《施工邊坡支護(hù)技術(shù)研究（論文）》

大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)高等教育畢業(yè)論文（設(shè)計）引言隨著山區(qū)工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下形成各種形式的邊坡，而邊坡的穩(wěn)定性在限制整個工程的可行性和安全性方面起著至關(guān)重要的作用，特別是隨著時間和環(huán)境的變化，邊坡的治理是否達(dá)到了預(yù)期的目的，是否存在不穩(wěn)定的問題，以及能否達(dá)到應(yīng)有的治理效果還需要進(jìn)一步研究。東二環(huán)屬于福州市環(huán)線道路網(wǎng)系統(tǒng)中二環(huán)線的東線，路線全長13.2公里左右。東二環(huán)道路沿線邊坡已完工并使用6年之久，因坡面長期受日曬雨淋、坡面雨水沖刷及錨索自身預(yù)應(yīng)力損失等影響，坡體失穩(wěn)，1號邊坡土體在邊坡修建之后局部發(fā)生過垮塌現(xiàn)象。為了保證東二環(huán)道路正常使用及邊坡的安全，迫切需要開展邊坡穩(wěn)定性分析與監(jiān)測技術(shù)研究。本文以東二環(huán)1號邊坡為工程背景，采用力學(xué)計算、數(shù)值模和現(xiàn)場監(jiān)測等多種手段，對東二環(huán)1號邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，提出最優(yōu)治理方案，并采用監(jiān)測技術(shù)對邊坡進(jìn)行了監(jiān)測，確保了邊坡的安全，同時驗證了治理的效果，對今后福建省同類型邊坡的支護(hù)設(shè)計具有一定的意義。一、概述（一）邊坡工程的重要性許多公路路塹邊坡因為未能對工程項目施工場地進(jìn)行全面考察，邊坡穩(wěn)定性分析不到位，加上邊坡加固方案選擇失當(dāng)以及項目施工不規(guī)范等因素，導(dǎo)致在項目施工過程中，出現(xiàn)滑塌、邊坡不穩(wěn)等問題，最終引發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害。其中，加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性分析、選擇科學(xué)的加固防護(hù)方案，是保證邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵，尤其是高、陡邊坡的穩(wěn)定性防護(hù)，必須根據(jù)施工場地實際地形地貌、施工方案以及其地質(zhì)情況，制定便捷、具有針對性的邊坡防護(hù)方案，以保證邊坡穩(wěn)定性，為項目施工奠定良好基礎(chǔ)。因為邊坡穩(wěn)定性防護(hù)是一項系統(tǒng)、復(fù)雜、涉及面廣的工作，加上路塹邊坡地域性特點較為顯著，無法制定統(tǒng)一的指導(dǎo)方案，加上工程類比法的應(yīng)用，對邊坡穩(wěn)定性分析以及其應(yīng)用發(fā)展都造成了極大的不利影響。當(dāng)前，因為我國工程項目場地勘察技術(shù)以及社會水平相對落后，無法對邊坡結(jié)構(gòu)、巖層構(gòu)造進(jìn)行科學(xué)的勘查和分析，加上地質(zhì)結(jié)構(gòu)本身就極為復(fù)雜，無法呈現(xiàn)在項目勘查、設(shè)計階段，因而造成在工程項目設(shè)計過程中邊坡失穩(wěn)的情況，從而對工程項目建設(shè)、施工都造成了極大危險。當(dāng)前，我國現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)，未規(guī)定超過30m的邊坡設(shè)計原則，導(dǎo)致工程項目設(shè)計、施工，缺乏有效的技術(shù)支持。工程設(shè)計人員急切需求一個準(zhǔn)確且高效的方法判斷邊坡穩(wěn)定性?；谏鲜龈鞣矫娴脑?，邊坡工程是一個比較復(fù)雜的項目。有必要做好高速公路邊坡穩(wěn)定性影響因素的研究，做好邊坡的穩(wěn)定性防護(hù)工作，以保證邊坡的穩(wěn)定性，從而為地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地區(qū)，邊坡公路施工提供可借鑒的理論依據(jù)。