許康曦 楊美云

作者簡(jiǎn)介：

許康曦（1989—），工程師，碩士，主要從事橋梁及市政工程相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作;

楊美云（1988—），工程師，主要從事橋梁工程設(shè)計(jì)工作。

為研究自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果，文章以河池三中邊坡工程監(jiān)測(cè)為例，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段對(duì)邊坡進(jìn)行雨量監(jiān)測(cè)、表面裂縫監(jiān)測(cè)以及深部位移監(jiān)測(cè)，分析了邊坡的位移變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，并給出了兩種滑坡處治方案。分析結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性較好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，完全可應(yīng)用于邊坡的變形監(jiān)測(cè);河池三中滑坡位移受降雨影響波動(dòng)較大，雨水滲流導(dǎo)致了土體強(qiáng)度下降，形成軟弱的滑動(dòng)面層，位移變形主要發(fā)生在地表至地下深部8.0 m的水平方向上，垂直方向上的深部位移變化較小;根據(jù)滑坡體的工程地質(zhì)特性，提出兩種有效的綜合處治措施，可為同類型滑坡治理工程提供參考。

滑坡;GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù);雨量監(jiān)測(cè);深部位移監(jiān)測(cè);處治方法

U416.1+4A120404

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度地不斷加大，以邊坡滑塌為代表的地質(zhì)災(zāi)害已成為工程建設(shè)中不能忽視的重要環(huán)節(jié)，大規(guī)模的山體滑坡不僅會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，也會(huì)帶來(lái)一系列社會(huì)影響。因此，有必要對(duì)滑坡開(kāi)展監(jiān)測(cè)防治方面的研究工作[1-2]。

隨著科技的發(fā)展，地面攝影測(cè)量技術(shù)、GNSS自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、北斗云監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)等一大批先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸取代以常規(guī)大地測(cè)量法為代表的傳統(tǒng)邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)，解決了以往監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的時(shí)效性差、操作力度大等缺點(diǎn)，提高了監(jiān)測(cè)效率和監(jiān)測(cè)精度[3-5]。趙鵬濤[6]等、李家春[7]等運(yùn)用GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證了GNSS系統(tǒng)在邊坡監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的可靠性與準(zhǔn)確性。喻小[8]等通過(guò)GNSS采集的實(shí)時(shí)位移，采用變形速率、加速度等參數(shù)指標(biāo)作為滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和預(yù)警預(yù)報(bào)依據(jù)，并成功運(yùn)用于滑坡的治理防治。李奎良[9]等、崔春曉[10]等采用GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段對(duì)邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，取得了不錯(cuò)的工程應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理。

大部分學(xué)者將GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)成功地運(yùn)用于工程實(shí)踐當(dāng)中，表明GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)的可行性較高。本文以河池三中滑坡監(jiān)測(cè)為案例，采用邊坡自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)滑坡進(jìn)行在線的實(shí)時(shí)雨量監(jiān)測(cè)、表面位移監(jiān)測(cè)以及深部位移監(jiān)測(cè)，并根據(jù)滑坡體的地質(zhì)特性，提出兩種綜合處治方案，研究成果可為同類型滑坡治理工程提供參考，對(duì)今后滑坡的處治研究具有重要意義。

1 自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

如圖1所示，自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)終端、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心以及預(yù)警發(fā)布平臺(tái)等結(jié)構(gòu)組成。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端的數(shù)據(jù)采集，由網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)傳輸至后臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心進(jìn)行自動(dòng)化分析處理，可以得到被監(jiān)測(cè)滑坡體的實(shí)時(shí)穩(wěn)定形態(tài)，同時(shí)對(duì)超出預(yù)警閥值的監(jiān)測(cè)部位能夠同步實(shí)現(xiàn)App推送報(bào)警、短信及郵件報(bào)警功能，方便監(jiān)測(cè)人員及時(shí)準(zhǔn)確地了解滑坡體的安全狀態(tài)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

