淺析預(yù)應(yīng)力錨索加固滑坡施工技術(shù)

劉石華

[摘要]闡述惠東縣梁化鎮(zhèn)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(yù)應(yīng)力錨索方位角，采用預(yù)應(yīng)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(guān)鍵詞]邊坡失穩(wěn) 裂縫 預(yù)應(yīng)力錨索

中圖分類號：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(zhèn)，本工點(diǎn)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(jīng)過一年后，由于開挖卸荷后新暴露巖面在自然條件下風(fēng)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(nèi)平均每天位移5～20cm。邊坡后緣出現(xiàn)張拉裂縫，形成陡坎，陡坎高差高達(dá)1.2m，路基邊溝向外鼓脹、開裂，路肩路面發(fā)生鼓脹、隆起變形。如不及時(shí)加固，邊坡將整體下滑中斷公路正常運(yùn)行。

1．工程地質(zhì)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(zhì)粘土，（厚0.5～2.0m），下伏基巖是黃色粉砂巖、黑色炭質(zhì)泥頁巖。巖層呈薄層軟質(zhì)狀，極易風(fēng)化及遇水膨脹碎裂軟化，表層呈全強(qiáng)風(fēng)化，以下呈中微風(fēng)化，巖體中裂隙沿層面發(fā)育。

2．水文地質(zhì)特征。本工點(diǎn)地下水為孔隙水和基巖裂隙水，該區(qū)降雨充沛，是地下水主要補(bǔ)給來源之一。地下水發(fā)育程度隨季節(jié)降雨量的變化而變化。

二、邊坡穩(wěn)定性分析

經(jīng)現(xiàn)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(tài)。當(dāng)雨水下滲入坡體，由于炭質(zhì)泥頁巖透水性差，地下水則沿滑動(dòng)帶聚集起來，軟化泥頁巖風(fēng)化層，使其抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，產(chǎn)生滑移。

三、治理工程設(shè)計(jì)

根據(jù)邊坡具體情況：邊坡巖性復(fù)雜破碎，力學(xué)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(yù)應(yīng)力錨索、鎖梁、鋼管樁與矮墻聯(lián)合加固方案。整個(gè)邊坡按巖土體穩(wěn)定的要求，共設(shè)計(jì)415.2mm預(yù)應(yīng)力錨索26束，每束錨索設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)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(xiàn)滑動(dòng)的裸露的中風(fēng)化炭質(zhì)泥巖，采用M7.5漿砌片石護(hù)坡，以防止巖石裸露加速風(fēng)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(nèi)，在距滑坡后緣5m外設(shè)置漿砌片石截水溝；滑坡體滑移造成滑坡體上出現(xiàn)許多張拉裂縫，為了使雨水不從裂縫滲入到滑坡體內(nèi)，對裂縫進(jìn)行人工夯實(shí)，并對坡面地表進(jìn)行人工整平處理。

四、預(yù)應(yīng)力錨索方位角的應(yīng)用

（一）預(yù)應(yīng)力錨索鎖梁結(jié)構(gòu)。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(jù)錨索錨固力公式，當(dāng)錨索軸線與滑動(dòng)面走向不垂直而成一定角度θ時(shí)，所需錨索錨固力公式由

Q m=k T/（sinαtanφ+cosα）變?yōu)?/p>

Q m=k T/（sinθsinαtanφ+sinθcosα）

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

為了使預(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)應(yīng)力垂直滑動(dòng)面走向，使預(yù)應(yīng)力發(fā)揮最大的作用，同時(shí)可節(jié)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(jī)連續(xù)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(yù)應(yīng)力錨索鎖梁結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力錨索與鋼管樁及砼矮墻組合結(jié)構(gòu)。由于坡腳較緩，為便于預(yù)應(yīng)力錨索充分發(fā)揮作用，在坡腳突然變陡處設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索與鋼管樁及砼矮墻組合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使抗滑鋼管樁這種結(jié)構(gòu)不同于常用的懸臂式抗滑樁形式，改善了抗滑樁的穩(wěn)定和受力狀態(tài)，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(dòng)面走向。

五、預(yù)應(yīng)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(shí)鋼絞線被剪斷，在鎖梁及鋼管樁矮墻外側(cè)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(yù)應(yīng)力錨索方位角的優(yōu)點(diǎn)

