【《工程施工中边坡支护技术的应用分析》7800字】

引言伴随着山区工程建设的不断扩大，形成了多种形态的边坡，这些边坡存在于复杂的地质环境中，而边坡是否稳定，对制约整个工程是否可行，安全起着关键作用，尤其是随时间，环境等因素而改变，对边坡进行处理后，能否达到预期目标，有没有不稳定，及是否能取得应有治理效果，有待深入研究。本文通过对某一典型路段进行工程地质勘察与分析，结合现场监测资料，探讨该区域内公路边坡变形规律及成因机理，为同类工程施工提供一定依据。东二环属福州市环线道路网系统二环线东线，线路全长约13.2公里。东二环道路边坡已经完成，使用了6年，由于坡面日晒雨淋时间较长、坡面雨水冲刷和锚索本身预应力的丧失等因素作用下坡体失稳，边坡建成后，1号边坡土体局部出现了垮塌。因此对该路段进行全面详细的工程地质勘察，掌握其变形规律及破坏特征显得尤为重要。2概述2.1边坡工程的重要性很多公路路堑边坡由于没有充分调查工程项目的施工场地，对边坡稳定性的分析不足，加之边坡加固方案的失选和项目施工的不规范，造成工程施工期滑塌的发生、边坡不稳定等等，最终诱发了多种地质灾害。本文通过对某一典型路段进行工程地质勘察与分析，结合现场监测资料，探讨该区域内公路边坡变形规律及成因机理，为同类工程施工提供一定依据。其中加强了边坡的稳定性分析、选用科学加固防护方案等，是确保边坡特别是高度稳定的关键所在、陡边坡稳定保护，一定要结合施工场地的实际地形地貌情况、施工方案及其地质情况的编制是方便、有针对性地提出了边坡防护方案，为了确保边坡的稳定性，为工程的建设打下了良好的基础。因此，本文结合具体案例，就高速公路路堑边坡稳定性及防护技术展开探讨和研究。由于边坡稳定性防护具有系统性和复杂性的特点、内容广泛的作品，加之路堑边坡具有较明显的地域性，不可能制订出一个统一指导方案，结合工程类比法，给边坡稳定性分析及其应用开发带来很大负面影响。目前，由于我国工程项目的场地勘察技术和社会水平比较落后，不能进行边坡结构、对岩层构造作了科学地调查与分析，加之地质结构自身的异常复杂性，不能在工程的勘查，设计阶段展现，从而导致工程项目设计时边坡失稳，从而为工程项目建设、建设均带来很大的风险。因此，需要根据实际工程状况，制定科学合理的边坡设计方案。目前国内已有国家标准，没有对大于30m边坡的设计原则作出规定，造成工程项目的设计，建设，缺乏有效技术支持。基于以上种种理由，边坡工程较为复杂。因此，对于高速公路建设而言，要想确保其安全运行，就必须重视并加强边坡的稳定问题。需要对高速公路边坡稳定性的影响因素进行很好地研究，对边坡进行稳定防护，才能确保边坡稳定，因而是地质条件比较复杂的区域，边坡公路的建设提供了可供参考的理论依据。因此，如何有效地提高我国公路工程中的边坡稳定性，已成为我们必须重视的问题之一。本文从目前边坡稳定性的评价途径出发，对福州市东二环公路边坡的稳定性保护进行了实证分析，开展对这一主张的研究，以期对今后类似高边坡的设计，建设提供参考，提供了理论借鉴与参考。2.2边坡工程分类因成因不同，地质不同，形状也不同，边坡的种类也是千变万化。因此，对于高速公路建设而言，要想确保其安全运行，就必须重视并加强边坡的稳定问题。唯有首先清楚边坡之种类，为了更好地治理边坡，为确保边坡稳定。为此，许多专家有针对性地对该问题作了调查，见表2.1，对于目前常用的边坡进行了划分：表2.1边坡的分类分类依据名称备注形成过程自然边坡因为自然因素形成的各类自然斜坡，根据其形态、特尔点，可划分为台阶型边坡、直线坡以及凹凸型边坡。