淺析預應力錨索加固滑坡施工技術

劉石華

[摘要]闡述惠東縣梁化鎮滑坡加固工程的治理方法。在滑坡治理加固工程中合理利用預應力錨索方位角，采用預應力錨索加固方案與其它加固方案相比，不僅投資少，工期短，而且施工更安全。

[關鍵詞]邊坡失穩 裂縫 預應力錨索

中圖分類號：TU7文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0520086－01

一、工程概述

工程位于惠東縣梁化鎮，本工點為人工開挖形成的邊坡，坡度較緩，坡比約1∶1。但建路通車經過一年后，由于開挖卸荷后新暴露巖面在自然條件下風化，雨季降雨沿裂縫入滲坡體加速向下滑移。2001年5月雨后1～3d內平均每天位移5～20cm。邊坡后緣出現張拉裂縫，形成陡坎，陡坎高差高達1.2m，路基邊溝向外鼓脹、開裂，路肩路面發生鼓脹、隆起變形。如不及時加固，邊坡將整體下滑中斷公路正常運行。

1．工程地質特征。工程處于低山丘陵地帶，地層主要為：表層為松散狀含礫石粉質粘土，（厚0.5～2.0m），下伏基巖是黃色粉砂巖、黑色炭質泥頁巖。巖層呈薄層軟質狀，極易風化及遇水膨脹碎裂軟化，表層呈全強風化，以下呈中微風化，巖體中裂隙沿層面發育。

2．水文地質特征。本工點地下水為孔隙水和基巖裂隙水，該區降雨充沛，是地下水主要補給來源之一。地下水發育程度隨季節降雨量的變化而變化。

二、邊坡穩定性分析

經現場勘查邊坡滑坡形成的裂縫，及路基路面隆起方向可知，滑坡的主滑方向與路面軸線成65°角。坡體逢降雨向下滑移說明滑坡體正處于極限平衡狀態。當雨水下滲入坡體，由于炭質泥頁巖透水性差，地下水則沿滑動帶聚集起來，軟化泥頁巖風化層，使其抗剪強度降低，導致邊坡失穩，產生滑移。

三、治理工程設計

根據邊坡具體情況：邊坡巖性復雜破碎，力學性能差，邊坡坡面不平整，又加上施工期正逢雨季，工期要求緊。對該邊坡處理加固采用預應力錨索、鎖梁、鋼管樁與矮墻聯合加固方案。整個邊坡按巖土體穩定的要求，共設計415.2mm預應力錨索26束，每束錨索設計預應力均為450kN，錨索與水平夾角均為25°，單孔深18～20m；127mm鋼管樁44根，樁長9～12m；鋼管樁砼矮墻高2.5m，長44m；對于左端未出現滑動的裸露的中風化炭質泥巖，采用M7.5漿砌片石護坡，以防止巖石裸露加速風化，剝落掉入路面影響行車安全；由于滑坡后緣以上是較高的山坡，匯水面積較大，為防止大量雨水滲入滑坡體內，在距滑坡后緣5m外設置漿砌片石截水溝；滑坡體滑移造成滑坡體上出現許多張拉裂縫，為了使雨水不從裂縫滲入到滑坡體內，對裂縫進行人工夯實，并對坡面地表進行人工整平處理。

四、預應力錨索方位角的應用

（一）預應力錨索鎖梁結構。由于滑坡體主滑方向不垂直公路路面軸線，與路面軸線成65°交角，根據錨索錨固力公式，當錨索軸線與滑動面走向不垂直而成一定角度θ時，所需錨索錨固力公式由

Q m=k T/（sinαtanφ+cosα）變為

Q m=k T/（sinθsinαtanφ+sinθcosα）

式中：α－平均錨固角；φ－滑面綜合內摩擦角；θ－錨索軸線與滑動面走向線交角；k－安全系數。

為了使預應力錨索的預應力垂直滑動面走向，使預應力發揮最大的作用，同時可節省工程量，在不削坡的情況下在，合理布置錨索孔位，即同一排錨索不在同一高程，而是不斷向上斜布置，考慮到便于錨桿鉆機連續移位施工及地形，斜度按10°～15°，在保證錨索方位角的前提下，該工程預應力錨索鎖梁結構中M23－M26號錨索不能與鎖梁面垂直外，M16－M22號錨索均能與鎖梁面垂直。M23－M26間鎖梁與水平線成10°；M16－M22號錨索間鎖梁與水平線成15°。

（二）預應力錨索與鋼管樁及砼矮墻組合結構。由于坡腳較緩，為便于預應力錨索充分發揮作用，在坡腳突然變陡處設置預應力錨索與鋼管樁及砼矮墻組合結構，該結構使抗滑鋼管樁這種結構不同于常用的懸臂式抗滑樁形式，改善了抗滑樁的穩定和受力狀態，大大提高了抗滑樁的抗滑能力。鋼管樁同一排軸線與路面軸線成10°夾角。錨索孔軸線與矮墻軸線成15°角，以使錨孔軸線垂直滑動面走向。

五、預應力錨索張拉端錨墊板的安放

由于在本工程中，鎖梁上M23－M26號錨索與鎖梁及鋼管樁矮墻與錨索均不垂直，軸線間均有一定的交角，為防止錨索張拉時鋼絞線被剪斷，在鎖梁及鋼管樁矮墻外側放置一塊30cm×30cm，厚18mm的鋼板作錨墊板，錨墊板放置角度要求與錨索垂直。

