高速公路高边坡变形监测方法及数据处理分析

高速公路高边坡变形监测方法及数据处理分析

王建

中铁十六局集团有限公司，北京市， 100101

摘要：我国是一个多山国家，地理环境非常复杂，因此高边坡变形以及滑坡灾害较为严重。对高速公路边坡实施监测的意义在于，能够实时提供边坡的稳定状况、位置移动和地形发生变形的规律等等，为边坡发生滑坡提供预报依据。基于此，下文将对高速公路高边坡变形监测方法及数据处理分析展开探究。

关键词：高速公路；高边坡；变形监测方法；数据处理

边坡变形观测的意义在于提供边坡的稳定状况、位移和变形的规律等，为滑坡预报提供依据。边坡变形观测的目的是确定滑体的周界，定期测量滑动量、主滑动线的方向和速度，以监视建筑物的安全。对于建筑物变形的观测，除采用常规的正、倒垂、引张线等手段外，其外部变形的监测则要依赖于以大地测量学的原理、方法与使用精密测量及计量仪器相结合的精密工程测量这种特殊的手段，通过必要频次的反复测量来保障。

1 高速公路高边坡变形监测的作用

在对高速公路高边坡分析之前，需要明确相关的概念与定义。在高速公路施工中，深挖方路基主要是指边坡高度在20m以上的土质挖方路基或者30m以上的石质挖方路基，深挖方路基的边坡处治稳定系数不能小于1.2。按照《公路路基设计规范》的内容可知，当填方边坡的高度超过20m时，就被称作高填方路基。但是在不同地区，这一数值有所变化，比如：广东地区属于降雨相对较多的地区，其土石填料的性质相对较低，导致路基的稳定性普遍偏低，所以其填方边坡高度超过12m时，就被称作高填方路基。在高速公路施工中高边坡工程具备较强的复杂性，涉及到边坡成因、空间组合以及内外地质应力等多方面的内容。施工单位在开展高边坡防护工程的施工时，需要定期监测边坡的变形状况，进一步完善高边坡的防护设计，有助于高速公路工程安全性的提升。在实际的高边坡变形监测工作中，施工单位可以准确掌握边坡在施工期间与运行之后的工作状态，从而有针对性地制定边坡防护措施，避免不必要的损失，保障高速公路的稳定运行。

2 高速公路高边坡变形监测的基本原则

高边坡变形监测系统应遵循重点把握、时变分析、实用可靠、合理布点和周期妥当等原则，要能够较好地处理可靠性、精度、速度、经费四者的关系，保证工程的安全施工和正常安全运行、检验设计的合理程度和施工技术的适应程度、检验工程的长期优良性能和促进变形监测科学技术的发展。

3 高边坡变形监测方案

在高速公路路堑高边坡变形监测中，主要是通过沉降观测、水平位移观测和人工巡视的方式，从多种角度有效开展变形监测工作。人工巡视，主要是由专门的工作人员对路堑高边坡变形情况进行监测和巡视，一旦出现隐患及时上报相关部门，做好后续的完善工作，并做好隐患记录工作，确保记录更为充分、详尽。主要工作内容是巡视边坡裂缝、坍塌现象，如果原来小裂缝有延伸和扩大的趋势，需要及时上报进行解决；地表是否出现明显的下陷，滑坡是否出现裂缝；排水沟是否畅通无阻，施工区域渗水量是否在可接受范围等等，这些问题均是人工巡视需要重点监测的工作内容。沉降和水平位移观测则是一种微观监测方法，借助专门的仪器设备设置观测点，进行持续性的观测，通过观测点收集得到的数据信息，科学合理的分析边坡沉降现象，选择合理的措施予以解决，尽可能避免边坡安全隐患的出现，提高施工质量。边坡断面的监测点，主要是针对路堑边坡高度超过25m，边坡长度在60m以上的高边坡设置监测点，每个观测点主要有高边坡沉降和水平位移监测点，将收集得来的数据信息上传到信息系统，做好数据的记录和分析工作。边坡变形根据不同等级设置1~2个观测点，如果边坡出现沉降或者水平位移现象，收集到的数据超过预警值，那么应该及时报告相关部门，选择合理的解决措施，确保边坡施工稳定性。