河池市金城江區(qū)第三初級(jí)中學(xué)滑坡位于河池市金城江區(qū)九龍山南側(cè)斜坡上，該處為低山丘陵地貌，四周為巖溶峰叢、峰林地貌，周邊山頂標(biāo)高在251.3～452.1 m之間?；麦w邊界范圍及滑坡區(qū)域建筑分布如圖2所示。滑坡平面形態(tài)呈半圓狀，坡體相對(duì)高差約17.6 m，順坡向長(zhǎng)約85 m，滑坡平均寬約84 m、厚度約8 m，主滑方向?yàn)?93°，滑坡體體積約為5.7×104 m3，規(guī)模為小型?；潞缶壛芽p不明顯，滑體中部存在5處裂縫，其中張拉裂縫寬度為0.6～1.2 cm，可見(jiàn)深度約1.0 m，長(zhǎng)度為2.1～39 m?；轮饕蓭r土體本身性質(zhì)及強(qiáng)降雨作用形成，滑坡坡腳、坡上存在人工切坡，滑坡體上地形起伏大，自然坡度為25°～30°，人工切坡坡度為70°～80°。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，教學(xué)區(qū)（升旗臺(tái)區(qū)域）陸續(xù)出現(xiàn)地面裂縫、墻體開(kāi)裂、地面隆起、坡腳雨后冒水、綜合樓晃動(dòng)等病害現(xiàn)象?；麦w危害等級(jí)劃分為一級(jí)。

2.2 監(jiān)測(cè)方案

2.2.1 監(jiān)測(cè)目的

本次監(jiān)測(cè)的目的主要有以下三個(gè)方面：（1）準(zhǔn)確測(cè)定該滑坡監(jiān)測(cè)網(wǎng)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)、高程及空間三維相對(duì)位移值，經(jīng)合理的數(shù)據(jù)處理提供監(jiān)測(cè)網(wǎng)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移、垂直位移等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為監(jiān)測(cè)體的安全態(tài)勢(shì)提供分析預(yù)報(bào);（2）為防止穩(wěn)定區(qū)域朝蠕動(dòng)變形發(fā)展甚至成為滑坡而提供數(shù)據(jù)支撐，結(jié)合監(jiān)測(cè)場(chǎng)地建筑物的位移和變形發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)滑坡體的時(shí)效特性進(jìn)行監(jiān)測(cè);（3）建立該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在施工前進(jìn)行監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害的變形發(fā)展趨勢(shì)，可為地方有關(guān)部門(mén)在開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工作時(shí)提供監(jiān)測(cè)資料。

2.2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

（1）雨量監(jiān)測(cè)

雨量是滑坡的重要觸發(fā)因素，及時(shí)、準(zhǔn)確掌握滑坡體周?chē)挠炅壳闆r，能更加及時(shí)地提供預(yù)警預(yù)報(bào)。雨量變化采用北斗云智能雨量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，布設(shè)1個(gè)雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為Y1。

（2）表面位移監(jiān)測(cè)

滑坡體或建筑物表面位移是滑坡形變的重要判斷指標(biāo)，能較為直觀地判斷滑坡的形變程度。表面位移采用北斗GNSS位移監(jiān)測(cè)一體機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用北斗云拉線式位移計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裂縫的相對(duì)位移變化，共布設(shè)有5個(gè)地表位移及沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為D1～D5。設(shè)有1個(gè)拉線式位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為L(zhǎng)1。

（3）深部位移監(jiān)測(cè)

