張立剛

鐵路建設(shè)中,許多地質(zhì)問(wèn)題特別是邊坡的地質(zhì)問(wèn)題在勘察和設(shè)計(jì)階段難以暴露,一旦施工,眾多的滑坡、崩塌得以暴露,會(huì)嚴(yán)重影響施工的安全和進(jìn)度并造成難以估計(jì)的損失。因此對(duì)鐵路邊坡正確認(rèn)識(shí)和防治,已成為鐵路建設(shè)中的重大工程技術(shù)問(wèn)題。

本文結(jié)合南疆山區(qū)某預(yù)應(yīng)力錨索框架梁加固鐵路路塹高邊坡的工程監(jiān)測(cè)實(shí)例,討論了路塹高邊坡原位監(jiān)測(cè)的目的、原則、設(shè)計(jì)與方法,提出了具體的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置的技術(shù)方案。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理、分析和及時(shí)反饋,為保證該路塹高邊坡的優(yōu)質(zhì)高效施工提供了可靠的技術(shù)支持。

1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)目的與意義

1)邊坡穩(wěn)定性評(píng)估與安全預(yù)警的需要。通過(guò)監(jiān)測(cè)掌握邊坡在空間上和時(shí)間上的位移動(dòng)態(tài),結(jié)合地質(zhì)條件分析其位移機(jī)制和穩(wěn)定性,確定其是否處于預(yù)計(jì)的穩(wěn)定狀態(tài)。2)信息化設(shè)計(jì)的需要。根據(jù)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)調(diào)整和修改邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì),這一點(diǎn)對(duì)各種邊坡工程均具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。監(jiān)測(cè)信息的及時(shí)反饋、分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可用來(lái)確定預(yù)留工作量是否有必要施工,從而使邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理與工程安全的統(tǒng)一,即最優(yōu)化設(shè)計(jì)。3)評(píng)價(jià)與指導(dǎo)施工。通過(guò)分析觀測(cè)的效應(yīng)量(如位移)與施工原因量和自然原因量之間的關(guān)系,監(jiān)測(cè)成果可用來(lái)指導(dǎo)施工,避免由于施工不當(dāng)造成邊坡失穩(wěn);同時(shí)監(jiān)測(cè)成果還有助于分析工程事故的原因和責(zé)任,評(píng)價(jià)施工的合理性與施工方法的適應(yīng)性。全過(guò)程的跟蹤監(jiān)測(cè),可對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的險(xiǎn)情及時(shí)提供預(yù)警,指導(dǎo)施工單位合理采用和調(diào)整施工工藝和步驟。4)改進(jìn)分析研究方法。根據(jù)觀測(cè)成果反演分析有關(guān)坡體的各種特性參數(shù),建立符合實(shí)際的邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算模型和支護(hù)設(shè)計(jì)模型,并對(duì)邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及未來(lái)性態(tài)作出及時(shí)、有效的預(yù)測(cè);積累工程實(shí)際資料,提高邊坡設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。

2 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及原則

表1 坡體防治效果位移監(jiān)測(cè)內(nèi)容與技術(shù)方法

2.1 邊坡監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目

根據(jù)監(jiān)測(cè)手段大致可歸納為以下幾種:1)地質(zhì)觀測(cè)法。通過(guò)地質(zhì)巡視,觀測(cè)地表裂縫、地表鼓脹、沉降、坍塌、建筑物變形特征、地下水異變以及動(dòng)物異常等現(xiàn)象。適用于對(duì)邊坡的日常巡查與檢查。2)簡(jiǎn)易測(cè)量法。設(shè)置跨裂縫式簡(jiǎn)易測(cè)樁,標(biāo)尺和水泥砂漿帶,用卷尺、游標(biāo)卡尺等直接測(cè)量裂縫的變化。適用于處在邊坡大變形階段的位移測(cè)量。3)儀器儀表測(cè)量法。主要有測(cè)縫法、測(cè)斜法、重錘法、沉降觀測(cè)法、多孔位移計(jì)法、應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)法、聲波法等觀測(cè)坡體的變形位移、應(yīng)力應(yīng)變等。適用于邊坡處于初期變形階段或變形不明顯階段的觀測(cè)。4)遙測(cè)法。通過(guò)全球定位系統(tǒng)(GPS)以及衛(wèi)星等監(jiān)測(cè)坡體的變形和位移。適用于對(duì)重大危害坡體處在等速變形或滑移階段的監(jiān)測(cè)。

2.1.1 位移監(jiān)測(cè)方法

現(xiàn)場(chǎng)位移監(jiān)測(cè)可以了解和掌握坡體演變過(guò)程,可對(duì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和變形破壞趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),同樣可用來(lái)評(píng)價(jià)坡體防護(hù)后工程的效果。具體位移監(jiān)測(cè)技術(shù)可總結(jié)為表1。

2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)法

防護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)包括對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)所受推力實(shí)地測(cè)試和對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)兩類。目前測(cè)量應(yīng)力的儀器有土壓力盒、壓應(yīng)力計(jì)和錨索錨桿測(cè)力計(jì)等。對(duì)于抗滑結(jié)構(gòu)所受推力主要采用土壓力盒測(cè)定;對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及錨索結(jié)構(gòu)受力分布則應(yīng)采用鋼筋計(jì)來(lái)測(cè)試其內(nèi)力狀況。