人工边坡因为人工施工形成的边坡，根据具体施工项目类型，可将其划分为填筑型边坡、挖方边坡等。稳定性稳定坡因稳定性较好、不易被破坏的边坡。不稳定坡稳定性较差，需要采取相应的治理手段后，才能被稳定的边坡。物质种类土质边坡由纯土体构成的边坡，按土的种类又分为粘性土边坡、黄土边坡、风沙路基边坡、膨胀土边坡、堆积土边坡等。岩质边坡指的是岩体构成的边坡。岩土混合边坡岩、土层交错的边坡，主要存在上硬下软、上软下硬以及软硬相间三种类型。边坡高度一般边坡岩质边坡坡高:H<15m,土质边坡坡高:H<I0m。高边坡岩质边坡坡高:15m<H<30m，土质边坡坡高:10m<H<15m边坡高度超高边坡岩质边坡坡高:H>30m,土质边坡坡高:H>15m边坡长度长边坡坡长L>300m中长边坡100m<坡长L<300m短边坡坡长L<100m边坡角度缓坡坡度a<15°中等坡15°<坡度a<30°陡坡30°<坡度a<60°急坡60°<坡度a<90°倒坡坡度a>90°工程类别路基边坡包括路堤边坡、路堑边坡两种类型。水库边坡包括渠道边坡、、库岸边坡水坝边坡、坝肩边坡等多种类型。矿区边坡包括弃渣场边坡、露天矿边坡两种类型。建筑边坡包括基坑边坡、建筑边坡两种类型。坡体结构特征类均质土边坡由均质土体构成的边坡块状岩体边坡由厚层块状岩体构成的边坡碎裂状岩体边坡由碎裂状岩体构成，或为断层破裂带，或为节理密集带散体状边坡由破碎块石、砂构成的边坡，如强风化带使用年限临时边坡只存在于施工期间的边坡短期边坡只存在10-20年的边坡使用年限永久边坡永久使用的边坡岩层与坡面关系近水平层状边坡由近水平层状岩土体构成的边坡顺倾向边坡由倾向边坡面(临空面)的顺倾岩土层构成的边坡反倾向边坡岩土层与边坡面倾向方向相反，倾向边坡山体内3边坡支护结构常用型式及工程应用3.1重力式挡墙3.1.1.工程概况在对边坡进行分析时，首先要确定其类别，然后根据不同的类别采取不同的处理措施。其中1号边坡里程桩号是K11+030~330段左边坡，长约300m，高59.04m，宽56.02m、综合坡率1:0.53，共五级坡，每个台阶的宽度为1.5m（如图3.1），此边坡已经完成，使用了6年，由于坡面日晒雨淋时间较长、坡面雨水冲刷和锚索本身预应力的丧失等因素作用下坡体失稳，边坡建成后，1号边坡土体局部出现了垮塌（如图3.2）。图3.1东二环1号坡示意图图3.2东二环1号坡垮塌现场图图3.3（a）东二环1号边坡剖面图图3.3（b）东二环1号边坡平面图3.1.2.应用实例东二环属福州市骨干路网系统二环线东线之一，沿线边坡安全等级1级，线路全长约13.2km、宽30m，全线边坡工程共22个，有预应力锚索边坡共13个，设计预应力锚索共6672条。根据实际情况和施工条件对其进行了合理布置，确保工程质量满足规范要求，同时也保证了安全运营。节理J2和边坡坡向切线（交角大于35°），没有形成优势的结构面，对边坡稳定影响不大，不起控制性的作用。岩体内存在软弱夹层时，其强度降低后容易造成整体失稳而导致滑坡灾害。节理J1和边坡坡向一致（交角为小于35°），形成顺向的优势结构面，岩石层没有粘聚力，可能会发生直线滑动破坏。在岩体中存在大量软弱夹层时，将使边坡出现剪切变形或弯曲滑移现象。因边坡浅部岩土体较为疏松，破碎，边坡可出现圆弧滑动破坏。当降雨强度较大时，会引起坡面失稳并导致整体滑坡。因此，1号边坡可能发生的主要破坏模式是：（1）边坡体沿着J1节理面直线滑动失效。（2）强风化岩体，地表坚硬塑红色黏土、碎石杂黏土在地质单元内产生圆弧滑动破坏（如图3.4）。