本文在對當(dāng)前現(xiàn)行的邊坡穩(wěn)定性評價方式基礎(chǔ)上，以福州市東二環(huán)公路邊坡穩(wěn)定性防護(hù)為實證研究對象，進(jìn)行這一命題的研究，從而為今后同類高邊坡設(shè)計、施工，提供理論借鑒和參考。（二）邊坡工程分類由于成因、地質(zhì)和形狀都存在差異，邊坡的種類也是千變?nèi)f化。只有先明確了邊坡的類型，才能更好的進(jìn)行邊坡治理，以保證邊坡穩(wěn)定。因此，很多專家就這一問題進(jìn)行了針對性的研究，如表2.1，為當(dāng)前常見邊坡的分類：表2.1邊坡的分類分類依據(jù)名稱備注形成過程自然邊坡因為自然因素形成的各類自然斜坡，根據(jù)其形態(tài)、特爾點，可劃分為臺階型邊坡、直線坡以及凹凸型邊坡。人工邊坡因為人工施工形成的邊坡，根據(jù)具體施工項目類型，可將其劃分為填筑型邊坡、挖方邊坡等。穩(wěn)定性穩(wěn)定坡因穩(wěn)定性較好、不易被破壞的邊坡。不穩(wěn)定坡穩(wěn)定性較差，需要采取相應(yīng)的治理手段后，才能被穩(wěn)定的邊坡。物質(zhì)種類土質(zhì)邊坡由純土體構(gòu)成的邊坡，按土的種類又分為粘性土邊坡、黃土邊坡、風(fēng)沙路基邊坡、膨脹土邊坡、堆積土邊坡等。巖質(zhì)邊坡指的是巖體構(gòu)成的邊坡。巖土混合邊坡巖、土層交錯的邊坡，主要存在上硬下軟、上軟下硬以及軟硬相間三種類型。邊坡高度一般邊坡巖質(zhì)邊坡坡高:H<15m,土質(zhì)邊坡坡高:H<I0m。高邊坡巖質(zhì)邊坡坡高:15m<H<30m，土質(zhì)邊坡坡高:10m<H<15m邊坡高度超高邊坡巖質(zhì)邊坡坡高:H>30m,土質(zhì)邊坡坡高:H>15m邊坡長度長邊坡坡長L>300m中長邊坡100m<坡長L<300m短邊坡坡長L<100m邊坡角度緩坡坡度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°工程類別路基邊坡包括路堤邊坡、路塹邊坡兩種類型。水庫邊坡包括渠道邊坡、、庫岸邊坡水壩邊坡、壩肩邊坡等多種類型。礦區(qū)邊坡包括棄渣場邊坡、露天礦邊坡兩種類型。建筑邊坡包括基坑邊坡、建筑邊坡兩種類型。坡體結(jié)構(gòu)

特征類均質(zhì)土邊坡由均質(zhì)土體構(gòu)成的邊坡塊狀巖體邊坡由厚層塊狀巖體構(gòu)成的邊坡碎裂狀巖體邊坡由碎裂狀巖體構(gòu)成，或為斷層破裂帶，或為節(jié)理密集帶散體狀邊坡由破碎塊石、砂構(gòu)成的邊坡，如強(qiáng)風(fēng)化帶使用年限臨時邊坡只存在于施工期間的邊坡短期邊坡只存在10-20年的邊坡使用年限永久邊坡永久使用的邊坡巖層與坡

面關(guān)系近水平層狀邊坡由近水平層狀巖土體構(gòu)成的邊坡順傾向邊坡由傾向邊坡面(臨空面)的順傾巖土層構(gòu)成的邊坡反傾向邊坡巖土層與邊坡面傾向方向相反，傾向邊坡山體內(nèi)二、邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)常用型式及工程應(yīng)用（一）重力式擋墻1.工程概況東二環(huán)屬于福州市骨干路網(wǎng)系統(tǒng)中二環(huán)線的東線，沿線邊坡安全等級為一級，路線長約13.2km，寬度約30m，全線共計有22個邊坡工程，設(shè)有預(yù)應(yīng)力錨索的邊坡共計13個，設(shè)計預(yù)應(yīng)力錨索6672根。其中，1號邊坡里程樁號為K11+030~330段左側(cè)邊坡，全長約300m，坡高59.04m、坡寬56.02m、綜合坡率為1:0.53，共計5級坡，每級臺階寬度為1.5m（如圖3.1），該邊坡已完工并使用6年之久，因坡面長期受日曬雨淋、坡面雨水沖刷及錨索自身預(yù)應(yīng)力損失等影響，坡體失穩(wěn)，1號邊坡土體在邊坡修建之后局部發(fā)生過垮塌現(xiàn)象（如圖3.2）。圖3.1東二環(huán)1號坡示意圖圖3.2東二環(huán)1號坡垮塌現(xiàn)場圖圖3.3（a）東二環(huán)1號邊坡剖面圖圖3.3（b）東二環(huán)1號邊坡平面圖2.