4 变形监测实施步骤研究

4.1 建立工作基点网

工作基准点的建立一般情况下，应在地形比较稳定的区域埋设3个水准基点，分别埋设在路段的山顶上、山洼里、山坡上。但必须保证地基是稳定的，并且是用混凝土浇筑的。根据现场变形的实际情况，在上高边坡分别设置16个不同的监测点，编号为A01~A16。在路段中间的高边坡上设立9个不同的监测点，编号为A17~A26。在下边坡部位布设6个不同的监测点，编号为A27~A31。对于此公路高边坡变形的测量共设有31个不同的监测点，而且监测点的埋设全部是地质稳定牢固的。

4.2 外业数据采集方法

首先对各监测点进行逐点人工观测，取得坐标X、Y、H，建立概略坐标数据库。概略坐标X、Y、H越精确，以后各期自动观测精确照准速度越快。在监测点变形累积一定程度后，要及时修正概略坐标数据库。极坐标差分法坐标精度与基准站至监测点和参考站的距离有很大关系。在观测中，尽量选择离监测部位近的基准网点作为基准站和参考站。将TCA2003置于基准站观测墩上，精确整平，设置好观测点集、顺序和测回数；仪器根据内置点位概略坐标数据库的坐标，自动进行目标判断、精确照准，并测量方位角、天顶距和斜距，并将读数存储于内置SRAM卡中。外界条件对观测精度也有很大的影响。在日光强烈的情况下，不但观测数据离散性大，有时还会令仪器无法捕获目标中心。为获取高精度的观测数据，我们一般选择气象条件好的时段进行观测。同时，由于施工场地集中、立体作业，交叉干扰严重，不利的情况下需要及时中断观测，排除干扰后续测。夏季降雨较为频繁，工地上大单量爆破也时有发生，需要及时将棱镜扶正，除去雨水和灰尘，使TCA2003能快速精确的照准目标中心。

4.3 高速公路高边坡变形监测数据处理分析

第一，采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。第二，绘制测点时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，如果位移的变化随时间而渐趋稳定，说明该处地层处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的。若反常曲线出现了反弯点，这就说明位移出现反常的急骤增长现象，表明支护体系已呈不稳定状态，应立即采取相应的施工措施进行处理。第三，在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值，预测边坡的安全状况。第四，监测基准网平差的起算点，必须是经过稳定性检验合格的点或点组。监测基准网点位稳定性的检验，可采用下列方法进行：采用最小二乘测量平差的检验方法。复测的平差值与首次观测的平差值较差△，在满足对观测值、坐标和高程、位移量进行精度评定合格时，可认为点位稳定。

5 结束语

综上所述，高速公路的边坡与路基很容易受到外界因素的影响，从而对高速公路的正常运行造成不利影响。通过本文的分析可知，施工单位需要严格按照标准要求选择监测仪器与设备，按照标准流程开展监测工作，按照规范算法进行监测数据的处理，保障高速公路高边坡、软基及高填路基变形监测工作的有效性，保障高速公路的稳定运行，有助于高速公路使用寿命的延长。

参考文献：

[1]欧耀祥.高速公路高边坡变形监测方法及数据处理分析[J].黑龙江交通科技,2019,42(05):22-23+25.

[2]席科技.高速公路高边坡、软基及高填路基变形监测要点解析[J].工程技术研究,2018(14):243-244.

[3]李俊鹏.高速公路高边坡变形监测方法和数据处理研究[J].科技创新导报,2017,14(24):20-21.

[4]曹琪君,李冠.高速公路路堑高边坡深部位移监测及变形分析[J].城市建设理论研究(电子版),2017(10):159-161.