公路深挖路塹邊坡工程施工監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

袁水河 王天星

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 云南昆明 650011）

隨著當(dāng)前我國(guó)高速公路事業(yè)的飛速發(fā)展，高速公路施工技術(shù)也得到快速發(fā)展，但是部分公路深挖路塹邊坡工程施工中，受地形等因素的影響，在進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)往往受到制約。本組主要針對(duì)公路山洼路塹邊坡工程施工中易出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對(duì)施工監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行探討。

1 公路深挖路塹邊坡工程施工監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的必要性

近年來，在我國(guó)西部地區(qū)，公路建設(shè)發(fā)展比較快速，但因?yàn)槲鞑康貐^(qū)獨(dú)特的地質(zhì)條件，形成了和其他地區(qū)不同的地形地貌，反映在公路建設(shè)項(xiàng)目上，在進(jìn)行深挖路塹邊坡工程時(shí)表現(xiàn)出來的問題就比較明顯。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①因?yàn)槭┕挝辉谑┕で?，沒有做好深挖方邊坡工程的防護(hù)工作，防護(hù)措施不足甚至沒有防護(hù)，或者在施工過程中操作不當(dāng)，開挖后引發(fā)塌方或滑坡問題；②在開挖前施工單位雖然對(duì)邊坡工程做了防護(hù)措施，但措施保守、造價(jià)偏高，增加了施工難度。這兩方面問題的發(fā)生在客觀上是由工程本身的復(fù)雜性引起的，表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①公路工程沿線較長(zhǎng)，要經(jīng)過在多種多樣的地質(zhì)體，這些地質(zhì)體復(fù)雜多變，不好把握；②公路邊坡工程規(guī)模巨大，而勘查和試驗(yàn)工作有限，給公路深挖路塹邊坡技術(shù)的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)手段上造成了很大的局限。

公路深挖路塹邊坡工程有著復(fù)雜多變的特點(diǎn)，存在著各種各樣的問題，本文在公路深挖路塹邊坡施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上，對(duì)工程系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和施工監(jiān)測(cè)進(jìn)行了總結(jié)和研究，以促進(jìn)公路工程建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展。

2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原理與方法

站在信息學(xué)的角度，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)信息掌握的程度，可分為明確了解的白色系統(tǒng)和認(rèn)識(shí)模糊的灰色系統(tǒng)。在公路深挖路塹邊坡工程中，勘查和設(shè)計(jì)階段認(rèn)識(shí)是有限的，掌握的信息是局面的，屬于灰色系統(tǒng)；而隨著施工的進(jìn)行，接觸到真實(shí)的工程地質(zhì)體，掌握到的信息逐漸具體明確，信息認(rèn)知轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨到y(tǒng)。在信息的灰色系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)檎J(rèn)知的局限性，對(duì)工程的防護(hù)設(shè)計(jì)做不到精確合理，但是如果在施工過程中不斷更新信息，對(duì)施工技術(shù)及時(shí)進(jìn)行修改，就能是工程設(shè)計(jì)更切合實(shí)際，更加合理。施工完成后，為了給以后的相似工程提供借鑒，要對(duì)施工前的勘查、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和施工過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，以提高下一步的工程施工水平。

和水電、礦山等行業(yè)比起來，公路深挖路塹邊坡工程具有勘查深度低、施工周期短等特點(diǎn)。針對(duì)幾年來在公路建設(shè)中出現(xiàn)的各種問題，本文立足于公路工程實(shí)際，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)，提出了以下幾方面的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法：①施工前進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查。要對(duì)公路邊坡工程經(jīng)過的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行深入勘查，明確巖體結(jié)構(gòu)特性，分析控制邊坡穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)面，對(duì)邊坡工程的地質(zhì)條件做到心中有數(shù)。②對(duì)影響公路邊坡穩(wěn)定性的因素，要從地質(zhì)力學(xué)、工程地質(zhì)類比等多角度進(jìn)行分析，邊坡的整體穩(wěn)定性尤為重要，因?yàn)楣饭こ炭辈樵O(shè)計(jì)時(shí)間比較短，主要是運(yùn)用工程地質(zhì)類比法。③運(yùn)用極限平衡、數(shù)值計(jì)算分析定量判斷公路邊坡工程的穩(wěn)定性。④根據(jù)穩(wěn)定性評(píng)判分析，對(duì)公路深挖路塹邊坡工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。⑤要明確邊坡工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性，對(duì)其中的薄弱環(huán)節(jié)采取必要的防護(hù)措施，并對(duì)施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方法要合理，確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位。⑥在邊坡施工過程中，要通過施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲取工程地質(zhì)信息、技術(shù)信息、防護(hù)信息等，并依據(jù)信息對(duì)施工設(shè)計(jì)做出修改，保障工程順利進(jìn)行。⑦工程完工后，要對(duì)施工過程中的設(shè)計(jì)資料和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，以了解引起邊坡變形破壞問題的原因，分析不足，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為增強(qiáng)將來工程的穩(wěn)定性提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3 施工監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐

以云南楚廣高速公路為例，該高速起于楚雄市，止于廣通鎮(zhèn)，全長(zhǎng)20.28km，于2014年12月建成通車。該高速主要經(jīng)過山區(qū)地帶，包含25座橋梁、34座涵洞及1座長(zhǎng)隧道，在施工階段，深挖路塹邊坡施工量較大，本文也以該高速公路為例，對(duì)施工中施工監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行分析。

3.1 開挖與防護(hù)設(shè)計(jì)

依據(jù)施工前勘查與穩(wěn)定性分析，進(jìn)行開挖和防護(hù)設(shè)計(jì)。該路段邊坡工程是比較有代表性的深挖路塹邊坡工程，在施工前，對(duì)工程地質(zhì)運(yùn)用測(cè)繪、槽探、鉆探等方法進(jìn)行了勘查和物理力學(xué)性質(zhì)研究。該路段邊坡工程所處位置屬于丘陵地區(qū)，從下到上分為七個(gè)層次：第一層泥巖，第二層細(xì)砂巖，第三層粉砂質(zhì)泥巖，第四層細(xì)砂巖，第五層泥質(zhì)粉砂巖，第六層細(xì)砂巖，第七層粉砂質(zhì)泥巖。緩坡或平臺(tái)的地質(zhì)大部分是泥巖結(jié)構(gòu)，陡坡陡壁的地質(zhì)大部分是砂巖結(jié)構(gòu)，是典型的近水平紅層砂泥巖互層邊坡。

通過勘查分析，軟巖夾層和陡傾結(jié)構(gòu)面是控制邊坡穩(wěn)定性的因素，邊坡巖體容易在這些層面產(chǎn)生滑動(dòng)，引起破壞；陡傾結(jié)構(gòu)面是地表水下滲的通道，容易造成弱面軟化，而下滲的地表水填充陡傾縫隙后，產(chǎn)生的水壓力能使巖體前滑，導(dǎo)致邊坡不穩(wěn)。邊坡在整體上具有穩(wěn)定性，邊坡巖體在整體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，淺層有局部坍塌的可能。

根據(jù)邊坡地質(zhì)勘查和穩(wěn)定性分析，工程開挖坡比設(shè)計(jì)為1：1，防護(hù)設(shè)計(jì)以淺層加固為主，使用鋼筋混凝土框架梁，節(jié)點(diǎn)設(shè)有普通長(zhǎng)錨桿，錨桿中部長(zhǎng)度為20m，兩側(cè)長(zhǎng)度為14m。

3.2 施工監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

該路段地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，第一、三、五層泥巖是弱面，影響著邊坡的穩(wěn)定性，是施工監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，但因?yàn)檫吰鹿こ淌┕r(shí)間較短，為節(jié)約工期，監(jiān)測(cè)要進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。施工監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：a.地表變形監(jiān)測(cè)。在邊坡平臺(tái)和坡頂設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀察地表是否變形。b.坡體深部位移監(jiān)測(cè)。分別在邊坡的第7級(jí)和第4級(jí)平臺(tái)上中設(shè)置監(jiān)測(cè)孔，觀察邊坡是否滑動(dòng)。c.對(duì)開挖工程地質(zhì)信息進(jìn)行測(cè)繪。d.監(jiān)測(cè)施工技術(shù)信息和錨桿應(yīng)力。監(jiān)測(cè)平面布置圖見圖1。

3.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過程

邊坡工程信息化施工分為四個(gè)階段，施工過程見表1。

3.4 信息獲取和施工后的分析評(píng)價(jià)

開挖工程地質(zhì)信息和勘查資料基本一致，邊坡巖體不均勻，該高速公路首尾兩端巖體質(zhì)量存在差異。基于此項(xiàng)地質(zhì)信息，修改了工程原有設(shè)計(jì)，將部分長(zhǎng)錨桿取消，加強(qiáng)一側(cè)坡腳，將漿砌片石護(hù)面墻改成鋼筋混凝土護(hù)面墻。由于工程地質(zhì)的差異性，取消了原防護(hù)設(shè)計(jì)中的鋼筋混凝土框架梁將錨桿抑制件改為墊墩。邊坡變形監(jiān)測(cè)主要運(yùn)用地表監(jiān)測(cè)和深部位移監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)做出設(shè)計(jì)上的修改，保障開挖和防護(hù)工程的穩(wěn)定。

圖1 變形監(jiān)測(cè)平面布置圖

表1 高邊坡工程施工監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過程

4 結(jié)論

在公路深挖路塹邊坡工程設(shè)計(jì)上，應(yīng)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法，施工前詳細(xì)勘查邊坡巖體結(jié)構(gòu)，對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的因素進(jìn)行正確判斷，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開挖和防護(hù)工程。在施工過程中要進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息修改完善原有設(shè)計(jì)，施工完成后及時(shí)歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。本文列舉的云南某高速公路深挖路塹邊坡工程，由于采取了合理的施工監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，其開挖和防護(hù)工程完成后基本趨于穩(wěn)定，為公路建設(shè)提供了很好的借鑒。

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