公路高边坡稳定性监测与评价分析

郭立华

摘要：为确定高边坡路堑边坡防护结构设计方案的合理性，文章采用现场监测法对边坡稳定性进行监测与评价。分析监测结果得出，高边坡施工前期位移变化速度快、位移量大，后期逐步趋于稳定；土压力在防护后迅速下降并达到稳定状态，虽然受到了降雨条件的影响，但边坡坡体总体处于稳定状态，说明防护结构设计合理，但在雨季仍需加强监测。

关键词：高边坡；稳定性监测；地表位移；浅部多点位移；土压力

中图分类号：U416.1+4 A 21 064 3

0 引言

在地质复杂的高陡边坡路堑工程施工过程中，为了保证边坡的稳定性，可对边坡变形情况进行监测，评价确定其稳定性。路堑的开挖破坏了土体原有的天然平衡，在各类因素综合作用下［1］，岩软弱结构面很容易产生剪切变形或滑动。随着变形和位移的发展，坡体顶部受拉产生一条张拉裂缝［2］，坡脚受压会产生一系列挤压裂缝。如果没有及时控制，很容易产生滑动变形引发滑坡事故。本文结合相关工程案例，在边坡上部布置测点开展变形监测，通过分析作为判定路基边坡稳定性的主要依据。

1 工程概况

某高速公路K209段为高边坡路段，长度为194 m，最大高度为61 m，最低高度为54 m。该施工区域为低山丘陵地区，地形起伏大，边坡上覆低液限粉土，厚度为1.5～2.0 m，下部为青灰色千枚板岩，岩体为强风化岩石，较破碎。岩体内部裂隙节理发育，裂隙有水平、垂直和倾斜35°左右几类。且坡体内部潜在滑动面倾角达40°～55°，坡体容易形成浅层滑坡。该高路堑边坡按八级设计，自一级边坡向上每级高8 m，一、二级边坡采用预应力锚索框架梁防护，设计坡度为1∶0.25；三、四级边坡采用人型骨架护坡，设计坡度为1∶0.5；五、六级边坡采用锚杆钢筋网防护，设计坡度为1∶1；七八级边坡拟采用植草防护，设计坡度为1∶1.25。为了确定边坡施工和运营使用后坡体内部的变形和应力情况，在施工过程中开展监测，及时采取措施进行加固，防止边坡产生滑动变形。

2 高边坡稳定性监测方案

2.1 监测内容

对高边坡坡体开展监测可以分析边坡的变形发展趋势，预测坡体的变形，进而评价边坡的稳定性和防护结构的有效性。通过在高边坡布置测点开展现场监测，收集分析数据边坡的变形特征与规律，进一步确定坡体变形边界、变形方向，确定有可能产生的破坏形式，为有针对性地制定科学合理的边坡防护方案、有效控制坡体变形提供有力依据。根据公路高边坡坡体变形发展规律和特点，确定监测内容主要包括坡体变形及开裂、垂直方向滑动、水平方向滑动、防护结构受力与位移，以及受降雨、地震、气温和地下水影响产生的受力和位移情况等。

公路高边坡坡体受力和变形监测方法主要有地质观测法、简易测量法、仪器仪表测量法、遥测法4种，其中地质观测法是通过日常巡查与检查的方式观测边坡坡体开裂、沉降、坍塌等变形和破坏特征；简易测量法主要是对边坡坡体大变形进行监测，通过布置简易测桩、标尺等，使用卷尺、游标卡尺对裂缝宽度进行监测；仪器仪表测量法是在边坡坡体变形初期或变形较小时开展的监测方法，主要通过在施工现场布置相应的仪器仪表，对边坡开裂、沉降、应力应变等进行监测；遥测法是借助全球定位系统（GPS）对边坡坡体变形和位移进行监测，主要在坡体发生快速边坡破坏时采用。通過现场位移监测，可以掌握边坡坡体的变形规律，对边坡的稳定性和支护结构的合理性开展评价。

2.2 监测方案

该项目高边坡监测包括边坡位移和应力两个方面，边坡位移监测主要包括坡体地表位移、浅部多点位移计，应力监测主要为土压力监测。位移监测的目的是确定坡体内部土体的变形大小和方向［3］，而应力监测是为了确定坡体内部的受力情况。通过开展位移和应力监测，可以为分析边坡内部应力分布情况和表观变形情况提供数据参考，综合评价确定边坡的稳定性。

