高速公路邊坡處治施工中的預應力錨索抗滑樁應用研究

朱偉平

(廣西桂東高速公路有限公司，廣西 南寧 530021)

0 引言

預應力錨索抗滑樁是一種復合支擋形式，由普通抗滑樁和預應力錨索組合而成，抗滑樁頂部布置預應力錨索，通過共同作用抵抗滑坡土體的下滑[1]。預應力錨索抗滑樁具有受力分布合理、截面尺寸小、工程造價低等諸多優點[2]，在高速公路滑坡治理工程中，得到了廣泛應用。

1 工程概況

廣西某高速公路K97+340～K97+450段右側邊坡覆蓋層為表層厚0.5 m左右的粉質黏土夾角礫，下伏基巖為砂巖、炭質頁巖，自然坡度約25°～30°。原設計為三級邊坡，最大坡高約25 m，邊坡坡率設計均為1∶1，各級邊坡均采用“拱形骨架+植草”防護形式。由于連續降雨，2016-11-15施工中發現在該邊坡第三級坡頂出現“圈椅狀”貫通裂縫，裂縫長約70 m，滑體厚度約4 m。至2016-12-01，坡頂裂縫進一步擴展和延伸，坡口線外40～50 m范圍新增多道裂縫，最大縫寬近2 m，最大開裂深度達5 m，前緣剪切口在第二級坡坡腳形成(見圖1)。

圖1 K97+340～K97+450右側邊坡裂縫分布情況圖

2 滑坡產生的原因分析

K97+340～K97+450邊坡區下伏基巖巖層產狀為250～260°∠20～28°，總體呈單斜構造，起控制作用的有兩組節理裂隙發育：L1：22°∠72°，L2：110°∠89°，間距為3～4條/m，巖體被切割呈塊(石)狀。層面及節理面組合對該段右側邊坡穩定性影響非常不利，其中層面控制滑面底界，節理面控制滑坡后緣，該邊坡滑坡破壞主要為強風化層沿節理面、層面形成的順層組合破壞。

從分析來看，邊坡產生滑坡的原因主要是：

(1)工程地質條件差。邊坡所在山體橫坡相對較高，場區地層上覆較薄的第四系堆積層，下伏基巖為砂巖，受構造影響，巖層呈單斜狀產出，為順傾邊坡。層面傾角緩于開挖坡率，順傾層面間泥化夾層發育，巖體節理裂隙發育，且有泥質充填，在斜坡前緣開挖擾動山體極易產生坡體變形失穩現象。因此，場區地質條件差是邊坡滑坡產生的內在根本原因。

(2)工程施工活動的影響。高速公路位于斜坡前緣地帶，開挖切削坡腳，形成了高約25 m的挖方邊坡，臨空面高度大，在應力重分布的過程中，邊坡及自然坡不斷松弛并產生裂隙，受風化及降雨等外部條件的影響，邊坡地質條件逐漸惡化，既有邊坡防護工程不能滿足邊坡穩定要求，致使邊坡變形形成滑坡現象。因此，高速公路建設開挖擾動山體是此次滑坡產生的主要外部原因。

(3)降雨的誘發和促進。隨著雨水下滲至坡體，不僅增加了坡體的重度，而且降低了巖土體尤其是層間軟弱夾層及節理面的物理力學性能指標，不利于邊坡的穩定。因此，降雨是邊坡滑坡產生的外在誘發原因。

3 K97+340～K97+450右側邊坡滑坡處治方案和穩定性分析

綜合考慮滑坡體的地質情況，擬定采用“預應力錨索+抗滑樁”處治方案。在距離公路中心線40 m位置設置2排圓截面錨索抗滑樁，樁身直徑為2 m，樁間距中-中2.25 m，樁身采用C35鋼筋混凝土現澆，樁頭設置1孔預應力錨索，采用4束φS15.2 mm高強度低松弛的1 860級鋼絞線，錨索長25 m，錨固端長度為10 m，布置傾角為20°，鉆孔直徑為130 mm。抗滑樁平面和立面布置詳見圖2和圖3。

