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      公路邊坡位移變形裂縫預防和邊坡監測

      添加時間:2022-07-07 14:08:38

      公路邊坡位移變形裂縫預防和邊坡監測


      邊坡是自然或人工形成的斜坡,是人類工程活動中最基本的地質環境之一,也是工程建設中最常見的工程形式。同時,隨著我國基礎建設的大力發展,在大量鐵路、公路、礦山、水利等部門都涉及大量的邊坡問題,特別是在丘陵和山區建設中,人類工程活動中開挖和堆填的邊坡數量會越來越多,高度將越來越大。


      作為公路邊坡常見地質災害之一的坍塌災害,已經嚴重危及公路及公路運輸的安全和暢通。因此,對公路邊坡變形監測以及各類災害成災機理及誘發因素進行分析研究,是采取科學合理的防治措施的依據,是減少災害損失的有效途徑。


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      一、邊坡坍塌現象及特征


      坍塌是土層、堆積層或風化破碎巖層斜坡,由于土壤中水和裂隙水的作用、河流沖刷或人工開挖坡陡于巖體自身強度所能保持的坡度而產生逐層塌落的變形現象。其具有“滑坡”和“崩塌”兩種機制和“先滑后塌”的變形破壞過程。由于其突發性和頻繁發生的特點,給公路造成嚴重危害。


      坍塌主要產生于邊坡表面松散的風化破碎層,邊坡的設計坡率超過了巖土體所能保持的穩定角,在風化、干濕循環和降雨作用下,或因開挖改變了地下水的滲流條件而使坡面滲水,巖土軟化,從而引起邊坡上部失穩。坍塌形成必須具備以下兩個條件:


      (1)松散的巖土邊坡,坡度較大,一般大于潮濕狀態下天然休止角,平均坡度為30°~40°以上;


      (2)有較豐富的降水或地表水與地下水水源。


      坍塌的基本特征:


      (1)坍塌發生后,坍塌體堆于坡腳,整體性完全破壞;

      (2)坍塌裂縫逐次向邊坡上方發展,最外一條裂縫受邊坡坡度控制,一般自坡腳以上平均坡度在1U1.5范圍內;

      (3)每次坍塌均不按固定的面移動,而是按新的不規則的面移動,一直坍塌至潮濕土層穩定為止;

      (4)坍塌體下緣均在臨空面以上;

      (5)雨水、坡面水和地下水是誘發坍塌的重要原因,其中90%以上直接由降雨引起;

      (6)坍塌體厚度不大,通常小于6m。


      坍塌按照物質組成可以分為巖石類坍塌、坡殘積層坍塌和土質坍塌三類。


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      二、公路邊坡坍塌災害發生機理及影響因素


      公路邊坡坍塌災害發生機理


      公路邊坡是有人工開挖或填筑而成的斜坡,由于公路斷面形式的不同而分為路塹邊坡和路基邊坡。公路邊坡坍塌是指發生在路域邊坡范圍內的坍塌,將直接造成公路邊坡的破壞,嚴重的將造成公路及其附屬設施的破壞,進而將帶來經濟損失。


      坍塌是高邊坡常見的變形現象,其變形是從表層開始,逐漸向內部發展,受坡體整個松弛帶內結合強度的控制,無貫通的軟弱帶,非坡內某一軟弱帶或面的破壞。破壞的主要原因是坡度大于其穩定坡率,在降雨等因素誘發下發生局部破壞,破壞面為巖土體最危險剪切面,即同生面。


      公路邊坡坍塌災害的影響因素


      影響公路邊坡坍塌災害的因素很多,按不同因素的作用特點及作用形式,主要可以歸納為內因和外因或誘發因素兩部分:


      災害形成的內在條件有:巖土類型,坡形、坡度、坡高,節理裂隙發育程度,巖石風化強度等。在各類內因之中,坡度、坡體結構、坡型和巖性是主要因素。邊坡類型按不同的分類指標可有多種分類。