图3.4可能滑动面示意图3.2联合支护方案3.2.1.工程特点根据工程地质情况和有关支护结构设计规范对1号边坡给出了如下5个支护方案。（1）放坡挖掘方案：根据其余边坡几何形态，将其削坡为五级边坡。（2）挡土墙支护方案等：挡土墙为浆砌块石仰斜挡墙，墙高10m左右，方案中挡土墙的截面尺寸和有关资料见图3.5。（3）通过计算发现当滑坡推力超过一定值后，坡体内部会出现明显位移并发生滑动破坏，因此需要进行适当加强防护才能保证边坡稳定。一些学者关于抗滑桩加固边坡稳定性的分析研究成果，当抗滑桩布置于边坡中间位置时，安全系数最高。并将抗滑支护桩设于坡顶处。依此边坡中间设置桩。抗滑桩的截面尺寸和有关资料可参见图3.6，抗滑桩布置位置见图3.7。图3.5挡土墙示意图图3.6抗滑桩示意图图3.7抗滑桩布设位置示意图（4）锚索框架梁支护方案：各级边坡均为3mx3m锚索框架梁，共计布置锚索18行，框架梁结构的整体高度在48m左右，框架梁由C30混凝土浇注而成。（5）采用挡土墙-喷射混凝土-锚索框架梁组合支护方案：挡土墙局部为浆砌块石仰斜挡墙，墙高为5m，方案中挡土墙的截面尺寸和有关资料见图3.8，坡面喷砼C15，厚度0.15m，锚索框架梁同方案四。图3.8框架梁示意图图3.9锚索示意图图3.10挡土墙-喷射混凝土-锚索框架梁联合支护方案中挡土墙示意图3.2.2.应用实例文章以东二环1号边坡为实例，计算了采用5种不同支护方式对1号边坡进行处理时，分别需要多少成本，通过对其所需成本大小进行对比，对最佳支护方案进行了经济层面上的优化和选择。4常见技术问题及解决办法4.1边坡监测内容根据现场实际条件，设计了一套适合该边坡特点的监测网架和测点布置方法，并采用多种数据采集手段对监测点位信息及观测成果进行实时分析处理。主要监测内容有以下几个方面：（1）对锚索锚固力进行监测：在坡体中选择4根预应力锚索增设锚索测力计对其锚固力进行时间监测。（2）加速度监测：在框架梁上装一个加速度计，监测有无加速变化趋势。（3）位移监测：用光学仪器监测坡体的水平竖直位移。（4）对支护结构的裂缝进行监测：对3~5级边坡的裂缝分别进行了1~6号的标定，用游标卡尺对框架梁和坡面混凝土表面裂缝长度和宽度进行定期检测、深等指标的量测。4.2边坡监测方法（1）利用全站仪对边坡的水平和竖直位移变形进行光学监测，在远离边坡未发生形变处布置基准点进行观测，确认基准点处于稳定状态，然后在边坡的各个监测点开展观测。根据现场工程地质条件和地质资料分析认为该边坡存在潜在滑坡风险，需采取工程措施予以防治。为了获得基准数据，各监测点需重新装布，适时测初值，用全站仪连测3次，取平均值作为初始数据。当边坡被正式监控后，每一个监测点每一次记录一次位移读数，需进行三次测量，分别得到读数之后，取三次平均数为它们的位移值。（2）对锚索锚固力和加速度进行了自动化监测，通过对边坡坡体设置相关的无线监测设备，将实时数据自动采集并传送到监测平台。（3）支护结构的开裂监测主要有框架梁的开裂和坡面混凝土的开裂，用游标卡尺和细线、钢卷尺等定期测量校准后1~6号间的裂缝，具体操作步骤如下：测量裂缝宽度：用游标卡尺直接测量。测量裂缝深度：把铁丝伸进缝里，用铁丝和裂缝面的交接处做记号，拔出铁丝用游标卡尺量出铁丝的长度，也就是裂缝的深度。（4）对支护结构的裂缝进行监测：对3~5级边坡的裂缝分别进行了1~6号的标定，用游标卡尺对框架梁和坡面混凝土表面裂缝长度和宽度进行定期检测、深等指标的量测。4.3边坡监测设备4.3.1.