圖2 預應力錨索抗滑樁平面布置圖

圖3 預應力錨索抗滑樁立面布置圖

滑動土(強風化泥質砂巖)和下伏層(中風化泥質砂巖)物理力學參數由室內試驗結果確定，取值詳見表1。選取滑坡體K97+380斷面作為計算斷面，采用GE05軟件，建立滑坡穩定性計算模型，進行土質邊坡穩定性分析。當抗滑樁樁體結構長度h=17.5 m時，計算所得邊坡安全系數FS=1.42>1.35，邊坡穩定性滿足要求。該工況階段，抗滑樁樁身橫向位移、彎矩和剪力隨樁體深度的變化情況如圖4～6所示。

表1 巖土材料計算參數取值表

圖4 抗滑樁樁體橫向位移-深度曲線圖

圖5 抗滑樁樁體彎矩-深度曲線圖

圖6 抗滑樁樁體剪力-深度曲線圖

由此可知：

(1)抗滑樁樁體橫向位移隨深度方向基本呈現減小趨勢，最大橫向位移發生在樁頂，最大位移值為8.85 mm。

(2)抗滑樁樁體彎矩最大值發生在h=8.31 m位置，其值為1 566.92 kN·m。

(3)最大剪力值為526.88 kN，發生在h=7.44 m位置。

通過驗算，樁的最大橫向壓應力為1 153.39 kPa，小于巖石地基橫向容許承載力2 895.20 kPa，巖石地基橫向承載力滿足要求。巖土與錨固體的抗拔強度為543.74 kN，大于軸力最大值400 kN，利用率為73.56%，錨索的承載力也滿足要求。

4 預應力錨索抗滑樁施工處治要點

(1)預應力錨索抗滑樁施工，先施工抗滑樁后再施工預應力錨索，其順序為：樁位放樣→清理并穩固樁孔附近坡面→旋挖機就位→開挖樁孔→開挖一節護筒跟進→開挖下一節樁孔→重復上面工序直到設計標高→封底混凝土→綁扎樁身鋼筋→澆灌樁身混凝土→養護→錨索孔定位→錨索鉆孔→錨索制作安裝→錨索注漿→錨索張拉鎖定至鎖定荷載75%→(外露段做防銹處理，暫不切割，留待二次張拉)→二次張拉鎖定至鎖定荷載(監測期滿后封錨)。

(2)預應力錨索孔內灌注水泥砂漿要確保注漿量和注漿壓力，采用孔底到孔口返漿注漿方式，砂漿體強度≥30 MPa，注漿壓力≥0.25 MPa。

(3)分別按照0.25、0.5、0.75、1.0和1.1倍鎖定荷載，分為五級對預應力錨索進行張拉，第一至第四級張拉持荷穩定5 min，第五級張拉持荷穩定10～20 min。每次張拉記錄好鋼絞線的伸長量，并在持荷穩定時間內讀取三次錨頭位移數據，預應力無明顯衰減后進行鎖定。多余的鋼絞線必須采用機械切割，不得采用電割，切割后預留10 cm鋼絞線，防止拽滑，最后封閉錨頭。

(4)抗滑樁施工完成后立即進行監控布點工作。選擇K97+380～K97+400兩組斷面進行布點觀測。每組斷面設置不少于4處位移樁和2組測斜管，雨季施工期間加密觀測。

5 結語

K97+340～K97+450段右側邊坡施工處治后，通過近期對兩組斷面布置的位移樁和側斜管數據觀測，邊坡的變形和位移已經趨于穩定，表明預應力錨索抗滑樁處治方案是可行的。預應力錨索通過與土體的協同作用，分擔了部分抗滑樁抵抗的下滑力，使得抗滑樁樁身的受力分布更為合理，抗滑樁的尺寸也得到控制，節約了建材，同時也降低了工程造價。對于深層滑動面的邊坡滑坡治理工程，預應力錨索抗滑樁是一種有效的處治方法。