喀斯特地貌区建筑固废填方市政广场变形监测

贺美潮

(广西现代职业技术学院，广西 河池)

引言

在地处多雨南方喀斯特地貌山体上“搬山填山”修建市政广场，可以减轻城市用地压力，又可消耗大量建筑固废，缓解天然砂石短缺降低建筑能耗。但是，该市政固废填方广场变形—滑坡会直接影响人们休闲娱乐体验，甚至威胁着该地居民及游客人身安全和公路车辆、建（构）筑物等财产安全。因此，需要建设前的超前精准设计，同时后期的稳定运行，及时加固维护、暂时关闭使用（如雨季）、甚至放弃使用，须要对挖填方广场地表沉降，变形滑坡体及支挡结构进行变形自动监测及时预警。

1 填方广场新复杂环境工况

高填方建设工程监测是现代建筑工程中面临较为困难的工作之一，尤其本文所研新建填方市政广场地域属构造剥蚀喀斯特地貌谷地，受构造及岩性影响大，且填方料为大宗具有显著非均质性、非连续特征的建筑固废。新建填方市政广场场域基岩地层为石灰岩、泥页岩, 山麓上覆为碎石土及非均布粉质黏土松散坡残积物。填筑建筑固废材料典型成份类型及质量分布比例，统计结果见图1，建筑固废料颗分曲线见图2。

图2 建筑固废料颗分曲线

2 固废填方广场工程变形监测

对于地面形变监测，有水准复测、GNSS 监测网和InSAR 监测等技术和手段[1-3]。GNSS 监测网以点监测为主，本文利用GNSS 网在工程建设中后期及工后第一年对填方域连续观测，实现对填方广场区域地面和支挡结构变形场进行监测，定量监测区域地面稳定性变化并确定区域地面稳定性变化权重, 分析预测滑坡塌方可能性而实现超前精准预警。

2.1 变形监测区概况

西南地区某建筑固废填方市政广场工程填方体界面滑坡—沉降变形场，地貌上位于低起伏喀斯特山麓，工程变形监测区为谷地填方广场区域地面和支挡结构。填方广场长约350 m，宽约250 m,高约20 m，山麓上覆为碎石土及非均布粉质黏土为主，下伏岩为石灰岩、页岩，山麓坡度约35°(见图3)。变形体的监测—控制结构面是土岩界面，根据工程地质理论及工程经验定性为推移式滑坡，且地处多雨南方，地质灾害易受暴雨或久雨等因素诱发[4-5]。

图3 填方场域剖面示意

2.2 GNSS 监测网点布设分析

本项目采用我国自主研发的GNSS 监测仪器，参考现有类似工程研究成果及经验以及实际工况灵活初步布设目标监测点，包括表面位移监测基准点1套、近临空面测量点3 套、雨量站1 套(见图4)。基准点设置在挖填方广场被监测变形区域外的基岩，监测点重点布置于变形场的关键位置，以及可能变形较大的地方，如滑坡前缘地带。

图4 监测系统布设示意

2.3 变形监测数据分析

数据选取设备安装调试完成后变形场近临空面3个GNSS 监测点4 个月表面变形监测数据。该时间段内系统设定变形监测和雨量数据一天一传。为了更好地分析建筑固废填方变形场的变形规律, 表面变形监测点分解为X、Y 水平位移方向和H 垂直位移方向，且规定X 方向为径向为正, 规定Y 方向为顺坡向为正,H 方向规定为下沉为正[6]。通过实时采集软件数据库获得3 个监测点对基准点的相对坐标数据, 经计算得到各监测点在X、Y 和H 方向位移变化量[6],最后对各监测点的位移变化量按月进行统计并绘制得到累计位移量随时间分布曲线图,具体如图6、图7 所示，其中图5 为1 号测点取每3 日均值的监测位移数据曲线。

图5 1 号测点监测数据曲线（取每3 日均值）

图6 3 测点各方向月累计位移变化量

图7 3 测点各方向月累计位移增长率

据图5、图6 位移监测数据可知，在4 个月的监测过程中，对于H 向位移形变量，1 号测点由上月的81.2 mm 近翻倍增长到后月的162.1 mm；2 号测点和3 号测点H 向位移形变量在该4 个月的监测过程中趋于接近，上月的起始位移形变量分别为68.1 mm、69.8 mm，在后月位移形变量分别为144.8 mm、139.9 mm。据图7 可知，月累计位移增长率，3 号测点最低，3测点X、Y 向位移形变量与H 向均表现为负相关，同时监测数据表明在上月到后月过程中，X、Y 向先降后升，H 向先升后降，峰值69.0%。

由图5、图6 对3 个监测点整体分析表明，3 监测点在X、Y、H 3 个方向的位移变化速率趋势皆表现出地递减一致性，但X、Y 向位移形变增长过程较H 向平缓，并且X、Y 向位移形变量1 号测点最大。同时，在该4 个月表面变形监测时间段内3 监测点H 向位移形变量起点值接近于X、Y 向位移形变量终点值。2 号监测点和3 号监测点在X、Y、H 3 个方向位移形变量皆较1 号测点少，尤其在H 向1 号测点较2、3 号测点大,上限值17.4 mm,3 测点H 向较X、Y 向皆大，上限值97.4 mm。

位于谷地监测区中部临空位置的1 号监测点的月累计位移量，月累计位移增长率皆明显高于位于谷地监测区两侧的2 号、3 号监测点，尤其在H 方向更为突出。3 个代表性监测点监测的位移形变量未发现骤变，形变量合理且均在可控范围内；2 号监测点和3号监测点在X、Y、H 3 个方向位移形变趋势皆表现出一致性，分析原因为填方区建筑固废覆填较均匀有关，监测数据还表明在这四个月的监测时段内，填方域变形过程整体趋于稳定，最终沉降趋于完成，表明建筑固废沉降稳定所需时间较短。

从图1、图2 和图5 图7 可知，该市政工程填方建筑固废级配高度不匀，建筑固废覆填前期ORC<1，具有欠固结土性质。图5 还表明，相较而言前期形变大中期小后期大，尤其H 向形变位移波动较大，再结合雨量站降水数据初步分析，推测降水对填方区覆填建筑固废的形变及稳定性产生了不利影响，加剧了填方区后期覆填建筑固废的形变。再分析原因是主要由各型块石、碎石、砂土组成的覆填建筑固废级配高度不匀，在后月期间内因降水把覆填建筑固废中上层的砂土通过各型块石、碎石孔缝，类似于管涌形式带入覆填建筑固废下层，导致后月位移形变量再持平2 个月前的首月，从而形成类固结沉降现象。在工后前期受暴雨情况下，须注意覆填建筑固废形变量出现“回光返照”反弹现象。因此，在工后前期受暴雨情况下，应当加密形变监测频率，提前预谋并采用相应措施以防滑坡塌方等灾害发生[7-8]。

3 结论

基于构造剥蚀喀斯特地貌谷地的西南地区某建筑固废资源化再建设填方市政广场工程，鉴于新的复杂环境工况进行了变形自动监测。3 个代表性监测点监测的位移形变量未发现骤变，形变量合理且均在可控范围内。监测时段内，最终沉降趋于完成，表明建筑固废集合料沉降稳定所需时间较短。降水会加剧填方区后期覆填建筑固废的形变，在工后前期受暴雨情况下，应当加密形变监测频率，并采用相应措施防止地质灾害的发生。