預應力錨索及鋼管樁在小型滑坡應急搶險治理中的應用實例

李明玉

（廣西壯族自治區桂林水文工程地質勘察院，廣西桂林541002）

1 工程概況

1.1 整治概況

廣西興安至桂林高速公路是衡昆國道主干線和國家高速公路網南昌至南寧線和廈門至成都線的共線部分，是中原地區通往廣西壯族自治區沿海港口及東盟的便捷通道之一。其中，桂林至興安高速公路K1061梁木塘高架橋橋底邊坡坡體主要地層巖性由殘坡積土及微風化炭質灰巖組成，受地質構造和風化程度影響，上層巖體結構面發育，節理裂隙發育，完整程度較差。公路高架橋建成后，在橋底邊坡上部堆積棄土，加大了坡體荷載，加之下部水渠的沖刷侵蝕作用，邊坡發生滑動。該滑坡若不及時治理，將繼續失穩滑動，危及桂興高速K1061梁木塘高架橋安全，給高速公路的安全帶來重大隱患，且滑坡下滑后可能造成小溶江河道堵塞，甚至形成堰塞湖，威脅到下游村莊安全。因此，盡快對地質災害應急治理措施，十分緊迫而必要。

1.2 地質災害分布位置、規模、范圍

滑坡位于桂林至興安高速公路K1061梁木塘高架橋橋底，滑坡平面形態呈弧形，主滑方向145°，滑坡體縱向斜長20～35m，橫向寬66m，滑體厚5～8.5m，屬淺層滑坡，平面分布面積1960m2，總體積約1.3×104m3，屬小型淺層推移式土質滑坡。

1.3 工程地質特征

滑坡區位于地貌單元的分界線上，屬溶蝕剝蝕類型丘陵壟崗區，受第四系堆積區所分割成很多小片，山頭海拔標高一般為200～300m，個別可達400余米，形態多為渾圓狀，坡面一般為10°～30°，相對切割深度50～100m，坡面被大量含角礫巖塊的蝕余粘性土所覆蓋。滑坡區總體地形起伏變化較大，相對高差約30m，山勢較陡峻。

滑坡區覆蓋土層主要為第四系坡殘積粉質粘土（Qdl+el），厚度5.00～7.80m不等。下伏基巖地層巖性為泥盆系中統東崗嶺組炭質灰巖(D2d)，中—厚層狀，結構基本未變，僅節理面有渲染，有少量風化裂隙，局部充填方解石脈，巖芯多呈柱狀，巖石堅硬程度屬較軟巖，巖體完整程度為較完整。

1.4 水文地質條件

滑坡區的地下水類型為碳酸鹽巖溶洞裂隙水，區域內巖溶不發育，但走向斷裂較多。總的來看水量貧乏，局部可達中等。地下水化學類型以HCO3-Ca型水為主，HCO3-Ca·Mg型水次之，礦化度0.07～0.32g/L，pH值8.36～8.5，微腐蝕性。

本滑坡應急勘察期間，地下水穩定水位埋深4.30～7.30m，其主要來源于大氣降水，大部分沿山坡產生短距離徑流，部分運移在第四系殘積土中。由于基巖與坡殘積層具有較大的透水性差異，降雨較容易透過覆蓋土層，在坡殘積層與基巖接觸面形成飽水帶，土層飽水后重量增加、軟化、抗剪強度降低，在坡殘積土層與巖層接觸界面易形成軟弱結構面（滑動面），是造成邊坡滑移的主要原因。

2 邊坡穩定性分析

在該滑坡的應急勘查時訪問當地村民得知，公路梁木塘高架橋建設前該邊坡未見滑動跡象，該滑坡于今年6月份首次發現，且發展速度較快，在近2個月時間內便發生明顯的滑移。至滑坡進行應急勘查設計工作時，滑坡仍在變形發展，坡頂滑坡后緣下沉拉裂，錯臺高度1.8m，裂隙走向245°，張開約20cm，滑坡在暴雨狀態下整體處于不穩定狀態。根據滑坡變形特征、基巖埋深及地下水影響等邊界條件，通過優化計算而得出最不利滑動面，再根據剩余下滑力傳遞系數法，計算出剖面最大剩余下滑力為184.32kN。

3 整治工程設計

根據該滑坡的應急勘查成果和前面的分析，在充分掌握其影響因素、穩定性狀況以及危害特征等的基礎上，確定該滑坡采用鋼管樁+預應力錨索的應急治理措施（見圖1），并坡面修復、灌溉渠修復、排水天溝及地表位移監測等。

3.1 預應力錨索設計

預應力錨索共布設1排，橫向間距3.0m，設計支護位置剩余下滑力為T=184.32×3=552.96（kN）；錨固角α=25°，所需錨固力為束預應力錨索抗拔力設計值為800kN。設計壓力梁梁身截面尺寸為0.6m×1.3m（寬×高），混凝土等級為C25。

3.1.1 錨索孔徑及傾角設計

根據工程經驗及經濟合理性，設計錨索孔為130mm，傾角為下傾25°。

3.1.2 單束錨索所需綱絞線根數

單束錨索抗拔力設計值為800kN，計算單束錨索材料的總截面積直 徑 15.2mm(As=140mm2)鋼 絞 線 根 數

3.1.3 單束錨索內錨固段長度計算

分別按錨索筋材與砂漿粘結強度砂漿與周圍巖土體之間粘結強度算錨固段長度，取其中較大值，得出當Nt1=800kN時，La1-1=3.1m，La2-1=4.36m，設計取La2-1=5.5m，大于計算較大值，設計合理。