2.2 邊坡監(jiān)控量測(cè)的原則

1)監(jiān)測(cè)目的應(yīng)明確、重點(diǎn)應(yīng)突出;2)監(jiān)測(cè)應(yīng)反映邊坡形狀變化的全過(guò)程;3)施工期間和運(yùn)行期間的監(jiān)測(cè)工作應(yīng)相互結(jié)合、相互銜接;4)儀器布置應(yīng)少而精;5)監(jiān)測(cè)常以儀器量測(cè)為主,人工巡視及宏觀調(diào)查為輔;6)盡量避免或減少施工對(duì)監(jiān)測(cè)工作的干擾;7)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)留有余地;8)根據(jù)不同時(shí)期選擇不同精度的監(jiān)測(cè)儀器。

3 工程概況

南疆某鐵路路塹高邊坡全長(zhǎng)230 m,為殘坡積層開挖路塹高邊坡,最大開挖高度57.5 m,中心最大挖深17.58 m。該邊坡表層是較厚的殘坡積塊石土,以下是全強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖,下伏基巖是砂巖。巖層破碎,產(chǎn)生崩塌落石堆積在坡麓,形成巨厚巖堆體。塊石土為稍密～中密狀態(tài),含水量隨深度增加。

為保證該路塹高邊坡的安全有效施工,根據(jù)上述兩節(jié)的內(nèi)容提出了如下現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置的技術(shù)方案,如圖1所示。

根據(jù)防護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)需要在第2,3,4級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索框架梁部位選擇一定數(shù)量的錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、預(yù)應(yīng)力錨索框架梁監(jiān)測(cè)(包括框架梁鋼筋計(jì)應(yīng)力監(jiān)測(cè)和框架梁底土壓力監(jiān)測(cè))。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

由于各監(jiān)控項(xiàng)目觀測(cè)值較多,僅給出最能反映本邊坡施工期穩(wěn)定性的坡表位移和深部位移監(jiān)測(cè)成果,如圖2,圖3所示。其中圖2中,ΔX為“+”表示向坡體外側(cè)方向位移,為“-”表示向坡體內(nèi)側(cè)方向位移;ΔY為“+”表示沉降,為“-”表示向上位移。

從圖2中可以看出,在長(zhǎng)約127 d的施工期中塹頂兩個(gè)方向上的最大地表位移分別為1.5 mm和2.4 mm,總地表位移約為28 mm,平均每天的地表位移量約為0.2 mm;而第3級(jí)平臺(tái)位移各個(gè)方向上和總地表位移均略小于塹頂位移值,可見地表位移變化速率在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),安全滿足施工要求。

從圖3中可以看出,在長(zhǎng)約96 d的施工期中典型測(cè)斜孔深部水平位移的孔口最大位移為5.4 mm,最大深部位移達(dá)6.4 mm。每次間隔期后測(cè)試結(jié)果相對(duì)于此前所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)僅有1 mm～2 mm的變化,且據(jù)典型測(cè)斜孔深部水平位移—深度曲線易知在深度為16.0 m處有位移的較小突變;但總體上深部水平位移變化速率在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),亦滿足安全施工要求。通過(guò)及時(shí)監(jiān)控反饋信息,確保了本工程安全有序的完成。

5 結(jié)語(yǔ)

監(jiān)控量測(cè)的主要任務(wù)是確保安全、指導(dǎo)施工、修正設(shè)計(jì)、積累資料。監(jiān)控量測(cè)作為高邊坡安全施工的重要手段之一,可為評(píng)價(jià)施工方法的可行性、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性以及了解支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形特性等提供準(zhǔn)確及時(shí)的數(shù)據(jù),對(duì)確定邊坡階段施工時(shí)間具有重要意義,是保障邊坡建設(shè)成功的關(guān)鍵因素。本段路塹高邊坡綜合處置施工中,通過(guò)監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工,及時(shí)提供邊坡坡體位移和結(jié)構(gòu)物應(yīng)力變化信息,實(shí)現(xiàn)了該高邊坡信息化動(dòng)態(tài)施工控制,達(dá)到了安全快速施工,經(jīng)濟(jì)合理的目的。

[1] 崔政權(quán),李 寧.邊坡工程——理論與實(shí)踐最新發(fā)展[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1999.

[2] 汪康民,彭胤宗.巖土工程[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社,2001.

[3] 楊重存,韓國(guó)杰,談敦儀.錨噴加固巖土邊坡的理論計(jì)算與分析,巖土錨固技術(shù)的新進(jìn)展[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4] 徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2001.

[5] 羅 強(qiáng),龍萬(wàn)學(xué),譚捍華.高速公路邊坡工程監(jiān)測(cè)的意義與可采用的監(jiān)測(cè)方法[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2004(sup):5-9.

[6] 譚捍華,羅 強(qiáng).高速公路邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析[J].土工基礎(chǔ),2005,19(4):84-85.

[7] 馬永潮.滑坡整治及防治工程養(yǎng)護(hù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1996.

[8] 黃玉鵬.高速公路邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2005,26(8):26-28.

[9] 李燕東.鉆孔測(cè)斜儀及其在邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,1994,25(11):26-32.

[10] 二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司.巖土工程安全監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1999.