高速公路高陡巖質(zhì)邊坡監(jiān)測的必要性

高速公路高陡巖質(zhì)邊坡監(jiān)測的必要性

隨著國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)不可避免地會出現(xiàn)。巖質(zhì)邊坡在開挖過程中會產(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,能夠及時預(yù)測、預(yù)報、保證施工安全,所以對巖質(zhì)邊坡的監(jiān)測是非常必要的。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組變粒巖、淺粒巖,巖性以灰白,肉色白云鈉長變粒巖為主,其中二長淺粒巖為主,中部夾綠泥片巖,下部夾鈉長淺粒巖。然而綠泥片巖抗壓強度較低,遇水易軟化,且受到地下水活動的影響,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,對邊坡不利。對左側(cè)邊坡而言,290°∠40°的結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定不利,可能會引起邊坡的失穩(wěn);當采用大爆破、大開挖或開挖后不及時支護時,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行期的安全是本工程技術(shù)人員的重點關(guān)心問題。2政策的主要內(nèi)容在“為安全而監(jiān)測”在思根據(jù)邊坡工程條件和特點,確定監(jiān)測目的,選擇監(jiān)測項目,設(shè)計和建立監(jiān)測系統(tǒng),需遵循以下原則:(1)既參考以前邊坡監(jiān)測的經(jīng)驗,又結(jié)合該工程的實際情況,做到“目的明確、合理建網(wǎng)、方案可行、經(jīng)濟安全”,并切實貫徹“為安全而監(jiān)測”的宗旨。(2)實行“全網(wǎng)少測、簡網(wǎng)勤測;初期(施工期)多測、后期(運營期)少測”的觀測方針。(3)監(jiān)測儀器和方法的選用,遵循技術(shù)成熟、方法可靠以及高精度、高靈敏度、強適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性的原則,并側(cè)重考慮現(xiàn)場的環(huán)境條件。邊坡監(jiān)測的基本目標是:邊坡是否穩(wěn)定,若存在異常,在什么部位,其安全監(jiān)測流程(見圖1)。3邊坡監(jiān)測內(nèi)容在進行監(jiān)測網(wǎng)點的布置時,需弄清楚監(jiān)測的重點,靈活布置測點,綜合布置監(jiān)測坡體應(yīng)力的監(jiān)測儀器(見圖2),從而準確地捕捉邊坡變形、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)測點綜合起來,才能分析出邊坡的整體情況。該邊坡監(jiān)測內(nèi)容要從水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測兩方面來進行檢測,邊坡兩側(cè)多為陡崖而且?guī)r體較為破碎,故監(jiān)測點除布置在中部以外,兩側(cè)也是檢測的重點。該監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計兼顧了施工期監(jiān)測和邊坡穩(wěn)定性分析應(yīng)為優(yōu)化設(shè)計和施工提供信息指導(dǎo)的原則,整個設(shè)計過程體現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計思想。3.1邊坡位移監(jiān)測本項目采用能夠?qū)崿F(xiàn)快速、實時的在線傳感器監(jiān)測技術(shù):內(nèi)部水平多點位移計來進行觀測,共12個觀測孔,分別位于194平臺、134平臺、94平臺、54平臺,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位移監(jiān)測點數(shù)據(jù),來組成監(jiān)測實體模型,便于對邊坡的整體性分析。不同方向鉆孔中的多點位移計可監(jiān)測邊坡巖土體不同方向各測點的位移,邊坡位移監(jiān)測時將多點位移計的錨固端置于推測滑動面下的完整、穩(wěn)固的基巖中,即可監(jiān)測其它點的絕對位移。不同高程的多點位移計也可通過測得數(shù)據(jù)來進行對比,將各個平臺測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)測重點,巖體可能會沿著軟弱夾層傾向而產(chǎn)生滑裂面。邊坡垂直位移監(jiān)測由23個監(jiān)測點和4個基準參照點組成。