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    公路边坡变形监测工作存在的问题与建议

    时间：2023-01-28 17:15:08来源：百花范文网本文已影响人

    ■吴维义 杨 珩 姬同旭

    （1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵阳 550081；
    2.贵阳环城高速公路营运有限公司，贵阳 550025）

    监测是了解边坡变形的有效手段，特别是随着近年来科学技术的进步，自动化监测得到了长足发展，在天—空—地监测方面均取得了技术突破。

    其中，王天宇等[1]、王凯等[2]研究了InSAR 技术在公路边坡监测工作中的应用， 并提出了相应的改进方法，且在实际工程项目中得到了验证，取得了良好的工程效果；
    张青青等[3]结合广东省山区营运高速公路边坡病害特点和典型案例，对无人机航拍技术的应用状况进行分析，并就无人机航拍的效率与精度进行了讨论；
    梁苗等[4]依托基于LoRa 技术数据传输的深部位移监测系统，实现了对山区某高速公路边坡变形远程自动化监测，获取了边坡应急加固处治前后的深部变形数据。

    此外，相关规范[5-8]对边坡监测工作也做出了相应的要求。

    但在实际工程应用中，虽然学界对监测意义、监测周期长短、监测精度大小、预警阈值设定与预警方法等5 个问题讨论较多，但观点尚不统一，因此本研究结合多个监测项目实例，对上述问题进行分析，并提出相关思考与建议，以供参考。

    为什么监测？ 这是开展自动化监测工作首先要回答的问题，针对该问题，学者刘代文等[9]总结得比较全面， 概况起来可分为病害前期的特征观测与灾害预警、处置措施实施期间的动态优化与安全监控、处置工后的效果验证与长期变形规律研究几类。

    因此，针对不同的边坡地质病害特征，其监测的目的与价值不尽相同，并不是某些业主单位认为的遇见边坡问题，直接上处置措施，就可一劳永逸的。

    自动化监测虽然可以实现边坡变形数据的自动化采集、传输、分析与预警，但是监测只是分析岩土变形规律的技术手段之一， 并不是现场安装自动化设备后就可“放心”，无论哪一种监测手段，都无法全范围、准确地掌握边坡的变形规律。

    基于地质知识理论的调查与分析永远是解决岩土体变形问题的基础， 在监测期间不定期的现场巡视是掌握边坡现场情况的有效手段，也是验证自动化监测可靠性的主要方法。

    关于公路边坡监测周期的规定，主要相关的规范标准如下：GB50026-2020《工程测量标准》规定，“边坡监测点在3 年内变形不显著并预计若干年内周边环境无重大变化时，可适当延长监测周期或结束监测”；
    JTG D30-2015《公路路基设计规范》规定，“运营期监测周期应根据公路等级、 地质复杂程度确定，要求高速公路路堑边坡应为公路建成运营不少于1 年”；
    JTG∕T3334-2018 《公路滑坡防治设计规范》 规定，“监测周期应起于防治工程交工验收，与施工安全监测阶段相衔接，止于公路运营后不少于1 个水文年。

    勘察阶段监测周期不宜少于30 天”。由此可知， 不同阶段的边坡有不同的监测周期要求，特别是随着自动化监测技术的发展，从安全角度出发，对监测周期的要求也越来越长。

    因此，对特定的边坡变形问题，应充分考虑边坡特征，制定合理的监测周期，并根据监测数据，动态科学地规划监测时长， 确保既能准确掌握边坡的变形规律，又不造成资源的浪费。

    关于公路边坡监测精度，不同监测对象、不同监测阶段、不同监测手段都有不同要求，目前主要的相关规范标准如下：（1）GB50026-2020《工程测量标准》规定，边坡的监测精度要求如表1 所示；
    （2）JTG∕T3334-2018《公路滑坡防治设计规范》规定，边坡地表变形监测中高程误差的观测精度应控制在±2 mm 以内；

    地表裂缝观测精度应为0.1～1.0 mm；

    地下深部位移误差要求不得超过±5 mm/15.0 m；

    地下水监测精度要求在±35 mm～±10 mm。从监测实际工程来看，监测的精度往往与监测目的直接相关，如对某一边坡，在专项评估后认为其存在安全风险，但边坡又未出现明显变形迹象，只是为了监测边坡是否变化，此时监测精度可适当降低，尤其适用于土质边坡或二元结构边坡。

    该方法对运营期的公路边坡来说可有效降低监测成本费用。

    表1 边坡监测精度要求 （单位：mm）

    关于公路边坡预警阈值的设定，一直是困扰工程界的技术难题， 总结起来有定性与定量2 种方法，而对于自动化监测来说，只有定量才有利于实施；
    其中，JTG∕T3334-2018《公路滑坡防治设计规范》建议，“警戒值采用深部位移5 mm/d（连续变形3～5 d）、前缘剪出裂缝的危险位移量10 mm/d 较为合适”；
    GB50330-2013 《建筑边坡工程技术规范》规定：“土质边坡支护结构坡顶的最大水平位移大于边坡开挖深度的1/500 或20 mm， 以及其水平位移速度连续3 d 大于2 mm/d 应预警”；
    但实际工程中边坡变形与上述的预警阈值关联性存在一定差异。