（一）使預(yù)應(yīng)力發(fā)揮最大的作用。根據(jù)前面錨固力公式可知，錨索與滑動(dòng)面走向垂直可獲得最大抗滑力。

（二）節(jié)約工程量。

保證錨索與滑動(dòng)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(diǎn)引一直線垂直滑動(dòng)面交滑動(dòng)面β于點(diǎn)O，我們假設(shè)錨索水平傾角為25°，錨索軸線垂直滑動(dòng)面走向時(shí)錨索與滑動(dòng)面交于點(diǎn)B錨固角∠ABO取64°，設(shè)三角形AOB所在平面為ε，過A點(diǎn)作水平面γ交滑動(dòng)面β于一直線a，a交平面ε于點(diǎn)D，設(shè)錨索軸線垂直公路時(shí)與滑動(dòng)面交于點(diǎn)C，過AC兩點(diǎn)作一平面δ，平面δ與直線a交于點(diǎn)E；與直線BO交于點(diǎn)F，于是有：

∵β⊥ε；γ⊥ε

∴ED⊥ε；

∵AD在平面ε內(nèi)

∴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(jù)以上關(guān)系，該工程錨索自由段平均長10m，那么錨索垂直公路時(shí)錨索自由段長應(yīng)為11m，則每束錨索可節(jié)約1m長。

（三）提高成孔速度與質(zhì)量。由于該工點(diǎn)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(shí)很容易出現(xiàn)鉆具順層跑現(xiàn)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(fēng)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(shí)孔中風(fēng)速變小，降低

鉆孔時(shí)的排巖屑能力，造成鉆孔埋鉆現(xiàn)象，甚至局部會(huì)出現(xiàn)方孔現(xiàn)象。

七、施工技術(shù)措施

1．成孔設(shè)備的選擇。由于地層的復(fù)雜性，為了保證快速鉆進(jìn)，我們選取兩臺(tái)MGJ-50型錨桿鉆機(jī)，采取氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)方法成孔。采用一臺(tái)英格索蘭VHP700型空壓機(jī)，保證風(fēng)量可供兩臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)鉆進(jìn)。

2．施工順序的合理安排。在滑坡?lián)岆U(xiǎn)加固工中，合理安排施工順序非常重要，因?yàn)楹芸赡茉谑┕み^程中滑坡體失去平衡發(fā)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(tài)，下雨時(shí)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?yàn)槲覀冊谑┕ね晟吓佩^索還未來得及做好鎖梁時(shí)趕上一天的降雨，坡體向下滑移，使得我們預(yù)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(fā)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(zhì)羅盤測定；方位角采用經(jīng)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(hù)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(shí)，并且由于滑坡體很可能在施工期間發(fā)生滑移，預(yù)留在孔外張拉用鋼絞線要比正常情況下要長，在本工點(diǎn)多留0.8m長。

5．錨孔注漿。由于地層遇水會(huì)軟化、崩解剝落，在鉆孔完畢安放錨索后應(yīng)及時(shí)灌注M30水泥砂漿，特別對下排錨索，鉆孔時(shí)每孔都吹出大量的水，不及時(shí)灌漿就會(huì)出現(xiàn)垮孔，影響錨孔質(zhì)量甚至造成錨孔報(bào)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(yǎng)護(hù)期未到時(shí)不能安裝錨具及夾片鎖定，以防坡體下滑鎖梁被動(dòng)受力斷裂。本工點(diǎn)地層較松散破碎，裂隙發(fā)育，張拉時(shí)分兩期張拉，即第一次張拉至115%設(shè)計(jì)荷載鎖定后，讓其穩(wěn)定1～2d再進(jìn)行第二次張拉，同樣張拉至115%設(shè)計(jì)荷載鎖定，以減少預(yù)應(yīng)力損失。

八、工程效果

整個(gè)滑坡治理加固工程完工至今，經(jīng)多次暴雨考驗(yàn)及定點(diǎn)變形觀測，尚未發(fā)現(xiàn)變形，說明邊坡已穩(wěn)定，工程效果明顯。合理利用預(yù)應(yīng)力錨索方位角，采用預(yù)應(yīng)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(shí)施對類似的滑坡應(yīng)急處理工程設(shè)計(jì)與施工具有重要的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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