高速公路高陡巖質(zhì)邊坡監(jiān)測(cè)的必要性

高速公路高陡巖質(zhì)邊坡監(jiān)測(cè)的必要性

隨著國(guó)家在道路上的大量投資，道路距離的逐年增加，高邊坡建設(shè)不可避免地會(huì)出現(xiàn)。巖質(zhì)邊坡在開挖過程中會(huì)產(chǎn)生過多的臨空面,而導(dǎo)致巖石卸荷回彈發(fā)生山體崩塌或滑坡。通過監(jiān)測(cè)可以了解和掌握可能發(fā)生滑坡的地質(zhì)特征信息,能夠及時(shí)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、保證施工安全,所以對(duì)巖質(zhì)邊坡的監(jiān)測(cè)是非常必要的。1邊坡地質(zhì)調(diào)塑的地質(zhì)意義該高速公路采用明挖方式橫穿山脈,從而在高速公路兩側(cè)形成高陡巖質(zhì)邊坡。該邊坡最大坡高200多米,屬一級(jí)邊坡工程。該地區(qū)地處平原丘陵地區(qū),平原區(qū)高程約2~3m,山脈為NE走向,路線與山脈走向基本正交。在山體東南側(cè)有一山峰海拔289.2m,西北側(cè)有一山峰海拔287.7m,是該地區(qū)山脈的最高處。山脈東南坡較緩,整體坡度大約20°,局部地區(qū)達(dá)到30°,坡面基巖出露良好,植被較少,第四系覆蓋層較少,在部分山腳地區(qū)由于崩塌、滑坡作用而使得第四系覆蓋層較厚;西北坡較陡,整體坡度大于30°;東北側(cè)較緩,局部覆蓋層較厚,西南側(cè)較陡,可見數(shù)十米高的陡崖。該地區(qū)第四系覆土層很薄,基巖為一套前震旦系海洲群云臺(tái)組變粒巖、淺粒巖,巖性以灰白,肉色白云鈉長(zhǎng)變粒巖為主,其中二長(zhǎng)淺粒巖為主,中部夾綠泥片巖,下部夾鈉長(zhǎng)淺粒巖。然而綠泥片巖抗壓強(qiáng)度較低,遇水易軟化,且受到地下水活動(dòng)的影響,抗風(fēng)化能力差。而且邊坡巖體構(gòu)造結(jié)構(gòu)面發(fā)育,且存在一定數(shù)量的順傾、緩傾結(jié)構(gòu)面。地面地質(zhì)調(diào)繪結(jié)果表明,工程邊坡巖體以塊狀結(jié)構(gòu)為主,局部節(jié)理發(fā)育地段呈碎裂結(jié)構(gòu),偶爾在節(jié)理密集帶也可見到碎裂-散體結(jié)構(gòu)。邊坡區(qū)結(jié)構(gòu)面具有明顯的方向性,結(jié)構(gòu)面以陡傾為主,但存在一些緩傾結(jié)構(gòu)面,左右兩側(cè)邊坡均存在順傾、緩傾的結(jié)構(gòu)面,對(duì)邊坡不利。對(duì)左側(cè)邊坡而言,290°∠40°的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定不利,可能會(huì)引起邊坡的失穩(wěn);當(dāng)采用大爆破、大開挖或開挖后不及時(shí)支護(hù)時(shí),均有可能發(fā)生邊坡失穩(wěn)和局部巖體塌方。故地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防以及工程施工期和運(yùn)行期的安全是本工程技術(shù)人員的重點(diǎn)關(guān)心問題。2政策的主要內(nèi)容在“為安全而監(jiān)測(cè)”在思根據(jù)邊坡工程條件和特點(diǎn),確定監(jiān)測(cè)目的,選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)和建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng),需遵循以下原則:(1)既參考以前邊坡監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn),又結(jié)合該工程的實(shí)際情況,做到“目的明確、合理建網(wǎng)、方案可行、經(jīng)濟(jì)安全”,并切實(shí)貫徹“為安全而監(jiān)測(cè)”的宗旨。(2)實(shí)行“全網(wǎng)少測(cè)、簡(jiǎn)網(wǎng)勤測(cè);初期(施工期)多測(cè)、后期(運(yùn)營(yíng)期)少測(cè)”的觀測(cè)方針。(3)監(jiān)測(cè)儀器和方法的選用,遵循技術(shù)成熟、方法可靠以及高精度、高靈敏度、強(qiáng)適應(yīng)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的原則,并側(cè)重考慮現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件。邊坡監(jiān)測(cè)的基本目標(biāo)是:邊坡是否穩(wěn)定,若存在異常,在什么部位,其安全監(jiān)測(cè)流程(見圖1)。3邊坡監(jiān)測(cè)內(nèi)容在進(jìn)行監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的布置時(shí),需弄清楚監(jiān)測(cè)的重點(diǎn),靈活布置測(cè)點(diǎn),綜合布置監(jiān)測(cè)坡體應(yīng)力的監(jiān)測(cè)儀器(見圖2),從而準(zhǔn)確地捕捉邊坡變形、應(yīng)力及其他隨施工變化因素及邊坡本身穩(wěn)定性變化的信息。