公路高边坡的安全监测

张军

摘要：在参阅相关文献的基础上，对目前常用的边坡稳定性监测方法进行了介绍，以研究区公路高边坡为例，对研究区高边坡的地质条件和变形机理进行了分析，重点研究了利用位移计进行边坡内部位移的监测；通过对观测数据的分析，得出了研究区高边坡的近期的形变特点。

关键词：公路高边坡；监测；位移计

0 引言

自20世纪90年代以来，随着我国经济建设发展，对公路交通的要求也越来越高。我国是一个多山的国家，山区的面积约占全国总面积的70%，由于地貌、地质条件限制和公路线形的制约，高填、深挖引起的边坡问题已十分普遍。上世纪80年代初期，我国路线等级低，高填深挖较少，高边坡问题还没有引起足够的重视。由于缺乏对高边坡稳定性的系统研究，以及没有供设计部门应用的成熟经验，常出现高边坡失稳破坏的现象，造成巨大的社会经济损失。因此，公路边坡的稳定性研究和监测已成为道理工程急需解决的重要研究课题。

边坡的地质条件复杂多变，要在工程设计阶段准确无误地预测边坡岩土体稳定状况，不仅依赖于合理的设计和施工，而且取决与贯穿工程全过程的安全监测，目前，监测工作已成为边坡工程施工的重要环节。监测工作对正确评估边坡的安全状态、指导施工、反馈和修改设计、改进边坡设计方法等多方面都具有非常重要的意义，监测技术的引入使边坡工程的设计和施工在安全稳定和经济合理的协调统一中起到了不可或缺的桥梁作用。由于边坡位移监测系统较易建立，测值也较可靠，所以边坡监测都以位移监测为主。而边坡变形破坏过程中的累计位移是揭示边坡变形甚至破坏最直观的信息，能更有效地预测边坡变形的破坏时刻。因此，在工程实践中对边坡变形破坏过程的位移把握就显得十分重要。

本文以研究区的公路高边坡为例，对工程范围内公路高边坡的变形监测进行研究。

1 研究区公路高边坡概况

1.1 地质条件

研究区边坡为砂页岩段，自然坡度为40度左右，浅表部为坡残积块碎石土，其下为伏基岩为砂岩与页岩互层产出，以砂岩占多数，页岩为薄层状并表现为挤压揉皱，部分为层间挤压破碎带。浅表岩体强风化强卸荷，为层状-碎裂、层状-镶嵌结构的V级岩体，岩体强卸荷水平深度30-40m.

1.2 变形机理

研究区的边坡为一套完整性差且强烈风化卸荷松弛的层状-镶嵌碎裂结构岩体，岩体内不存在影响边坡整体失稳的贯穿性结构面。边坡开挖后，岩体松弛回弹，随着开挖向低高程进行，应力逐步向深部传递，变形逐渐向深部发展。目前监测资料反映的位移，是边坡岩体蠕变的反映。因边坡下部的深层锚索支护未及时跟进，边坡蠕变位移也未得到及时有效的抑制，边坡岩体变形一度出现加速蠕变的态势，但随着边坡开挖的结束，变形位移明显趋缓而且表现出减速蠕变的趋势。