3.2 壓力梁設計

按錨索間距3.0m設置矩形壓力梁。

3.2.1 地基承載力驗算

以錨索設計抗拔力和地基允許承載力的大小計算壓力梁斷面尺寸，本設計壓力梁斷面為矩形，按天然地基上淺基礎受力進行設計，豎向面積向 面 積計算壓力梁高度為4.02m2÷3m=1.33m，取為1.3m，壓力梁寬度為1.88m2÷3m=0.62m，取0.60m。

3.2.2 局部受壓承載力計算

縱向受力筋配筋面積縱向受力鋼筋選用13?28(As=8004.28 mm2)。局部受壓區截面直徑為200mm；螺旋筋采用HPB235（fy=210N/mm2）；局部受壓承載力按公式Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfy)Aln計算，局部受壓為螺旋式配筋，其體積配筋率ρv按公式算箍筋選用?8@150。

4 施工技術措施

4.1 鋼管樁施工

鋼管樁采用?127mm，壁厚4.5mm無縫鋼管，成孔孔徑不小于130mm，以確保鋼管順利下入孔底為準，鋼管外壁須進行防腐處理（涂防腐漆等）。鋼管樁底部開斜口，斜口高15cm，底面寬5cm。鋼管下入孔后，在鋼管內灌滿或M25水泥砂漿。

4.2 預應力錨索及壓力梁施工

4.2.1 鉆孔

鉆孔設計孔徑110mm，用ZSDL-160型錨索鉆機鉆進成孔。施工過程中，錨索水平、垂直方向孔距誤差均不得大于100mm，鉆孔軸線的偏斜率不大于錨索總長度的2%，成孔后，須將鉆孔內的巖粉及土屑等清洗干凈方可在鉆孔中安放錨索。

4.2.2 錨索的制作、存儲和安放

在錨索制作前，需對錨索鋼絞線進行除油除銹處理，錨固段范圍的桿體上不得有可能影響與注漿體有效粘結和影響錨索使用壽命的有害物質，并應確保滿足設計要求的注漿體保護層厚度，在自由段桿體上應設置有效的隔離層；桿體制作時應按設計要求進行防腐處理；加工完成的桿體在存儲、搬運、安放時，不得出現機械損傷、介質侵蝕和污染等；鋼絞線需平直排列，沿桿體軸線方向每隔1.5m設置一個支撐架，排氣管和注漿管應與錨索桿體綁扎牢固。

4.2.3 注漿

設計錨固段灌注M30水泥砂漿，其配合比為水泥∶粗砂∶水=1∶1.18∶0.41，水泥為425普通水泥。經養護28d后試驗得出試塊飽和單軸抗壓強度為35.1MPa，滿足設計要求。

由于本工程錨索向下傾斜，在向鉆孔內注漿時，注漿管的出漿口需插入距孔底400mm處，漿液自下而上連續灌注，且確保孔內排水、排氣順暢；注漿設備應有足夠的漿液生產能力和所需的額定壓力，采用的注漿管應能在1h內完成單根錨索的連續注漿；注漿后不得在桿體上懸掛重物或隨意敲擊桿體。錨索張拉后，錨頭和錨索自由段間的空隙需進行補漿處理。

4.2.4 壓力梁的制作

在內錨固段注漿之后，需立即澆制承壓壓力梁。在壓力梁澆筑之前，先將一根外徑與錨孔直徑相同的薄壁鋼管和一尺寸適當的鋼板正交焊接固定，以保證錨索與壓力梁表面垂直。壓力梁采用C25砼，其配合比為水泥∶粗砂∶水=1∶1.22∶0.44，水泥為425普通水泥。經養護28d后試驗得出試塊飽和單軸抗壓強度為30.1MPa，滿足設計張拉要求。

4.2.5 預應力錨索的張拉和鎖定

先以60kN的拉力對錨索預張拉1～2次，使得錨索平直且各部位與砂漿緊密接觸。后對錨索逐級加荷至800～850kN后保持張拉15min，然后緩慢均勻卸荷至設計鎖定荷載值進行鎖定。

5 預應力錨索的工程效果

2015年12月施工完錨索至今已近2個完整的水文年，經歷了雨季的考驗，該滑坡并未出現再次滑動變形跡象，基本解除了該滑坡對坡上高速公路高架橋及坡下河道的威脅，社會效益、經濟效益明顯。

6 結語

在工程建設過程中，常常會遇到地質災害突發事件，而這些地質災害的威脅對象往往相對較為特殊，如本文的高速高架橋下滑坡，滑坡規模不大，成因機制簡單，但威脅對象卻非同一般，潛在經濟損失、社會影響是巨大的。另外，此類地質災害治理過程中的特別會體現出應急搶險的強烈要求，因此在最短時間內消除滑坡地質災害隱患，是此類滑坡治理的一個側重點。鋼管樁、預應力錨索施工方便，工期短，治理效果的好，可以作為小型滑坡地質災害應急搶險治理的一個重要手段，在相似的工程中推廣應用。

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