和治理。研究過程分為三個(gè)階段，主要以裂縫和深部位移監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，對邊坡的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和分析。主要得出結(jié)論如下：

（1）通過裂縫監(jiān)測可知，裂縫以拉張裂縫為主。在第一階段過程中，邊坡裂縫持續(xù)拉寬加深，呈現(xiàn)多層級(jí)、多梯次的拉張裂縫發(fā)展趨勢，加劇了邊坡穩(wěn)定性的惡化。到了第二階段，邊坡經(jīng)過初步的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，部分裂縫已無明顯變化，但淺層部位仍然存在寬度和長度持續(xù)增長的裂縫，并新增數(shù)條次生裂縫，進(jìn)一步降低了邊坡穩(wěn)定性。因此，進(jìn)行第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)是有必要的。

（2）邊坡變形主要以牽引滑動(dòng)變形為主。在第一階段過程中，邊坡變形主要位于2-2和7-7監(jiān)測剖面，分別為雙層滑動(dòng)變形和單層滑動(dòng)變形，且7-7剖面處

于中高速變形階段；第二階段時(shí)，兩處剖面仍出現(xiàn)不同程度的滑塌破壞；第三階段時(shí)，2-2剖面變形速率加快，因此，2-2剖面的坡體需要及時(shí)治理，并加強(qiáng)防護(hù)。

（3）裂縫監(jiān)測、深度位移監(jiān)測和巡查等監(jiān)測方法相結(jié)合的高邊坡全過程監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)時(shí)地捕捉到施工過程中的任何異常變化，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析和反饋，對工程優(yōu)化提供決策支持。

參考文獻(xiàn)

［1］王堃宇，王奇智，高龍山，等.基于三維激光掃描技術(shù)的邊坡表面變形監(jiān)測［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（20）：11-16.

［2］李?剛，肖?繁，劉?浩，等.邊坡聲發(fā)射監(jiān)測研究綜述［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2018，35（11）：57-62.

［3］Donati D，Stead D，Brideau M，et al.Using pre-failure and post-failure remote sensing data to constrain the three-dimensional numerical model of a large rock slope failure［J］.Landslides，2020.

［4］于?玲，韓?猛，魯?寧，等.基于GPS技術(shù)的露天煤礦邊坡變形規(guī)律及趨勢分析［J］.煤礦安全，2019，50（8）：232-235.

［5］Kien N T，Nakashima S，Shimizu N.Displacement monitoring using GPS at an unstable steep slope and the performance of a new low-cost GPS sensor［C］.Geotechnics for Sustainable Infrastructure Development.Springer Singapore，2020.

［6］費(fèi)漢強(qiáng)，馬?增，潘?懿，等.基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全球定位測量的邊坡監(jiān)測預(yù)警研究［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2023，43（7）：54-59.

［7］張?龍，白旭光，田騰飛，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的公路工程邊坡智能動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］.公路，2022，67（9）：122-127.

［8］李時(shí)宜，李?浩，季文斌，等.基于布里淵光時(shí)域反射儀的邊坡監(jiān)測光纖傳感器結(jié)構(gòu)［J］.光子學(xué)報(bào)，2021，50（9）：115-123.

［9］趙?謙，許新亞.基于條紋投影和二維主成分分析的邊坡監(jiān)測方法［J］.工礦自動(dòng)化，2015，41（11）：56-59.

［10］Di W，Bang Z，Jing W，et al.Design and implementation of intelligent early warning system for slope monitoring based on BDS［J］.全球定位系統(tǒng)，2019，44（3）：99-104.

［11］Preston R P.Implementation of a Pit Slope-Monitoring Network for Inactive Open-Pit Mines Using Photogrammetry［J］.Rock Mechanics and Rock Engineering，2021，54（6）：3 377-3 385.

［12］Cho J，Lee J，Lee B.Application of UAV photogrammetry to slope-displacement measurement［J］.KSCE Journal of Civil Engineering，2022，26（4）：1 904-1 913.

［13］Zheng Y，Zhu Z W，Deng Q X，et al.Theoretical and experimental study on the fiber Bragg grating-based inclinometer for slope displacement monitoring［J］.Optical Fiber Technology，2019（49）：28-36.

［14］JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.