預應力錨索加固方案在高邊坡中的應用

劉偉 郭明

1 工程概況

王良寺經濟適用窯小區大型滑坡位于陜西省延安市寶塔區橋溝鎮東十里鋪村。滑坡體平面呈一舌形,上窄下寬,上厚下薄,上緩下陡。總體形狀呈北高南低,兩側高中間略低。滑面總體傾向東南,傾角呈上緩下陡。

《延安市王良寺經濟適用窯小區場地滑坡工程地質勘察報告》(以下簡稱《勘察報告》)認為,該滑坡發育于晚更新世時代,為河流侵蝕、雨水、地下水等共同作用下形成的,勘察時該滑坡整體上已固化,無失穩變形跡象。但滑坡后部斜坡穩定性較差(穩定系數1.013～1.091 2),在暴雨等不利條件下可能導致坡體的局部失穩,應對其進行治理。

該滑坡滑帶土巖性相對復雜,前緣滑帶土形成于基巖面上,巖性為碎石土,為砂泥巖強風化帶在上部巨大的滑坡推力作用下形成,土體呈層狀,顏色為黃綠、灰綠色細粒物質,有定向排列趨勢,多見鏡面擦痕;中后部滑帶形成于黃土中,滑帶土為粉土或粉質黏土,多呈黃褐色,擠壓錯動明顯。土體力學參數為:上層厚約65 m的土體重度為γ=16 kN/m3,粘聚力C=25 kPa,內摩擦角φ=18°;下部厚約50 m的土體重度為 γ=18 kN/m3,粘聚力C=31 kPa,內摩擦角 φ=23°。滑體厚度以中間最大,為 9.50 m～17.60 m,前部及后部稍小,為3.00 m～10.00 m,平均厚度為12.0 m,滑坡總體積約為80萬m3。目前滑坡后緣已形成一條長度100余米,寬度1 cm～6 cm,與老滑坡后壁近于平行的弧形貫通裂縫,說明該邊坡已被人為改變形態而整體復活[1]。

2 工程治理方案設計

2.1 工程治理方案的思路

1)本滑坡為一大型黃土老滑坡,被人為不適當開挖引發復活,滑坡后部寬約130 m,前部寬約270 m,南北長約350 m。坡體中部及前部為擬建的經濟適用窯小區,8排24幢房屋,建成后將有千余人入住,依據GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范,其安全等級應為Ⅱ級。2)本滑體中后部被人為取土和場地平整開挖近20 m寬,形成10 m～20 m的陡坡且已將土方棄于場外。如將加固支擋工程布置在主推力以下位置,坡體后部會產生越頂剪出破壞,不能滿足上部剪出的安全要求(穩定系數1.008),而土方回填“壓腳”必將會影響擬建場地的利用,且還需從場外運土夯實、碾壓處理等,其費用較大。滑體后緣上方為40°的山體陡坡,大量削坡又會危及上部山體。3)由上述情況不難看出若對該滑坡“砍頭”“壓腳”均難以做到經濟合理且不破壞地質環境的最佳程度。理想的方案應是既保證坡體的整體穩定性又能防止坡體的局部剪出。故治理方案的思路與技術措施應是“地表排水、滑體后部推力段依勢適度削坡和在阻滑段適當位置布設預應力錨索”的綜合加固方案。4)每隔20 m寬在各級坡面中部設置1個固定變形觀測點,用于以后的變形觀測,為設計變更提供可靠的反饋信息。

2.2 工程治理方案說明

1)截、排水工程。上部截水溝依滑坡后壁走勢布置,內截面尺寸為700 mm×500 mm,長度約200 m;坡體上排水溝布置在每階削坡下緣的平臺上,內截面500 mm×500 mm;排水溝的縱向坡率為 0.5%,中間高,東、西側低。坡體水流向兩側分流,材料采用漿砌片石,等級為M10。2)削坡工程。削坡工程充分利用黃土局部直立性能好的特點,分級削坡:第一級坡率為 1∶1.25,坡高32 m,分為四個臺階,每個臺階高8 m;第二級坡率為 1∶1,坡高12 m;第三級坡率為 1∶0.8,坡高12 m。兩級削坡間設4 m寬平臺。削坡土方回填于下面坡腳,既可減少土方量又可適當壓腳。

2.3 預應力錨索設計

依據《勘察報告》所給出的邊坡土體力學參數和設計邊坡剖面形狀,運用簡化Janbu法計算出設計邊坡最危險滑移面和安全系數。根據不同坡率分為三級邊坡設計錨索,設計邊坡安全系數為1.25(GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范),錨索與破壞面的夾角為60°,每根預應力錨索的自由段應穿過最危險滑移面[3]。

1)第一級邊坡預應力錨索設計。

本級邊坡坡率為1∶1.25,本級邊坡錨索所需的錨固力約為:

本級邊坡從51 m標高到112 m標高,高61 m,滑面長約115 m。按滑面長每5 m設1層錨索,共23層錨索,按每4 m寬布置一排,那么單根錨索軸向拉力設計值為:

2)第二級邊坡預應力錨索設計。

本級邊坡坡率為1∶1,同理可知本級邊坡錨索所需的錨固力約為:

本級邊坡從43 m標高到51 m標高,高8 m,滑面長約12 m,按滑面長每4 m設一層錨索,共3層錨索,按每3 m寬布置一排,那么單根錨索軸向拉力設計值為:

3)第三級邊坡預應力錨索設計。

本級邊坡坡率為1∶0.8,同理可知本級邊坡錨索所需的錨固力約為:

本級邊坡從35 m標高到43 m標高,高8 m,滑面長約10 m,按滑面長每3.3 m設一層錨索,共3層錨索,按每3 m寬布置一排,那么單根錨索軸向拉力設計值為:

2.4 錨固段長度的計算

錨索采用7φ 15.24 mm的壓力分散型預應力錨索,桿體D=150 mm,A=255 cm2,鋼絞線E=2×105MPa,A=78.4 cm2,注漿體E=1.5×104MPa,A=176.6 cm2,則錨索體綜合彈性模量E=4.2×104MPa,截面積A=255 cm2,取土層中側摩阻剛度系數 λ=5 MPa。

實際工程中采用:第一級邊坡預應力錨索設計張拉級別為500 kN級;第二,三級邊坡設計張拉級別為400 kN級,錨固段長度為:La1=La2=La3=14.0 m。

[1]陜西工程勘察院.關于陜西省延安市王良寺經濟窯小區滑坡巖土勘察報告(初勘、祥勘)[R].2005.

[2]GB 50010-2002,土層錨桿設計與施工規范[S].

[3]張發明,劉漢龍,趙維炳.預應力錨索加固邊坡的設計實例[J].巖土力學,2000(6):179-180.

[4]陳 文.預應力錨索在邊坡防護中的應用[J].山西建筑,2009,35(15):100-102.