該滑坡屬于推移式滑坡，深部滑動(dòng)是引起地表變形的重要原因。監(jiān)測(cè)滑坡體深部的滑動(dòng)面，可為滑坡處治方案的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。深部位移采用北斗云測(cè)斜繩進(jìn)行全自動(dòng)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)深度為地表至地下12 m，在深度方向每米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共設(shè)有2個(gè)深部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為S1、S2。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如下頁(yè)圖3所示。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.3.1 雨量監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖4為雨量監(jiān)測(cè)成果圖。分析圖4可知，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中存在兩個(gè)連續(xù)降雨階段，即日期為20171227～20171230和20180101～20180104，兩個(gè)連續(xù)降雨階段只間隔1 d，最大降雨天數(shù)為4 d，最大降雨量達(dá)到10.8 mm/d，最小降雨量為1.4 mm/d，平均降雨量為1.63 mm/d。據(jù)氣象資料顯示，2017年3～11月，金城江區(qū)降雨量不大，累計(jì)最大月降雨量為6月的422.4 mm，歷年區(qū)內(nèi)平均降雨量為1 452.1 mm，最大降雨量達(dá)2 057.1 mm，最小降雨量為1 101.7 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 514.6 mm， 滑坡區(qū)的雨量較為充沛。降雨對(duì)滑坡的主要影響是經(jīng)地表滲入至地下而增加土體的自重，降低滑體的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)，并在滑面形成地下潛流，破壞邊坡力學(xué)平衡。

2.3.2 表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖5、圖6為監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1～D5水平及垂直方向上的累計(jì)變化量成果圖，由于L1監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間的相對(duì)位移均保持不變，這里不做詳細(xì)分析。分析圖5、圖6可知，D1處水平位移累計(jì)變化量要大于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的水平位移累計(jì)變化量，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的水平位移相對(duì)于垂直位移在降雨前的波動(dòng)變化不大，而在降雨后水平位移和垂直位移均出現(xiàn)不同程度的位移波動(dòng)，且垂直方向上的位移波動(dòng)相對(duì)較大，表明降雨對(duì)地表處的位移影響較大。據(jù)勘察資料顯示，滑坡體下存在地下水，雨水的滲入會(huì)使得地下水位升高，增加土體自重，降低土體強(qiáng)度，形成軟弱滑動(dòng)面層，從而導(dǎo)致地表水平和垂直方向上的位移波動(dòng)變化較大。

2.3.3 深部位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖7、圖8為S1和S2在水平方向上的位移監(jiān)測(cè)成果圖。由于S1和S2監(jiān)測(cè)點(diǎn)在降雨期間沿垂直方向上的位移幾乎為0，因此這里不再贅述。分析圖7和圖8可知，在降雨期間，深部位移監(jiān)測(cè)顯示S1和S2沿水平方向上的位移量波動(dòng)較大。20180103～20180104，S1監(jiān)測(cè)點(diǎn)在深度約為8.0 m處時(shí)位移量開(kāi)始發(fā)生了突變，可推斷S1點(diǎn)處滑動(dòng)面深度約為8.0 m，期間沿水平方向上最大累計(jì)位移增量為0.48 mm;同理，可推斷S2點(diǎn)處滑動(dòng)面深度約為6.0 m，期間沿水平方向上最大累計(jì)位移增量為-0.41 mm。結(jié)合深部位移滑動(dòng)變形以及開(kāi)展監(jiān)測(cè)前滑體出現(xiàn)的張拉、剪切裂縫明顯增加的情況可知，滑坡正處于蠕動(dòng)變形階段。

3 綜合處治方案

3.1 滑坡發(fā)展趨勢(shì)及危害性預(yù)測(cè)

監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展前不久，滑體前中上部出現(xiàn)張拉、剪切裂縫明顯增加的情況，說(shuō)明滑坡處于蠕動(dòng)變形階段。監(jiān)測(cè)期間滑坡雖未整體產(chǎn)生滑動(dòng)，但考慮在今后雨水下滲、坡體地下水水位抬高、巖土體力學(xué)強(qiáng)度降低等綜合因素的進(jìn)一步影響下，坡體很可能會(huì)產(chǎn)生規(guī)模較大的滑動(dòng)，導(dǎo)致滑坡體上方建筑隨滑體下滑，影響人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，有必要對(duì)河池市金城江區(qū)第三初級(jí)中學(xué)滑坡采取工程處治措施。

3.2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害處治方案

根據(jù)滑坡的地質(zhì)特點(diǎn)、穩(wěn)定性、剩余下滑力計(jì)算結(jié)果、地形條件以及滑體上建筑物分布狀況，提出如下兩種可行的綜合處治方案：