K209段高边坡各级边坡已经进行了相关防护，但由于边坡高度较大，地质情况较差，还需要加强监测。通过建立坡体变形监测网，使用激光全站仪进行全方位立体监测［4］。另外，由于边坡内部岩土体风化严重，裂隙、节理发育，部分路段存在潜在滑动面，滑动面倾角为45°～56°。为了防止坡体出现浅层滑坡，在坡体内部布置多点位移计对坡体内部位移进行监测。坡体内部的受力情况采用土压力盒进行监测，埋设位置位于坡体底部和中部。地表位移测点布置在各级边坡上部和边坡平台，浅表位移计主要布置在四级边坡，埋设深度为5 m，土压力计共设置12个。各测点埋设完成后按照设计监测频率开展不间断监测，并做好监测数据分析，对异常部位及时采取措施加固设计。

3 高边坡稳定性监测结果分析

3.1 地表位移监测结果分析

本研究选取3个有代表性的测点监测数据进行分析，整理监测数据绘制时间-位移曲线如图2所示。

分析图2所示曲线变化趋势，3个测点地表位移变化均先增大后减小，最后逐步趋于平稳。21#监测点位于二级边坡平台位置，在完工后地表位移增速明显，在监测4 d后地表位移有所下降，而后有增大的趋势，分析原因是降雨引起的。在监测3个月以后，坡体位移基本趋于稳定，稳定在17 mm左右。

34#监测点位于三级边坡平台，监测前期地表位移变化趋势与21#监测点基本相同，在监测3 d后地表位移开始下降，在第5 d时达到最低，而后位移有小幅提高，分析原因也是降雨造成的。同样，3个月后的地表位移稳定在19 mm左右。

53#监测点位于六级平台，由于坡体后缘弃土体临空，监测初期地表位移增速明显，达到了40 mm左右，而后出现小幅波动后逐步稳定，监测3个月后稳定在26 mm左右。

3个测点的位移变化主要受降雨影响较大，应在施工期间做好临时排水，并尽量与永久排水工程相结合。地表位移最终都达到了稳定状态，且位移值较小，说明坡体处于稳定状态。

3.2 浅部多点位移监测结果分析

选取有可能出现滑移的路段布设多点位移计，对边坡内部的位移变化情况进行监测，确定坡体的滑动趋势以及边坡的稳定性。结合K209段路基高边坡地质情况，在最有可能出现滑动的四级边坡上部布置4个水平多点位移计，每个测点的钻孔深度为5 m。在施工过程中收集4个多点位移计的监测数据，如表1所示。

分析表1可知，各测点不同深度位移值变化量均＜1 mm，最后两次监测结果差值为0.01～0.26 mm，说明坡体内部位移变化较小，边坡处于稳定状态。

3.3 土压力监测结果分析

土压力监测可以简单直观地反映边坡的稳定性，通过分析土压力盒监测的土压力变化情况，可以得出坡体的变形趋势［4］。文章选取5个土压力盒的监测数据进行分析，绘制土压力-时间曲线如图3所示。

分析图3可知，坡体在开挖前期，土压力增速较快，进行防护后，土压力明显下降，说明防护结构有效控制了边坡土体变形。在监测16个月后有小幅波动，这是由于雨季降雨量较大，边坡坡体发生蠕动造成的；24个月后逐步趋于稳定，说明坡体蠕动基本停止，该处边坡坡体稳定。因此，在防护工程施工完成后，坡体变形得到了有效控制，说明边坡防护设计满足要求，而降雨会使边坡土体产生蠕动变形，应完善排水设施，并在雨季做好边坡变形监测。

4 结语

为了分析高边坡的稳定性，对边坡位移和内部土压力进行监测，分析监测结果得出以下结论：

（1）高边坡地表位移监测前期变化速度较快、变形量较大，支护后变形逐步趋于稳定，雨季产生了小幅度波动，但边坡总体稳定。

（2）高边坡内部位移监测各测点位移值变化量均＜1 mm，边坡处于稳定状态。

（3）高边坡土压力前期增速快，防护后明显下降，雨季有所波动，但边坡总体处于稳定状态。

综上所述，根据高边坡位移和土压力监测结果，可知路基防护结构可以保证路基的稳定性，但需完善排水设施，并在雨季加强监测。

参考文献

［1］熊 一.茶山公路和杨西大道立交工程高边坡稳定性监测［J］.土工基础，2021，35（3）：417-420.

［2］王小敏.边坡稳定性监测在山区高速公路施工中的应用［J］.交通建设与管理，2020，57（6）：142-143.

［3］张凯强，刘 学.華南地区某公路边坡稳定性与监测预警研究［J］.甘肃水利水电技术，2020，56（7）：30-32，41.

［4］刘海亭，张小辉，朱有禄，等.高边坡稳定性评价、加固措施和监测分析［J］.岩土工程技术，2020，34（2）：76-80.

收稿日期：2023-06-18