應(yīng)用實例東二環(huán)1號邊坡所在區(qū)域構(gòu)造上位于福州向斜東翼，巖石類型主要為泥灰?guī)r，上覆硬塑紅黏土、碎石雜黏土，整個1號邊坡巖層傾向與邊坡坡向相反，形成巖質(zhì)反向邊坡，巖層層面對邊坡的穩(wěn)定性不起控制性作用；節(jié)理J2與邊坡坡向相切（交角大于35°），未構(gòu)成優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，對邊坡的穩(wěn)定性影響甚微，不起控制性作用。節(jié)理J1與邊坡坡向相同（交角為小于35°），構(gòu)成順向優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，巖石層無粘聚力，可能產(chǎn)生直線滑動破壞。由于邊坡淺層巖土體較松散、破碎，邊坡可能發(fā)生圓弧滑動破壞。因此1號邊坡主要可能的破壞模式為：（1）邊坡體沿J1節(jié)理面發(fā)生直線滑動破壞。（2）強(qiáng)風(fēng)化巖體、表層硬塑紅黏土、碎石雜黏土地質(zhì)單元內(nèi)部發(fā)生圓弧滑動破壞（如圖3.4）。圖3.4可能滑動面示意圖（1）直線滑動（無拉裂縫的單平面滑動）據(jù)上述節(jié)理分析，巖體單元可能發(fā)生直線滑動，故采用直線滑動計算公式分析其穩(wěn)定性，在分析計算中作以下假設(shè)：1）計算中所有力均作用在滑體重心，滑體僅沿滑動面滑動；2）滑動面抗剪強(qiáng)度遵循摩爾—庫倫準(zhǔn)則，其大小由粘聚力和摩擦角確定。3）假設(shè)滑動面無水。邊坡直線滑動受力及計算模型如圖3.5所示。圖3.5邊坡直線滑動受力及計算模型示意圖根據(jù)摩爾—庫倫準(zhǔn)則有：（3.1）直線滑動穩(wěn)定性計算公式：（3.2）式中：—邊坡的安全系數(shù)；R—滑體所具有的抗滑力；T—滑體所受下滑力；N—滑動面的法向分力；f—摩擦系數(shù)，；c—滑動面上的粘聚力；L—滑動面長度；Q—滑體的重力；—滑動面的傾角；根據(jù)重度與重力的關(guān)系有：（3.3）式中：—滑體的天然重度；V—滑體的體積；將式（3.3）代入（3.2）有：（3.4）根據(jù)該邊坡的環(huán)境地質(zhì)條件，邊坡體中風(fēng)化巖層部分可能沿順向優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面發(fā)生直線滑動破壞。選取K11+220斷面中風(fēng)化巖層部分為計算剖面，根據(jù)勘察報告，將參數(shù)50kPa，18°，=49°，L=71.9m，Q=7211kN代入式（3.4），計算結(jié)果顯示安全系數(shù)=0.94，不符合規(guī)范所要求。（2）圓弧滑動由于表層碎石雜黏土土體較松散、上層巖體較破碎，該部分坡體可能發(fā)生圓弧滑動破壞。本文選用Bishop法計算其安全系數(shù)。在分析計算中作出以下假設(shè)：1）分析對象可選取為某一剖面；2）邊坡整體為均質(zhì)材料，其抗剪強(qiáng)度服從摩爾—庫倫準(zhǔn)則；3）條塊視為剛體；4）各條塊同時達(dá)到極限平衡狀態(tài)，且滑動面上各點的安全系數(shù)相同；5）條塊間僅考慮法向力，條塊受到滑動面提供的且向力與法向力合力作用點位于條塊底部中心；6）滑動面為圓弧滑動面；7）抗滑力矩/下滑力矩即為安全系數(shù)，圓心為力矩的矩心。以O(shè)為圓弧中心，R為圓弧半徑，將滑動土體假設(shè)劃分成n個條塊，如圖3.6、圖3.7為第i個條塊的受力分析示意圖。圖3.6邊坡圓弧滑動受力及計算模型示意圖圖3.7第i個條塊受力示意圖根據(jù)假設(shè)5，垂直方向力的平衡：（3.5）根據(jù)滑面極限平衡條件有：（3.6）聯(lián)立式（3.5）、式（3.6）有：（3.7）（3.8）式中，圖3.8第i個條塊受力分析圖據(jù)圖3.8，條塊整體滑動力矩為：（3.9）整體抗滑力矩為：（3.10）因為各條塊垂直向的力相互抵消，據(jù)有：（3.11）將式（3-8）代入式（3-11），有：（3.12）在Bishop法中考慮條間切向力，有：（3.13）在Bishop法中，由于中含有安全系數(shù)，故在進(jìn)行求解時需要試算，一般先假設(shè)=1，算出，再反求，如此反復(fù)迭代。根據(jù)該邊坡的環(huán)境地質(zhì)條件，邊坡體紅黏土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層部分可能發(fā)生圓弧滑動，故選取K11+220斷面為研究對象，本文選用GEO滑坡分析板塊，建立邊坡模型，選擇Bishop分析法（如圖3.9）并將輸入好的材料屬性（如圖3.10）賦予各土層（如圖3.11），點擊開始，完成計算，結(jié)果如圖3.12所示。