其中23個監(jiān)測點包括7個多點位移計(見圖3)監(jiān)測點、16個微壓傳感器監(jiān)測點,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時在線監(jiān)控每級邊坡臺階上有限測點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值,修正大量的剖面沉降觀測值,從而獲取每級邊坡臺階沉降在平面上的分布規(guī)律。為了減小大氣溫度變化對觀測結(jié)果的影響,微壓傳感器的埋設(shè)采用鉆孔埋入式,觀測孔的深度為3m,孔徑為91mm,共需16個深度為3m、孔徑為91mm的鉆孔。邊坡開挖過程中可以有效觀測巖體變形量,掌握其變形特性,進而分析預(yù)測巖體的變形趨勢,確保工程施工的安全。3.3工程中錨桿監(jiān)測在邊坡開挖過程中采用錨桿進行加固防護,而對錨桿軸力的監(jiān)測可以反映加固防護措施的效果。其應(yīng)力監(jiān)測點主要布置在工程敏感部位,多為破碎帶、綠泥石夾層。工程中對錨桿監(jiān)測采用點焊式鋼筋應(yīng)力計將其監(jiān)測數(shù)據(jù)與位移監(jiān)測一起分析便可得知該邊坡穩(wěn)定性如何。根據(jù)設(shè)計方案,需開展應(yīng)力監(jiān)測的錨桿數(shù)量為錨桿總數(shù)量的10%。據(jù)此,邊坡錨桿應(yīng)力監(jiān)測點的數(shù)量為:720根×10%=72根,每根錨桿布置1個錨桿軸力傳感器,共布置72套錨桿軸力計可以滿足監(jiān)測的需要。4監(jiān)測結(jié)果和分析4.1爆破后多點位移量的變化本文選取平臺134埋設(shè)的多點位移計來進行分析,圖3為多點位移計實測數(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,主要是因為由于上部邊坡開挖不久,支護措施缺乏,致使邊坡有沿坡腳向下局部滑移的趨勢,但趨勢不明顯。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)場施工情況,爆破作業(yè)的當天采集數(shù)據(jù)都有跳動,所以前期多點位移實測數(shù)據(jù)曲線中跳動較大的折點都是由爆破導(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、錨固措施的實施,巖體進入新的平衡狀態(tài),后期多點位移量明顯比前期波動幅度減小。最大跳動量維持在-0.03mm-0.03mm之間,總的來說多點位移曲線比較平緩。4.2山體內(nèi)地下水對邊坡排水劑的影響沉降實測折線圖選取134平臺的微壓傳感器數(shù)據(jù)來分析(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,其主要原因是該地區(qū)進入雨季地下水位升高,之前沉降量為3mm,之后的沉降量跳動為±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平臺當中一套錨桿軸力數(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長的錨桿呈輕微受壓趨勢,4m長的錨桿呈輕微受拉趨勢,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,實測結(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,這與多點位移實測數(shù)據(jù)相吻合。5高邊坡穩(wěn)定檢測與應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果分析的必要性巖質(zhì)高邊坡監(jiān)測設(shè)計主要圍繞著現(xiàn)場監(jiān)測點布置和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析展開,監(jiān)測結(jié)果反映了邊坡在施工及運行期的性狀,在此基礎(chǔ)上,進行了邊坡穩(wěn)定性分析,確保了工程安全施工與運行。邊坡加固工程的設(shè)計必須參照監(jiān)測設(shè)計結(jié)果分析來不斷優(yōu)化,監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果則可以作為優(yōu)化設(shè)計的重要依據(jù)。不僅能夠為工程設(shè)計節(jié)省開支,還能夠準確了解邊坡安全狀況,減少安全事故的發(fā)生。對于此高邊坡,綜合變形監(jiān)測與應(yīng)力監(jiān)測的結(jié)果,可以得出現(xiàn)階段現(xiàn)場監(jiān)測的高邊坡整體是穩(wěn)定的結(jié)論,但是邊坡變形是一個很漫長的過程,內(nèi)部巖石力學(xué)性質(zhì)會隨時間的變化而不斷發(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)