（1）錨索格構(gòu)梁+抗滑樁+重力式混凝土擋墻+排水措施+監(jiān)測(cè)措施

根據(jù)滑坡巖性及現(xiàn)狀、剩余推力值、施工條件，建議對(duì)教學(xué)樓后方邊坡采用錨索格構(gòu)梁加固，在教學(xué)樓前和綜合樓前采用抗滑圓樁加固，在操場(chǎng)與宿舍樓之間的擋墻前設(shè)一堵高6.0 m，上頂寬1.5 m，下邊寬2.0 m的鋼筋混凝土擋墻，并在場(chǎng)地內(nèi)建設(shè)系統(tǒng)的排水措施。根據(jù)邊坡的特點(diǎn)，開(kāi)展邊坡地表位移變形、支擋結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)力變化等長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作。

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)抗滑圓樁、擋墻工程進(jìn)行封閉施工后，學(xué)?？稍谟邢迏^(qū)域內(nèi)恢復(fù)教學(xué)工作，治理周期較短，費(fèi)用較低;不足之處在于施工過(guò)程中，可能對(duì)已有的建筑物地基造成損害。

（2）拆除滑體上建筑+削坡卸荷+錨索格構(gòu)梁防護(hù)加固+排水措施+監(jiān)測(cè)措施

根據(jù)河池市政府及教育部門(mén)的規(guī)劃，學(xué)校已不能滿足教學(xué)要求，采取異地重新建校，勘查區(qū)場(chǎng)地將作為棚戶區(qū)改造建設(shè)用地，拆除滑體上所有建筑，對(duì)滑坡進(jìn)行削坡卸荷，然后在削坡形成的邊坡上進(jìn)行錨索格構(gòu)梁防護(hù)加固，并在滑坡場(chǎng)地建設(shè)系統(tǒng)的排水措施，同時(shí)對(duì)坡體進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于可徹底消除滑坡威脅，但周期較長(zhǎng)，同時(shí)因該場(chǎng)地未來(lái)建筑規(guī)劃尚未進(jìn)行，無(wú)法準(zhǔn)確估算費(fèi)用，初步預(yù)計(jì)費(fèi)用可能將遠(yuǎn)大于方案一，且建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)較高。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)河池三中滑坡進(jìn)行雨量監(jiān)測(cè)、表面裂縫監(jiān)測(cè)以及深部位移監(jiān)測(cè)，分析了滑坡的位移變化規(guī)律，并針對(duì)滑坡的工程特性提出了兩種綜合處治方案，得到的結(jié)論如下：

（1）采用自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能高效、準(zhǔn)確地對(duì)滑坡工程中監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候自動(dòng)采集，采集的數(shù)據(jù)精度符合規(guī)范要求，并可根據(jù)采集的數(shù)據(jù)與預(yù)警閥值進(jìn)行對(duì)比分析，做到智能化的預(yù)警預(yù)報(bào)，驗(yàn)證了自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用于工程中的可行性與準(zhǔn)確性。

（2）結(jié)合雨量監(jiān)測(cè)、表面裂縫監(jiān)測(cè)以及深部位移監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，河池三中的滑坡位移受降雨的影響波動(dòng)較大，墻體表面裂縫在監(jiān)測(cè)期間的相對(duì)位移保持不變，沿垂直方向上的地表至地下12 m范圍處的位移變化幾乎為零，位移變形主要發(fā)生在水平方向上。

（3）根據(jù)河池三中滑坡的工程地質(zhì)特性以及滑體周?chē)ㄖ锏姆植记闆r，提出了兩種綜合處治措施：①錨索格構(gòu)梁+抗滑樁+重力式混凝土擋墻+排水措施+監(jiān)測(cè)措施;②拆除滑體上建筑+削坡卸荷+錨索格構(gòu)梁防護(hù)加固+排水措施+監(jiān)測(cè)措施。

以上研究成果可為同類型滑坡監(jiān)測(cè)及處治工程提供可靠、有效的解決方案。

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