圖3.9選用Bishop法分析計算圖3.10輸入材料屬性圖3.11建立邊坡模型圖3.12邊坡安全系數(shù)由圖3.12可知，邊坡安全系數(shù)為0.977，同樣小于規(guī)范要求。綜上分析，采用直線滑動計算公式及Bishop法對1號邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計算結(jié)果分別為0.94、0.977，均表明該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行加固治理。（二）聯(lián)合支護(hù)方案1.工程特點依據(jù)工程地質(zhì)情況及相關(guān)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，針對1號邊坡提出以下五種支護(hù)方案。（1）放坡開挖方案：按剩余邊坡的幾何形態(tài)削坡成五級邊坡。（2）擋土墻支護(hù)方案：擋土墻采用漿砌塊石仰斜式擋土墻，墻高約10m，該方案擋土墻截面尺寸及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖3.13所示。（3）抗滑樁支護(hù)方案：抗滑樁采用混凝土灌注樁，根據(jù)《抗滑樁治理工程設(shè)計規(guī)范》，設(shè)置樁徑2.5mx4m，樁長35m，樁身采用C30混凝土澆筑，樁凈間距3m，樁內(nèi)縱向受拉鋼筋選用HRB400鋼筋。有學(xué)者對抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性分析的研究結(jié)果表明，抗滑樁設(shè)置在邊坡中部時安全系數(shù)最大。據(jù)此，在邊坡中部設(shè)樁?？够瑯督孛娉叽缂跋嚓P(guān)數(shù)據(jù)如圖3.14所示，抗滑樁的布設(shè)位置如圖3.15所示。圖3.13擋土墻示意圖圖3.14抗滑樁示意圖圖3.15抗滑樁布設(shè)位置示意圖（4）錨索框架梁支護(hù)方案：每級邊坡采用3mx3m錨索框架梁支護(hù)，共設(shè)置18排錨索，框架梁結(jié)構(gòu)總高度約48m，框架梁采用C30混凝土澆筑（如圖3.16、圖3.17所示），每根錨索采用6根直徑約為16mm鋼絞線組成，錨索長度從第五級至第一級依次為32m、28m、24m、20m、16m，鉆孔直徑為130mm，設(shè)計拉應(yīng)力620kN，按1.1倍預(yù)應(yīng)力張拉。（5）擋土墻-噴射混凝土-錨索框架梁聯(lián)合支護(hù)方案：擋土墻部分采用漿砌塊石仰斜式擋土墻，墻高5m，該方案擋土墻截面尺寸及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖3.18所示，坡面噴射C15混凝土，厚度0.15m，錨索框架梁與方案4相同。圖3.16框架梁示意圖圖3.17錨索示意圖圖3.18擋土墻-噴射混凝土-錨索框架梁聯(lián)合支護(hù)方案中擋土墻示意圖2.應(yīng)用實例本文以東二環(huán)1號邊坡為例，計算在采取五種不同支護(hù)方式治理1號邊坡的情況下各自所需的費用，通過比較它們所需費用的大小，從經(jīng)濟(jì)層面優(yōu)化選取最佳支護(hù)方案。為了方便直觀的對比不同支護(hù)方式的工程造價，本文主要針對不同支護(hù)方式所需造價的進(jìn)行對比分析。套用《福建省市政工程計價定額》，各支護(hù)方式綜合單價計算表如表3.1至表3.5所示。