      按構成邊坡的物質種類可以分為土質邊坡(整個邊坡均由土體構成,按土體種類又可分為:粘性土邊坡、黃土邊坡、膨脹土邊坡、堆積土邊坡、填土邊坡等);巖質邊坡(整個邊坡均由巖體構成,按巖體的強度又可分為硬巖邊坡、軟巖邊坡和風化巖邊坡等,按巖體結構分為整體狀(巨塊狀)邊坡、塊狀邊坡、層狀邊坡、碎裂狀邊坡、散體狀邊坡);巖土混合邊坡(邊坡下部為巖層,上部為土層,即所謂的二元結構的邊坡)。


      按邊坡的高度分為:一般邊坡(巖質邊坡總高度在30m以下,土質邊坡總高度在15~20m以下)和高邊坡(巖質邊坡總高度大于30m,土質邊坡總高度大于15~20m)。按公路斷面形式分為路塹邊坡和路基邊坡。按坡體結構特征可以分為類均質土邊坡、近水平層狀邊坡、順傾層狀邊坡、反傾層狀邊坡、塊狀巖體邊坡、碎裂狀巖體邊坡和散體狀邊坡等。


      實踐證明,容易發生變形破壞的邊坡多為高邊坡、順傾層狀邊坡及節理裂隙發育強烈的邊坡,因此,這些邊坡將是研究與防治的重點。


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      坍塌災害的誘發因素很多,主要有地震、降雨、地表沖刷、融雪、浸泡、地下水活動、沖刷或開挖坡腳,凍融、晝夜溫度變化等。其中,降雨和人類工程活動(邊坡開挖)是誘發災害的主要因素。大量的調查表明,邊坡坍塌災害的發生大都與降雨有關。在降雨量較多,雨季持續時間較長的滑坡地段,大量雨水滲入坡體內,使巖(土)層潮濕軟化,從而降低了抗剪強度,也導致容重增大。同時,自然災害的產生并不完全是自然因素決定的,在相當程度上受到人類活動的影響。


      譬如:亂砍濫伐森林導致水土流失;無全局計劃的截流使河流下游土地沙漠化;工程開挖使邊坡失穩,引起坍塌;過量開采地下水造成地面沉降等。據統計,現己發生的各類地質災害約有50%與人類活動有關。隨著近年來我國高等級公路的大規模修建,隨之而來的是人類對自然地表物質的剝蝕、搬運、堆積以及對地形和地貌進行的局部改造,使地球表面原有的自然平衡遭到不同程度的破壞,加劇了各類地質災害頻繁發生。


      公路建設具有線路長、規模大、類型復雜等特點,特別是山區公路的建設,對環境的影響比較明顯。山區的地質作用一般較為強烈,地質條件復雜,在這樣的情況下,公路建設過程中的邊坡開挖有可能會改變天然山體的穩定條件,巖層的軟弱結構面被切斷而形成各種不利組合,以及開挖面在大氣與水的作用下,巖體強度的降低等,都會形成對開挖邊坡穩定十分不利的因素。


      三、公路邊坡坍塌災害的主要防治措施


      1.預防坍塌災害的首要措施是削坡,即減小邊坡坡率,增加邊坡穩定性。

      2.對于存在軟弱結構面而易引起坍塌的高邊坡,可根據情況采用支擋墻或支護墻等措施,以支撐邊坡并防止軟弱結構面的張開或擴大。對邊坡坡腳因受河水沖刷而易形成坍塌者,河岸要做防護工程。


      3.在可能發生坍塌的地段,必須做好地面排水設施,其中坡頂截水溝能起到防止邊坡上部坍塌的作用。


      4.巖質坍塌宜采取下列措施:


      (1)刷坡:清除坡面危巖、嚴重風化破碎表層及不穩定部分,清除影響路基及邊溝的坡腳坍塌堆積物、風化剝落碎屑物等;


      (2)設置截水溝:水是誘發各類地質災害的主要因素之一,坍塌也不例外,攔截地表水入滲坍塌體裂縫是防治坍塌的有效措施之一;