最后把所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合起來(lái),才能分析出邊坡的整體情況。該邊坡監(jiān)測(cè)內(nèi)容要從水平位移監(jiān)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)兩方面來(lái)進(jìn)行檢測(cè),邊坡兩側(cè)多為陡崖而且?guī)r體較為破碎,故監(jiān)測(cè)點(diǎn)除布置在中部以外,兩側(cè)也是檢測(cè)的重點(diǎn)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)兼顧了施工期監(jiān)測(cè)和邊坡穩(wěn)定性分析應(yīng)為優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工提供信息指導(dǎo)的原則,整個(gè)設(shè)計(jì)過程體現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。3.1邊坡位移監(jiān)測(cè)本項(xiàng)目采用能夠?qū)崿F(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的在線傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù):內(nèi)部水平多點(diǎn)位移計(jì)來(lái)進(jìn)行觀測(cè),共12個(gè)觀測(cè)孔,分別位于194平臺(tái)、134平臺(tái)、94平臺(tái)、54平臺(tái),形狀近似三角形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這樣可以根據(jù)不同部位或同一部位不同深度的多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù),來(lái)組成監(jiān)測(cè)實(shí)體模型,便于對(duì)邊坡的整體性分析。不同方向鉆孔中的多點(diǎn)位移計(jì)可監(jiān)測(cè)邊坡巖土體不同方向各測(cè)點(diǎn)的位移,邊坡位移監(jiān)測(cè)時(shí)將多點(diǎn)位移計(jì)的錨固端置于推測(cè)滑動(dòng)面下的完整、穩(wěn)固的基巖中,即可監(jiān)測(cè)其它點(diǎn)的絕對(duì)位移。不同高程的多點(diǎn)位移計(jì)也可通過測(cè)得數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行對(duì)比,將各個(gè)平臺(tái)測(cè)得的位移增加量綜合在一起,便可得知大概的滑裂面位置及形狀。3.2微壓傳感器的布置因該邊坡北側(cè)巖體有一段綠泥石夾層故左邊坡北側(cè)為垂直監(jiān)測(cè)重點(diǎn),巖體可能會(huì)沿著軟弱夾層傾向而產(chǎn)生滑裂面。邊坡垂直位移監(jiān)測(cè)由23個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和4個(gè)基準(zhǔn)參照點(diǎn)組成。其中23個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括7個(gè)多點(diǎn)位移計(jì)(見圖3)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、16個(gè)微壓傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn),其垂直高程誤差為±1.2mm。左邊坡的16套高精度微壓傳感器可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)控每級(jí)邊坡臺(tái)階上有限測(cè)點(diǎn)的沉降和不均勻沉降;利用一定數(shù)量的高精度微壓傳感器沉降觀測(cè)值,修正大量的剖面沉降觀測(cè)值,從而獲取每級(jí)邊坡臺(tái)階沉降在平面上的分布規(guī)律。為了減小大氣溫度變化對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響,微壓傳感器的埋設(shè)采用鉆孔埋入式,觀測(cè)孔的深度為3m,孔徑為91mm,共需16個(gè)深度為3m、孔徑為91mm的鉆孔。邊坡開挖過程中可以有效觀測(cè)巖體變形量,掌握其變形特性,進(jìn)而分析預(yù)測(cè)巖體的變形趨勢(shì),確保工程施工的安全。3.3工程中錨桿監(jiān)測(cè)在邊坡開挖過程中采用錨桿進(jìn)行加固防護(hù),而對(duì)錨桿軸力的監(jiān)測(cè)可以反映加固防護(hù)措施的效果。其應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在工程敏感部位,多為破碎帶、綠泥石夾層。工程中對(duì)錨桿監(jiān)測(cè)采用點(diǎn)焊式鋼筋應(yīng)力計(jì)將其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與位移監(jiān)測(cè)一起分析便可得知該邊坡穩(wěn)定性如何。根據(jù)設(shè)計(jì)方案,需開展應(yīng)力監(jiān)測(cè)的錨桿數(shù)量為錨桿總數(shù)量的10%。