表3.1無支護(hù)（放坡開挖）綜合單價計算表（定額計量單位1000m3）項目名稱長臂挖掘機(jī)（臂長25m）挖土費用名稱單位單價消耗量合價人工費一類綜合用工工日804.00320.00小計元320.00機(jī)械費長臂挖掘機(jī)（25m）臺班5824..005.55332340.67小計元32340.67綜合費用管理費和利潤稅金190.83合計綜合單價（元）32851.53每立方米綜合單價（元）32.85項目名稱挖掘機(jī)裝車費用名稱單位單價消耗量合價人工費一類綜合用工工日804.00320.00小計元320.00機(jī)械費履帶式單斗挖掘機(jī)（斗容量1m3）臺班1105.851.4421594.64小計元1594.64綜合費用管理費和利潤稅金190.83合計綜合單價（元）2105.47每立方米綜合單價（元）2.11項目名稱自卸汽車運(yùn)土（1km）費用名稱單位單價消耗量合價人工費一類綜合用工工日802.60208.00小計元208.00材料費水m33.5912.0043.08小計43.08機(jī)械費自卸汽車（8t）臺班554.749.795434.79灑水車（4000L）臺班433.150.484209.64小計元5644.43綜合費用管理費和利潤稅金124.04合計綜合單價（元）6019.55每立方米綜合單價（元）6.02放坡開挖綜合單價40.98表3.2擋土墻支護(hù)方式綜合單價計算表（定額計量單位10m3）項目名稱福州市東二環(huán)1號擋土墻支護(hù)費用名稱單位單價消耗量合價人工費二類綜合用工工日1209.241108.80小計元1108.80材料費水泥砂漿m3539.383.581930.98毛石m369.911.50803.85水m33.597.3026.2小計2761.03機(jī)械費攪拌機(jī)臺班188.920.35867.63起重機(jī)（15t）臺班700.950.236165.42小計元233.05綜合費用管理費和利潤稅金440.81合計綜合單價（元）4543.69每立方米綜合單價（元）454.37表3.3抗滑樁支護(hù)方式綜合單價計算表（定額計量單位10m3）項目名稱福州市東二環(huán)1號坡抗滑樁支護(hù)費用名稱單位單價消耗量合價人工費二類綜合用工工日12013.0201562.40小計1562.40材料費預(yù)拌混凝土C30m3199.4910.1002014.85鋼筋Kg3.6851.0253.78組合鋼模板Kg3.384.90016.56鐵件綜合Kg3.0232.10096.94枕木m31452.990.05985.73導(dǎo)管Kg4.123.80015.66六角螺栓Kg5.950.4102.44小計2235.96卷揚(yáng)機(jī)（50kN）臺班170.341.863317.34小計元317.34綜合費用管理費和利潤稅金183.34合計綜合單價（元）4299.04每立方米綜合單價（元）429.904表3.4錨索框架梁支護(hù)方式綜合單價計算表（定額計量單位:見表）項目名稱鉆孔、壓漿費用名稱單位單價消耗量合價人工費二類綜合用工工日1206.674800.88小計800.88材料費水泥砂漿m3539.380.212114.35擴(kuò)孔鉆頭個5.920.0320.19高壓膠管（注漿用）m1.280.150.19合金刀片kg7.870.8046.33水m33.590.3521.26圓木樁m3805.540.0108.06速凝劑kg1.002.002.00塑料管m1.713.5005.95其他材料費元10.4800.48小計138.81機(jī)械費氣動灌漿機(jī)臺班10.600.2502.65工程地質(zhì)液壓鉆機(jī)臺班468.891.180553.29小計元555.94綜合費用管理費和利潤稅金318.40合計綜合單價（元）1814.03每米綜合單價（元）181.403項目名稱錨索制作、安裝費用名稱單位單價消耗量合價人工費二類綜合用工工日1205.79694.80小計694.80材料費鋼絞線t62501.066625.00波紋管kg8.1536.90300.74鋼絞線群錨套76.898.601661.33鐵件綜合kg3.0219.33058.38低合金鋼焊條kg5.958.71051.82其他材料費元1149.30149.30小計7846.57預(yù)應(yīng)力拉伸拉伸力（650kN）臺班25.053.44686.32小計元86.32綜合費用管理費和利潤稅金276.22合計每噸綜合單價（元）8903.91合計每米綜合單價（元）6.19項目名稱混凝土框架梁（10m3）模板（10m2）費用名稱單位單價消耗量合價單位單價消耗量合價人工費二類綜合用工工日1206.250750工日1204.073488.76小計750488.76材料費預(yù)拌混凝土C30m3199.4911.1102216.33板枋材m3961.150.213204.72鐵釘kg4.322.33910.10脫模劑kg1.461.0001.46模板嵌縫材料kg1.360.5000.68小計2216.33216.96機(jī)械費起重機(jī)