锚索测力计本项目采用基康BGK490-1000KN锚索测力计（如图4.1、图4.2），其精度为±0.1%F.S，当它最外端的圆柱形空心钢筒承受着来自外界的载荷作用，钢筒可以产生肉眼看不见的微小形变，该形变将导致钢筒中钢弦传感器应力变化，然后改变了它原来固定的频率，每根锚索计最外端的钢筒与4根接线头电缆相连，四条线头是红线，黑线，蓝线和黄线，相应地输出4种频率信号，改变频率信号又经过此电缆传输到监测平台，登陆平台，就可以看到它的频率值，然后通过对应公式进行转化，读取锚索所受荷载值，就是锚固力。由于锚索测力计是将预应力筋与钢筋作为一个整体来进行测量，因此，对锚索受力状态和强度分析具有重要意义。其公式为：（4.1）式中：P：荷载（kN）；G：仪器率定系数；：初始频率读数（平均值）；：当前频率读数（平均值）；图4-1锚索计示意图图4-2锚索计结构示意图4.3.2.加速度计任何一个物体在运动过程中，都会伴有加速度，滑坡体亦不例外，基于长久连续地进行了一个边坡监测，边坡出现了特大滑坡灾害，则灾前，坡体内各点加速度必然会出现突变趋势，它是一种典型临滑现象。由于锚索测力计是将预应力筋与钢筋作为一个整体来进行测量，因此，对锚索受力状态和强度分析具有重要意义。这时通过对坡体进行加速度采集，可对边坡滑移之前的坡体垮塌进行有效的预测。基于此，本文提出一种新的方法来获取边坡的加速度信息。加速度计（如图4.3）是通过将一个MEMS芯片嵌入到里面来实现的，所述芯片可基于不同振动加速度值，输出相应电压值，并呈线性关系，就是运用在这个原则上，可以通过振动采集仪采集输出电压信号，然后对电压进行变换，获得相应的加速度值，从而达到了检测振动加速度信号，然后通过频率线输送到监测平台，登陆后，才能看到它的加速度值。经过多次测试与实际使用验证可知，此装置具有精度高，稳定性好等优点，并且操作简单，便于携带且成本较低。该项目创新性地将加速度计放置于现场边坡上，完成加速度值量测。由于采用了嵌入式技术和传感器安装方式，使得整个系统具有体积小、功耗低、重量轻等特点，并能满足多种环境下工作的需要。它的主要技术参数见附表4.1。表4.1加速度计技术参数表档位1234加速度小速度中速度大速度最大量程加速度（m/s2p）20速度（m/sp）0.1250.30.6位移（mmp）20200500分辨率加速度（m/s2）3×10-6速度（m/s）1×10-84×10-73×10-6位移（mm）1×10-84×10-73×10-6输出负荷电阻（MΩ）10重量（kg）0.8尺寸（mm）63×63×63使用温度（℃）-10～+50图4.3加速度计及加速度数据采集盒4.3.3.位移监测该工程变形监测由高精度测量机器人TS50全站仪（如图4.4）进行。由于加速度是一种相对较小但却能反映出滑动趋势的物理量，因此，对于观测到的加速度数据就有了一定程度上的分析与研究价值。主要技术指标列于表4.2中。表4.2高精度全站仪TS50技术指标角度测量精度1Hz，V0.5"(0.15mgon)最小显示0.1"(0.01mgon)原理连续，四重角度探测距离测量(棱镜)测程圆棱镜（GPR1）3500m360°棱镜（GRZ4）1500m反射贴片(60mmx60mm)250m自动目标识别（ATR）ATR模式圆棱镜(GPR1)1000m/800m360°(GRZ4，GRZ122)800m/600m图4.4TS50全站仪示意图4.3.4.