2 边坡稳定性监测现状

边坡稳定性常用的监测方法大致可分为变形观测、应力观测和渗流观测3大类。具体方法如表1。

表1 常用边坡监测方法

变形观测 应力观测 渗流观测

目的 测边坡的位移、沉降和变形情况 监测边坡结构物、防护结构的安全性及防护效果 监测边坡的渗流及地下水变化

监测手段 位移计、测斜仪和沉降仪等 混凝土应力监测、土压力监测、孔隙水压力监测 渗压计等

2.1 边坡岩体变形观测

边坡变形监测方法繁多，主要有：

(1) 三角测量及精密水准测量。激光测距仪等，测距可达1-2k m；读数精度为±5mm。可在室内定时遥控进行多点观测。

(2) 滑坡记录仪，即坡面伸缩仪。这种仪器能自动记录和远距离传送，可在滑动体上进行多点测量。

(3) 裂缝观测，主要监测边坡裂缝宽度及宽度变化量。

(4) 地表多点位移计，主要用在边坡工程监测中。

(5) 钻孔挠度计，是探测边坡滑面的测量仪器，对具理想滑面的边坡，如层状结构的边坡最为适用。

(6) 钻孔倾斜计。是测量钻孔垂直度的一种仪器，了解岩体沿钻孔深度的变形， 适用于不具理想滑动面的边坡岩体。

2.2 边坡稳定性监测发展趋势

由于监测仪器和计算机技术的快速发展，已经出现了多种新兴的监测技术。GPS具有简便、迅速、准确等特点，在边坡监测中有着良好的表现。光纤测量系统作为比较先进的监测设备，在国内外已有成功的先例。基于GIS的边坡水文稳定性模型与大气环流模型(GCM)相结合预测气候变化对边坡影响等方法在欧洲等国也得到了广泛的应用。中国地质大学还首次用“核磁共振”监测滑坡，也取得了比较满意的结果。近景数字摄影测量技术也正应用于边坡监测中，它有别于传统的“点”测量监测方法，是一种基于“面” 测量的非接触监测技术，由中国测绘研究院研制的JX一4A数字摄影工作站和由武汉大学研制的VirtuoZo的Superstation测量系统工作站，在边坡监测中已取得了良好的效果。此外，声发射方法、时域反射法、光时域反射法等也正被应用于边坡监测之中。这些方法都代表了目前监测边坡最新的技术，随着科学技术的发展和人们对边坡认识的不断提高肯定会出现更多的监测方法。同时，由于网络的快速发展，边坡的现代监测方法应该是向着远程网络监控方向发展。

3 研究区公路高边坡变形监测

针对边坡的特点，本次工程采用三点式位移计，即三个传感器统一装在孔口，分别对应三个不同深度的测杆，测杆上的锚头固定在岩体里，实施安全监测。多点位移计主要用于监测深度大于20m的地下岩土体的变形，可在同一个钻孔中沿长度方向设置多个不同深度的测点，最多可达10个。

位移计由锚头、测杆、测杆保护管、过渡管、安装机座、锚头深度、测杆长度及测杆套接长度组成。

图1 多点式位移计示意图

3.1 位移计的工作原理

位移计的工作原理是将位移计与基岩牢固结成一体，当岩体沿钻孔轴线方向变位时，锚头经测杆将唯一变化量传递给安装于孔口基准处的测缝针并由振弦式读数仪读出与位移变化量相对应的频率。

3.2 监测断面选择原则

（1）边坡监测断面的选择。监测断面通常选在地质条件差、可能破坏的、变形大的部位，如有裂隙、断层、危岩体等可能出现破坏的部位；或者稳定性差、边坡坡度高的部位；或者做过分析计算、模型试验的典型部位；或结构上有代表性的部位等处。

（2）根据地质条件的好坏、边坡的高度和坡度的大小、结构上的代表性等因素，分为重要监测断面和次要监测断面。

（3）在重要断面上，布置的仪器和监测项目应远远多于次要监测断面。自动化程度要高于次要断面，且同一监测项目宜于平行布置，以保证成果的可比性和准确性。

（4）监测按断面布置。以监控边坡的整体稳定性为主，局部的稳定性为辅。

3.3 公路高边坡内位移监测布置

对研究区高边坡的监测分成三个监测断面，每个监测断面间距40m。第一个断面分五级马道共布置了3套三点位移计，第二个断面分六级马道共布置了3套三点位移计，第三个断面分六级马道共布置了3套三点位移计，用以监测边坡岩体不同深度的深层位移变化。每套设计孔深40m,第一组测杆长7m，第二组测杆长23m，第三组测杆长36m，

3.4 位移计的观测方法

本工程位移计采用BGKA-6-100三点位移计，量程100mm。数据测读采用与仪器配套的弦式仪器读数仪BGK-408，测读频次为初期观测与施工期观测，具体如下：

初期观测：仪器埋设灌浆终凝后24小时以上的测值可作为基准值，并应取三次连续测值小于1%F.S时平均值作为基准值。每次监测取连续二次测读接近值的平均值作为正式测读，并记录在监测记录表内。在基准值确定后的前三天，每天测读1-2次。若变形稳定，以后每周测读一次，或根据变化速率调整监测次数。

施工期观测：在观测仪器安装埋设好的3日内，每8小时测一次，之后每天测一次，观测一周后每三天观测一次，连续观测一周后每周观测一次，2-3个月后到第一次过水前每旬观测一次，过一个雨季后每月观测一次，遇到特殊情况时，每天观测一次。

4 监测成果分析

边坡采用三点式位移计主要监测边坡内部不同深度岩层相对于洞口的水平位移量，这个相对位移说明了岩层深处的压缩和松动。综合近期的观测数据分析：

（1）边坡不同深度的岩体，位移均不同程度的存在增长趋势，但变化速率均较小。

（2）施工后期位移计的总体位移变化相对以前的较小，且变化基本稳定，说明边坡加固措施效果显著。

（3）边坡表层因为混凝土加固影响，表层岩体的位移小于深部岩体位移。

（4）近期岩体的位移变化已很小，月变化率基本上都小于0.5mm./月，无显著的突变现象，说明岩体位移基本处于相对稳定状态。

5 结束语

通过本工程中位移计的监测实例，体现了位移计监测方法具有监测精度高、测程可调、监测成果直观等优点，适用于边坡变形的中、长期监测；但电子仪表对使用环境要求较高，如果传感器长期在恶劣环境下工作容易受潮生锈，电子元件也容易老化而变得性能不稳定。

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