（15t）臺班700.950.145101.64載貨汽車（5t）臺班399.490.04718.78圓鋸機(jī)(d=500mm)臺班23.460.1423.33小計123.75綜合費用管理費和利潤稅金298.17194.31合計綜合單價（元）5100.181023.78每立方（平方）米綜合單價（元）510.018102.38錨索框架梁綜合單價799.99表3.5擋土墻-噴射混凝土-錨索框架梁聯(lián)合支護(hù)方式綜合單價計算表（定額計量單位：100m2）項目名稱福州市東二環(huán)1號坡噴射混凝土工程費用名稱單位單價消耗量合價人工費二類綜合用工工日12015.8651903.80小計1903.80材料費預(yù)拌混凝土C15m3164.976.2501031.06高壓膠皮風(fēng)管m3.383.50011.83其他材料元1.000.2400.24小計1043.13機(jī)械費砼濕噴機(jī)(5m3/h)臺班314.861.050330.60空壓機(jī)臺班322.260.970312.59小計643.19綜合費用管理費和利潤稅金756.87合計綜合單價（元）4346.99每平方米綜合單價（元）43.47聯(lián)合支護(hù)綜合單價（元）1297.83圖3.19各支護(hù)方案綜合單價柱狀圖如3.19所示為不同支護(hù)方式的綜合單價的對比，通過此圖不難看出，各支護(hù)方案的綜合單價擋土墻-噴射混凝土-錨索框架梁三者聯(lián)合支護(hù)>錨索框架梁>擋土墻>抗滑樁>放坡開挖。依據(jù)各個支護(hù)構(gòu)件的設(shè)計尺寸計算，各支護(hù)方案的總造價如圖3.20所示。圖3.20各支護(hù)方案總造價柱狀圖由圖3.20可知，抗滑樁支護(hù)造價最低，各支護(hù)方案的總造價擋土墻-噴射混凝土-錨索框架梁三者聯(lián)合支護(hù)>錨索框架梁支護(hù)>抗滑樁支護(hù)>擋土墻支護(hù)>放坡開挖。三、常見技術(shù)問題及解決辦法（一）邊坡監(jiān)測內(nèi)容東二環(huán)1號邊坡自建成以來，出現(xiàn)過塌方現(xiàn)象，給道路運(yùn)營帶來嚴(yán)重的安全隱患。為及時準(zhǔn)確的反應(yīng)福州市東二環(huán)1號邊坡的變形情況，同時為上述邊坡治理提供可靠的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，探究其支護(hù)方案的有效性，對支護(hù)效果進(jìn)行評價，需對福州市東二環(huán)1號邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測。主要監(jiān)測內(nèi)容如下：（1）錨索錨固力監(jiān)測：坡體上選取4個預(yù)應(yīng)力錨索加裝錨索測力計，監(jiān)測錨固力隨時間的變化情況。（2）加速度監(jiān)測：框架梁上安裝加速度計監(jiān)測其是否有加速變化的趨勢。（3）位移監(jiān)測：采用光學(xué)儀器對坡體水平豎直位移進(jìn)行監(jiān)測。（4）支護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測：在3~5級邊坡上分別標(biāo)定1~6號裂縫，采用游標(biāo)卡尺定期對框架梁及坡面混凝土上裂縫的長、寬、深等指標(biāo)進(jìn)行量測。（二）邊坡監(jiān)測方法（1）邊坡水平及豎直位移變形采用全站儀光學(xué)監(jiān)測，在距離邊坡較遠(yuǎn)處不變形的位置布設(shè)基準(zhǔn)點，經(jīng)觀測，確認(rèn)基準(zhǔn)點穩(wěn)定后再對邊坡上各監(jiān)測點進(jìn)行觀測。為取得基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，各個監(jiān)測點需要再安裝布設(shè)后及時測取初值，使用全站儀連續(xù)測量三次后求取平均值即為初始數(shù)據(jù)。正式對邊坡進(jìn)行監(jiān)測時，各監(jiān)測點每次記錄位移讀數(shù)情況時，需要經(jīng)過3次測量分別取得讀數(shù)后，取3次平均數(shù)作為其位移值。（2）錨索錨固力及加速度采用自動化監(jiān)測，通過在邊坡坡體上安裝相關(guān)無線監(jiān)測設(shè)備，自動采集傳輸實時數(shù)據(jù)至監(jiān)測平臺。（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測包括框架梁裂縫監(jiān)測和坡面混凝土裂縫監(jiān)測，使用游標(biāo)卡尺、細(xì)線、鋼卷尺等對標(biāo)定的1~6號裂縫進(jìn)行定期測量，詳細(xì)操作步驟如下：裂縫寬度的測量：直接使用游標(biāo)卡尺量取。