雨量计该工程采用翻斗式雨量计（如图4.5）对1号边坡降雨量的实时数据进行远程监测，在降雨天气下雨水会自由下滑到装置上部承水口处，所述承水口下端设有小孔，雨水通过该流入装置中间的翻斗内，斗内雨量聚集大于恒定值的情况下，翻斗倾斜形成一定的角度，发出讯号，数据采集器接收后，输出到屏幕进行数字显示。本文详细介绍了该仪器的工作原理，系统组成及技术特点。雨量计的各项参数指标列于表4.3。图4.5雨量计示意图表4.3高精度雨量计参数指标监测内容监测仪器仪器型号技术指标降雨量雨量计YT-RS-0100A分辨率：0.01mm；电压：12VDC（-5%~25%）；降雨强度：范围0.01~8mm/分钟，误差±2mm；工作温度：0℃~50℃工作湿度：<=95%RH4.4边坡监测网点布设（1）基准点的布设：位移监测为后方交汇法，基准点为后视点，按国家二等三角测量要求，2基准点（如图4.6至图4.7）需要在斜坡的对面建立基准点，为了形成基准线，构建虚拟三维坐标系，其应该布设在待测边坡的区域范围周围，位置比较稳固，不容易被外界因素所左右，并可长久保存的场所。通过与上位机进行通讯，可以实现对该区域内所有监测点的自动监控和管理，从而达到及时有效地预防水土流失及滑坡等地质灾害发生的目的。从现场踏勘的结果来看，基准点设在东二环1号边坡斜对面一长期荒废的露台上（如图4.8所示）图4-61号基准点图4-72号基准点图4-8基准点布设平台示意图（2）位移监测点的布设：位移监测点多布置在出现垮塌的第2~5级边坡；由于监测点位于坡顶与坡面之间，容易受到雨水侵蚀而造成破坏。按经济合理的监测原则，为了减少监测成本，放置小棱镜选择等距布设法，各小棱镜的间距约为4-5m，并确保各小棱镜镜面朝向都朝向基准点。通过分析各等级边坡变形量和各段滑坡面积，确定了各个测点对应的最小安全长度及相应的滑面位置。根据边坡的几何形状，在每级边坡上设置的小棱镜的数量为：第二级边坡安装小棱镜10个，间距5m。第三级边坡安装小棱镜9个，间距5m。第四级边坡安装小棱镜8个，间距5m。第五级边坡安装小棱镜8个，间距4m。共计布设位移监测点35个。（3）布置预应力锚索计监测点：针对现场边坡的实际状况，兼顾经济性与便捷性，在第三级边坡上连续选用4根预应力锚索，并设置锚索计。（4）加速度计的监测点布置：加速度计多布置在三级和四级边坡上，具体位置见图4.9。图4-9各监测点布设示意图（5）裂缝的标定：因前期1号坡左局部土体垮塌，垮塌局部作用于未垮塌处的较大拉力，导致边坡右侧其余区域框架梁、坡面混凝土表面开裂，经实地踏勘，发现，裂缝处的坡面混凝土后方土体非常疏松，在某些地区，坡面混凝土后面的表土“打破了围墙”（如图4.10所示），使局部坡面混凝土产生了较大的空洞。根据此情况设计了一种特殊形式的监测仪器，用于观测滑坡区附近坡体变形及应力变化状况。以避免监测结果的特殊性，分别在边坡3,4,5级标定裂缝，其中，1号、2号裂缝位移3级坡、3号、4号裂缝位于4级坡，5号、6号裂缝位于5级坡；同时根据监测数据绘制了各监测点对应于不同等级裂缝下的变形曲线。1号、2号、3号、6号为边坡混凝土上的裂缝，4号、5号为格构梁上的裂缝，图4.11是1-6号断裂示意图。图4.10坡面混凝土破洞示意图图4.11裂缝标定示意图（6）雨量计的布设：因1号边坡坡面陡峭，没有平坦区域装有雨量计，雨量计就装在东二环8号边坡一级坡平台（如图4.12）。图4.12雨量计布点图4.5边坡边坡变形监测预警各种边坡和加固结构的变形并不只是单一要素有关，它一般和施工质量，天气状况等因素有关、地质情况与其他因素紧密相连。通过对某实际工程项目进行现场跟踪观测