    如某公路边坡路基面与坡顶高差127.4 m，为九级边坡，上覆第四系残坡积层（Qel+dl）含碎石粉质粘土及碎石土；

    下伏基岩为二叠系龙潭组 （P2l）砂岩、泥岩、夹层煤，边坡的支护措施主要为坡脚采用锚索抗滑桩+挡板，坡面为格构锚索、钢管桩与挂网支护；
    为掌握边坡的变形情况，在边坡主断面上布设了7 个深部位移监测孔，并在坡面布设了大量的地表位移监测点。

    下面以主断面的1 个监测孔数据与布设在抗滑桩顶的地表位移监测点数据为例，说明项目的监测预警情况。

    BJCK6 孔监测深度为23.5 m，位于一级平台抗滑桩之上，于2016 年4 月8 日第一次监测， 监测日期为2016 年4 月8 日—2018 年3 月1 日，累计监测167 次，合成方向的累计相对位移如图1 所示。

    从图中可知，孔口处累计相对位移最大，为97.95 mm。

    在深部位移孔未实施前，为掌握边坡的变形情况，在一级平台抗滑桩桩顶布设了多个地表位移监测点，然后利用全站仪定期测量各监测点的位移，其中b18、b20、a7、c7、c8 等监测点的累计位移如图2 所示，可知桩顶的最大位移量约为1.4 m，监测期间发布预警多次，治理完成后，抗滑桩呈现倾斜状态（图3）。

    从该实例可知，边坡实际变形量远大于规范规定预警阈值， 因此，在采用预警阈值控制的同时， 应充分考虑变形速率，利用变形量与变形速率的双控指标来实现边坡的预警将是有效的解决方案。

    图1 BJCK6 合成方向累计相对位移

    图2 一级平台抗滑桩监测点累计位移

    图3 治理完成后的边坡现场

    预警阈值的设置是影响边坡预警的关键因素。其中对边坡坡面布设的多种监测设备，是某一设备监测值超过预警值就预警，还是同时多种设备共同触发预警值时预警，是需要解决的关键问题。

    针对这一问题，结合实例研究认为，对只有单一设备触发预警值的情况，首先应分析监测所在部位是否存在局部变形的可能；
    其次应考虑岩土体变形规律下监测数据特征，判断是监测设备问题还是边坡变形问题，如边坡某一监测设备触发预警，同时其他布设在坡面的设备也均显示数据异常，此时应高度警惕此为边坡整体变形因素所致， 及时启动应急预案。

    对于边坡在暴雨、夜间等特殊时段出现预警情况如何分析判断的问题， 建议结合现有视频技术，在边坡特殊部位布设适当的视频监测点，这样当边坡出现不必要的人为或其他因素引起的变形时，可第一时间排除，有效提高监测工作效率，同时视频也是对现场监测设备数据变形的验证手段之一。

    如某运营期公路边坡为一级开挖，最大开挖高度约24 m，坡率为1∶0.75，坡面设计采用钢管桩与SNS 主动防护网进行防护， 坡后顺接高约65 m 的自然坡；

    在地质灾害隐患排查时发现坡面有裂缝，存在潜在的安全隐患。

    经论证，对后缘裂缝采用拉绳式监测设备监测，并在坡面主断面布设2 个深部侧向位移监测孔，在孔内埋设地下水位计，在监测期内，靠近路基的深部侧向位移监测孔数据出现异常，监测数据如图4、5 所示。

    从图4、5 可知，在5 月4 日23∶00 左右时，16 m 监测点的监测数据出现突变，相对前一监测时间点，平均位移增大20 mm左右，后续数据变化平稳。

    为此，监测人员及时查看了该监测孔的地下水位监测情况，发现地下水位平稳， 同时坡面布设的其他监测点数据未见异常，排查了边坡整体失稳的可能；
    并根据岩土体变形规律分析，坡体变形是一个渐进过程，不可能一蹴而就（数据的采集频率为0.5 h）， 因此排查了边坡变形的可能；
    为了进一步验证分析的可靠性，组织相应人员对边坡坡面进行巡视，重点查看了该监测孔附近的结构物与岩土体情况， 未见异常情况出现，因此该突变情况不是边坡变形所致，后续的监测数据也印证了分析的可靠性， 而对于该突变的原因，初步推测为传感器与测斜管或测斜管与岩土体不耦合所致。

    图5 深部侧向时间相对位移曲线（孔深3.5 m 处）

    （1）基于地质理论知识的调查是分析岩土体变形问题的基础，监测只是分析岩土变形规律的技术手段之一，在监测期间不定期的巡视是掌握边坡现场情况的有效手段，是验证自动化监测可靠性的主要方法。

    （2）监测工作中，应充分结合边坡特征制定合理的监测周期，并应根据监测数据，动态科学地规划监测时长， 确保能准确掌握边坡的变形规律，又不造成资源的浪费。

    （3）边坡预警阈值的设定是世界性难题，监测工作中，岩土工程师应充分根据实际情况设定合理的预警阈值，目前采用变形量与变形速率的双控方案是有效的解决途径之一。

    （4）多监测数据的同台分析是判断边坡整体是否变形的有效方法，对于某一监测点或监测设备的数据突变问题，应结合实际情况逐一排查原因。

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