裂縫深度的測量：將鐵絲伸入縫中，在鐵絲與裂縫面交界處進(jìn)行標(biāo)記，抽出鐵絲采用游標(biāo)卡尺測量鐵絲長度即為裂縫深度。

裂縫長度的測量：采用以曲代直的方法，將棉線置于彎曲的裂縫中，沿著裂縫走線，隨后取出棉線，將棉線拉直，采用卷尺測量其長度即為裂縫長度。（三）邊坡監(jiān)測設(shè)備1.錨索測力計本項目采用基康BGK490-1000KN錨索測力計（如圖4.1、圖4.2），其精度為±0.1%F.S，在其最外層圓柱形空心鋼筒受到外部傳來的荷載時，鋼筒會發(fā)生肉眼無法觀察的微小形變，這種形變會引起鋼筒內(nèi)鋼弦傳感器的應(yīng)力發(fā)生改變，進(jìn)而改變其原有的固定頻率，每個錨索計最外層鋼筒均連接有四根接線頭的電纜，四根線頭分別為紅線、黑線、藍(lán)線、黃線，對應(yīng)輸出四個頻率信號，頻率信號的變化再通過該電纜傳遞至監(jiān)測平臺，登錄平臺即可查看其頻率值，再經(jīng)過相應(yīng)公式的換算，讀取出錨索所受的荷載值即錨固力。其計算公式如下式：（4.1）式中：P：荷載（kN）；G：儀器率定系數(shù)；：初始頻率讀數(shù)（平均值）；：當(dāng)前頻率讀數(shù)（平均值）；圖4-1錨索計示意圖圖4-2錨索計結(jié)構(gòu)示意圖2.加速度計任何物體的運(yùn)動都伴隨著加速度的變化，滑坡體也不例外，在長久持續(xù)對某邊坡開展監(jiān)測工作的基礎(chǔ)上，該邊坡發(fā)生特大滑坡災(zāi)害，那么在災(zāi)害發(fā)生之前，坡體內(nèi)各點加速度勢必產(chǎn)生突變的態(tài)勢，這就是典型的臨滑現(xiàn)象。此時，通過采集坡體的加速度，可以在邊坡滑移前有效地預(yù)測坡體垮塌。加速度計（如圖4.3）通過在內(nèi)部嵌入一款MEMS芯片，該芯片能夠根據(jù)不同的振動加速度值輸出對應(yīng)的電壓值，且成線性關(guān)系，正是應(yīng)用于該原理，可利用振動采集儀對輸出的電壓信號進(jìn)行采集，再將電壓轉(zhuǎn)化得到對應(yīng)加速度值，從而實現(xiàn)對振動加速度信號的測量，再由頻率線傳輸至監(jiān)測平臺，登錄后方可查看其加速度值。本課題創(chuàng)新性的將加速度計安置在現(xiàn)場邊坡上來完成對其加速度值的量測。其主要技術(shù)參數(shù)如表4.1所示。表4.1加速度計技術(shù)參數(shù)表檔位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輸出負(fù)荷電阻（MΩ）10重量（kg）0.8尺寸（mm）63×63×63使用溫度（℃）-10～+50圖4.3加速度計及加速度數(shù)據(jù)采集盒3.位移監(jiān)測本項目變形監(jiān)測采用高精度測量機(jī)器人TS50全站儀（如圖4.4）完成。主要技術(shù)指標(biāo)如表4.2所示。表4.2高精度全站儀TS50技術(shù)指標(biāo)角度測量精度1Hz，V0.5"(0.15mgon)最小顯示0.1"(0.01mgon)原理連續(xù)，四重角度探測距離測量(棱鏡)測程圓棱鏡（GPR1）3500m360°棱鏡（GRZ4）1500m反射貼片(60mmx60mm)250m自動目標(biāo)識別（ATR）ATR模式圓棱鏡(GPR1)1000m/800m360°(GRZ4，GRZ122)800m/600m圖4.4TS50全站儀示意圖4.雨量計本項目采用翻斗式雨量計（如圖4.5）遠(yuǎn)程監(jiān)測1號邊坡降雨量實時數(shù)據(jù)，降雨天氣時，雨水自由滑落至設(shè)備上部的承水口，承水口的底端有一個小孔，雨水經(jīng)此流進(jìn)設(shè)備中部的翻斗，當(dāng)斗中雨量集聚超過恒定值時，翻斗傾斜產(chǎn)生一定角度并發(fā)出信號，數(shù)據(jù)采集器將其接收并輸出為數(shù)字在屏幕上顯示。