據(jù)此,邊坡錨桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量為:720根×10%=72根,每根錨桿布置1個(gè)錨桿軸力傳感器,共布置72套錨桿軸力計(jì)可以滿足監(jiān)測(cè)的需要。4監(jiān)測(cè)結(jié)果和分析4.1爆破后多點(diǎn)位移量的變化本文選取平臺(tái)134埋設(shè)的多點(diǎn)位移計(jì)來(lái)進(jìn)行分析,圖3為多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖,從11月19日初始為零開始,之后的數(shù)據(jù)發(fā)生小幅度變化,11月22日稍微有所升高,主要是因?yàn)橛捎谏喜窟吰麻_挖不久,支護(hù)措施缺乏,致使邊坡有沿坡腳向下局部滑移的趨勢(shì),但趨勢(shì)不明顯。到11月27日又基本恢復(fù),之后11月29日、12月2日、12月5日數(shù)據(jù)發(fā)生突變,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況,爆破作業(yè)的當(dāng)天采集數(shù)據(jù)都有跳動(dòng),所以前期多點(diǎn)位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線中跳動(dòng)較大的折點(diǎn)都是由爆破導(dǎo)致,但從11月19日到12月11日又恢復(fù)在-0.02mm-0.02mm之間,位移量是很小的。伴隨著支護(hù)、錨固措施的實(shí)施,巖體進(jìn)入新的平衡狀態(tài),后期多點(diǎn)位移量明顯比前期波動(dòng)幅度減小。最大跳動(dòng)量維持在-0.03mm-0.03mm之間,總的來(lái)說(shuō)多點(diǎn)位移曲線比較平緩。4.2山體內(nèi)地下水對(duì)邊坡排水劑的影響沉降實(shí)測(cè)折線圖選取134平臺(tái)的微壓傳感器數(shù)據(jù)來(lái)分析(見圖4),從圖4中我們可以看出,自儀器埋設(shè)后伴隨著高速公路邊坡的開挖沉降量不斷升高,一方面由于施工所致,另一方面由于山體內(nèi)地下水位升高所致。雖然山體內(nèi)地下水貧乏,但仍可以產(chǎn)生較大的水頭壓力,從而影響邊坡的穩(wěn)定性。11月23日開始出現(xiàn)較大的折點(diǎn),其主要原因是該地區(qū)進(jìn)入雨季地下水位升高,之前沉降量為3mm,之后的沉降量跳動(dòng)為±6mm,但都基本穩(wěn)定在4mm-11mm之間,沉降量很小。4.3錨桿注漿前后受力的變化分析選取134平臺(tái)當(dāng)中一套錨桿軸力數(shù)據(jù)并制出軸力變化圖(見圖5),從圖5中可以看出錨桿注漿完成后,8m長(zhǎng)的錨桿呈輕微受壓趨勢(shì),4m長(zhǎng)的錨桿呈輕微受拉趨勢(shì),錨桿軸力的增量均小于1kN,錨桿軸力的變化與砂漿的凝固收縮以及氣溫下降產(chǎn)生的冷縮有關(guān)。顯然,實(shí)測(cè)結(jié)果表明,目前東坡北側(cè)(錨桿主要布置于北側(cè))的穩(wěn)定性良好,這與多點(diǎn)位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。5高邊坡穩(wěn)定檢測(cè)與應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析的必要性巖質(zhì)高邊坡監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)主要圍繞著現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析展開,監(jiān)測(cè)結(jié)果反映了邊坡在施工及運(yùn)行期的性狀,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性分析,確保了工程安全施工與運(yùn)行。邊坡加固工程的設(shè)計(jì)必須參照監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)結(jié)果分析來(lái)不斷優(yōu)化,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果則可以作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。不僅能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)節(jié)省開支,還能夠準(zhǔn)確了解邊坡安全狀況,減少安全事故的發(fā)生。對(duì)于此高邊坡,綜合變形監(jiān)測(cè)與應(yīng)力監(jiān)測(cè)的結(jié)果,可以得出現(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的高邊坡整體是穩(wěn)定的結(jié)論,但是邊坡變形是一個(gè)很漫長(zhǎng)的過程,內(nèi)部巖石力學(xué)性質(zhì)會(huì)隨時(shí)間的變化而不斷發(fā)展。邊坡的開挖面還在增加,而且還有很多外界因素影響著邊坡的穩(wěn)