六、合理利用預應力錨索方位角的優點

（一）使預應力發揮最大的作用。根據前面錨固力公式可知，錨索與滑動面走向垂直可獲得最大抗滑力。

（二）節約工程量。

保證錨索與滑動面走向垂直，可縮短錨索自由段長度。如圖1所示，自孔口A點引一直線垂直滑動面交滑動面β于點O，我們假設錨索水平傾角為25°，錨索軸線垂直滑動面走向時錨索與滑動面交于點B錨固角∠ABO取64°，設三角形AOB所在平面為ε，過A點作水平面γ交滑動面β于一直線a，a交平面ε于點D，設錨索軸線垂直公路時與滑動面交于點C，過AC兩點作一平面δ，平面δ與直線a交于點E；與直線BO交于點F，于是有：

∵β⊥ε；γ⊥ε

∴ED⊥ε；

∵AD在平面ε內

∴ED⊥AD；

∵δ⊥γε；⊥γ

∴AF⊥AD；AF⊥AE

AD=ABsin64°/sin39°

A F=ADtan39°=ABtan39°sin64°/sin39°

A E=ADcsc25°=ABsin64°csc25°/sin39°

∠AEC=arctan（AF/AE）=arctan（tan39°/csc25°）

AC=A Esin∠A EC/sin（180°-25°-∠A EC）

根據以上關系，該工程錨索自由段平均長10m，那么錨索垂直公路時錨索自由段長應為11m，則每束錨索可節約1m長。

（三）提高成孔速度與質量。由于該工點巖層傾向與公路軸線成60°交角，若錨索鉆孔與公路垂直，鉆孔時很容易出現鉆具順層跑現象，造成鉆孔偏斜，增加成孔難度。另外地層呈薄層狀，遇水很容易軟化、崩解，鉆孔用的風與地層中的裂隙水混合在一起組成液相與氣相的混合物容易把孔壁沖洗變大，使得鉆孔時孔中風速變小，降低

鉆孔時的排巖屑能力，造成鉆孔埋鉆現象，甚至局部會出現方孔現象。

七、施工技術措施

1．成孔設備的選擇。由于地層的復雜性，為了保證快速鉆進，我們選取兩臺MGJ-50型錨桿鉆機，采取氣動潛孔錘鉆進方法成孔。采用一臺英格索蘭VHP700型空壓機，保證風量可供兩臺鉆機同時鉆進。

2．施工順序的合理安排。在滑坡搶險加固工中，合理安排施工順序非常重要，因為很可能在施工過程中滑坡體失去平衡發生滑移，引起事故。由于本工程施工期正趕上雨季，滑坡體處于極限平衡狀態，下雨時滑坡體緩慢不斷滑移。每天下滑5～20cm，考慮到施工安全我們先施工上排錨索，然后施工下排抗滑鋼管樁及錨索。待上排錨索鎖梁施工完畢并張拉鎖定后再開挖基槽施工砼擋土墻。

在施工過程中證明了這一施工順序的合理性，因為我們在施工完上排錨索還未來得及做好鎖梁時趕上一天的降雨，坡體向下滑移，使得我們預留在孔外的1.3m長的鋼絞線只剩下0.6～1m長。待我們把鋼管樁施工完及上排錨索張拉鎖定后，逢下雨滑坡體就不再發生滑移。保證了砼擋墻基坑開挖的安全施工。

3．錨索鉆孔。錨索孔傾角為25°，終孔孔徑110mm采用地質羅盤測定；方位角采用經緯儀定位。在鉆孔中由于表層6～10m地層較松散和破碎，下146mm套管護壁，錨孔灌注砂漿完畢后用潛孔錘反打拔套管。

4．錨索的安放。錨索安放要及時，并且由于滑坡體很可能在施工期間發生滑移，預留在孔外張拉用鋼絞線要比正常情況下要長，在本工點多留0.8m長。

5．錨孔注漿。由于地層遇水會軟化、崩解剝落，在鉆孔完畢安放錨索后應及時灌注M30水泥砂漿，特別對下排錨索，鉆孔時每孔都吹出大量的水，不及時灌漿就會出現垮孔，影響錨孔質量甚至造成錨孔報廢。

6．錨索張拉與鎖定。本工序值得注意的是錨索鎖梁砼澆筑完養護期未到時不能安裝錨具及夾片鎖定，以防坡體下滑鎖梁被動受力斷裂。本工點地層較松散破碎，裂隙發育，張拉時分兩期張拉，即第一次張拉至115%設計荷載鎖定后，讓其穩定1～2d再進行第二次張拉，同樣張拉至115%設計荷載鎖定，以減少預應力損失。

八、工程效果

整個滑坡治理加固工程完工至今，經多次暴雨考驗及定點變形觀測，尚未發現變形，說明邊坡已穩定，工程效果明顯。合理利用預應力錨索方位角，采用預應力錨索及抗滑鋼管樁加固方案與其它加固方案相比，不僅投資少，工期短，施工更安全。本工程的順利實施對類似的滑坡應急處理工程設計與施工具有重要的借鑒作用。

參考文獻：

[1]王福源，高陡邊坡加固的預應力錨索施工[C].中國巖土錨固協會，巖土錨固工程技術，北京：人民交通出版社，1998.

[2]于文貞、鄢毅，長江鏈子崖整治工程預應力錨索施工初步經驗[J].中國地質災害與防治學報，1998（3）.