      (3)支護加固:對局部坡面風化破碎層較厚的地段設置護坡、擋墻。


      5.土質邊坡宜采取下列措施:

      (1)分級開挖:根據邊坡的物質組成、松散程度及天然坡度等工程地質特征設置適宜的邊坡坡比將邊坡設計成臺階狀,并分級放坡開挖,以增大邊坡的穩定性;

      (2)護面:加強坡面植被及水土保持措施,對于植被破壞嚴重或放坡開挖不得不破壞植被的地段應盡力恢復坡面植被;

      (3)排水:在容易產生坍塌地段設排水工程,以攔截疏導地表水。


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      四、公路邊坡監測工作


      其實表面位移監測、深部位移監測、以及裂縫監測和沉降監測基本上就可以滿足公路邊坡監測。目前市場上針對公路邊坡監測有兩種,一種是雷達的,另一種就是基于北斗定位的。而天璣科技自主研發的表面位移監測系統采用GNSS自動化監測方式對表面位移進行實時自動化監測,其工作原理為:各GNSS監測點與參考點接收機實時接收GNSS信號,并通過數據通訊網絡實時發送到控制中心,控制中心服務器GNSS北斗數據處理軟件TJ-Cloud實時差分解算出各監測點三維坐標,數據分析軟件獲取各監測點實時三維坐標,并與初始坐標進行對比而獲得該監測點變化量,同時分析軟件根據事先設定的預警值而進行報警。


      GNSS表面位移監測的誤差水平為±2mm+1ppm,高程方向為±4mm+1ppm。表面三維位移量是通過GNSS自動化監測,主要建立在滑坡表面變形明顯的部位,通過監測滑坡表層的三維位移量,分析、判斷滑坡的變形特征、變幅、滑動方向、滑動速率、穩定性及其發展趨勢,并且對于簡易監測而言該方法精度高,能反映出簡易監測反映不了的變形跡象。


      所以做好公路邊坡防護治理工作,確保公路邊坡安全、穩定、靈活采用適當的防護型式,采用有效的防護治理措施,且要從經濟、耐用、環保出發。與邊坡防護治理工程合理配置,恢復公路邊坡的生態平衡。要運用更好的功率邊坡防護新技術、新工藝、新方法,將公路建設與自然相融合,堅持公路建設可持續發展。


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      北京天璣科技有限公司(以下簡稱天璣科技)隸屬于北京奧宇集團,是一家致力于北斗智慧工程應用的高科技企業。天璣科技以交通部公路院、中國水科院,北京地研發等為行業技術支撐,結合自身強大的研發實力,整合行業資源優勢,匯聚資深創業團隊,深耕行業應用需求,深入了解中國特色,為用戶提供一整套智慧工程建設全流程解決方案。

      天璣科技成立以來高速發展,創新性的將北斗技術應用到公路、鐵路,水利、機場工程建設領域,以工程質量過程管控為核心,將隱蔽工程透明化,為業主和施工總包單位解決質量,安全、效率、管理等核心問題。已形成TJMC攤鋪系統,壓實系統,樁基信息化系統,TJ-Cloud變形監測等系統產品,從終端到平臺,硬件到軟件,產品銷售到全程技術服務為廣大業主和施工總包方提供完善的北斗智慧工程方案。特別是基于北斗的道路工程質量信息化系統成熟應用于日照交發,武漢交投,中建四局,南寧繞城高速等項目中,京雄城際,江巷水庫大壩,大興機場沉降監測等項目中也已全線選用,積累了豐富的成功案例,得到業界高度肯定和贊許。

      天璣科技已通過ISO9001質量體系,3A信用企業,國家、中關村雙高新技術企業等認證,取得軟件著作權10項,發明專利3項,是拓普康數字化施工產品核心代理商,已成為智慧工程領域的領軍企業。天璣星,是北斗七星的第三顆, 尊為祿存星。天璣,主理天上人間的財富,喻為財富之星,不斷為用戶創造價值,為業主提升管理,為業者提供保障,為行業積累財富。

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