雨量計參數(shù)指標(biāo)如表4.3所示。圖4.5雨量計示意圖表4.3高精度雨量計參數(shù)指標(biāo)監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測儀器儀器型號技術(shù)指標(biāo)降雨量雨量計YT-RS-0100A分辨率：0.01mm；電壓：12VDC（-5%~25%）；降雨強(qiáng)度：范圍0.01~8mm/分鐘，誤差±2mm；工作溫度：0℃~50℃工作濕度：<=95%RH（四）邊坡監(jiān)測網(wǎng)點布設(shè)（1）基準(zhǔn)點的布設(shè)：位移監(jiān)測采用后方交匯法，基準(zhǔn)點作為后視點，按國家二等三角測量要求，需要在邊坡對面建立2個基準(zhǔn)點（如圖4.6至圖4.7），以形成一條基準(zhǔn)線，建立虛擬三維坐標(biāo)系，其應(yīng)布設(shè)于待測邊坡區(qū)域范圍附近，位置較為牢固，不易受外界因素影響，且可以長期保存的地方。根據(jù)現(xiàn)場踏勘結(jié)果，基準(zhǔn)點布設(shè)于東二環(huán)1號邊坡斜對面的一個長期廢棄的平臺上（如圖4.8所示）圖4-61號基準(zhǔn)點圖4-72號基準(zhǔn)點圖4-8基準(zhǔn)點布設(shè)平臺示意圖（2）位移監(jiān)測點的布設(shè)：位移監(jiān)測點主要布設(shè)于發(fā)生垮塌處的第二至第五級邊坡上；根據(jù)監(jiān)測原則中經(jīng)濟(jì)合理原則，為降低監(jiān)測成本，小棱鏡的安置選用等距離布設(shè)法，每個小棱鏡之間大約相距4-5m，且保證每個小棱鏡的鏡面朝向均指向基準(zhǔn)點。依據(jù)邊坡幾何形狀，各級邊坡安裝小棱鏡個數(shù)如下：第二級邊坡安裝小棱鏡10個，間距5m。第三級邊坡安裝小棱鏡9個，間距5m。第四級邊坡安裝小棱鏡8個，間距5m。第五級邊坡安裝小棱鏡8個，間距4m。共計布設(shè)位移監(jiān)測點35個。（3）預(yù)應(yīng)力錨索計監(jiān)測點的布設(shè)：根據(jù)現(xiàn)場邊坡實際情況，考慮經(jīng)濟(jì)性和便捷性，于第三級邊坡處連續(xù)選取四個預(yù)應(yīng)力錨索安裝錨索計。（4）加速度計監(jiān)測點布設(shè)：加速度計主要布設(shè)于第三、四級邊坡處，具體布設(shè)位置如圖4.9所示。圖4-9各監(jiān)測點布設(shè)示意圖（5）裂縫的標(biāo)定：由于之前1號坡左側(cè)部分土體發(fā)生垮塌，垮塌部分對未垮塌部分作用的巨大拉力造成邊坡右側(cè)剩余部分的框架梁、坡面混凝土上出現(xiàn)裂縫，通過現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，開裂處坡面混凝土后土體十分松散，部分區(qū)域的坡面混凝土后表層土體“破墻而出”（如圖4.10所示），致使局部坡面混凝土出現(xiàn)較大空洞。為防止監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)特殊性，分別在邊坡3，4，5級標(biāo)定裂縫，其中，1號、2號裂縫位移3級坡、3號、4號裂縫位于4級坡，5號、6號裂縫位于5級坡；1號、2號、3號、6號為坡面混凝土上的裂縫，4號、5號為格構(gòu)梁上的裂縫，圖4.11為1-6號裂縫示意圖。圖4.10坡面混凝土破洞示意圖圖4.11裂縫標(biāo)定示意圖（6）雨量計的布設(shè)：由于1號邊坡坡面較陡，無平坦區(qū)域安裝雨量計，故雨量計安裝在東二環(huán)8號邊坡的一級坡平臺上（如圖4.12）。圖4.12雨量計布點圖（五）邊坡邊坡變形監(jiān)測預(yù)警各類邊坡及加固結(jié)構(gòu)的形變并非只與單一要素相關(guān)，其通常與施工質(zhì)量、天氣狀況、地質(zhì)情況等要素密切關(guān)聯(lián)。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》19.1.7條，結(jié)合東二環(huán)1號邊坡的工程地質(zhì)條件以及錨索錨固力損失情況，本工程監(jiān)測預(yù)警值按如下設(shè)置：1號坡為土質(zhì)或巖土混合邊坡，坡頂及坡面最大水平位移限值設(shè)置為20mm，以及