公路滑坡治理中預應力錨索抗滑樁的應用探討

文／中國公路工程咨詢集團有限公司 高超

關鍵字:公路工程；滑坡治理；預應力錨索抗滑樁；施工；應用

1 預應力錨索抗滑樁技術概述

預應力錨索抗滑樁適用于不同等級公路工程邊坡整治及不同類型的滑坡治理，普通抗滑樁力學模式與錨固在滑床的懸臂梁較為相似，根據此類力學模式，其樁身彎矩較大、剪力大，且樁身截面尺寸較大，配筋量多，與普通抗滑樁支擋結構相比，預應力錨索抗滑樁受力結構更加合理。預應力錨索抗滑樁在樁頂及以下增設一排/多排預應力錨索，使樁身受力得到改善，并使其力學模式接近簡支梁等超靜定結構。預應力約束增大后，樁身位移控制變得更加簡便，樁身內應力也得到很大程度控制。總之，預應力錨索抗滑樁使普通抗滑樁被動抗滑結構變為主動抗滑結構[1]。

預應力錨索抗滑樁的抗滑能力大小由其各部件承載力決定，并取決于各部件中最薄弱的環節，外錨具錨固力、鋼絞線強度、錨固段錨固力等均需滿足滑坡抗滑的相關要求，所以預應力錨索抗滑樁設計計算比普通抗滑樁更為復雜。

2 工程概況

YL 二級公路滑坡段位于大關村境內，該滑坡段前緣處于背面坡腳河溝南岸，后緣則位于南面坡體內，所預計的滑坡體積最大可達4.98 萬m3，屬于中型滑坡。滑坡體由坡殘積亞黏土構成，坡體頂部3m 厚度以內包含少量風化砂巖碎塊和砂巖塊石，3m ～5m 厚度內為風化較為嚴重的硅質巖類和灰巖角礫石。滑坡體下伏硬質基巖巖石，且傾角和坡向相反；基巖面傾向和坡面相同。該二級公路滑坡體坡面存在小規模滑塌群和拉裂縫，且主要由降雨入滲、人工筑路不當取土、地表河水沖刷坡腳等原因引起，且該滑坡體屬于正在活動的滑坡體，坡體自身及周圍建筑物基礎明顯下沉變形。

公路滑坡體周圍地勘結果顯示，該二級公路修建過程中滑坡切坡臨空面形成且持續降雨的影響下，導致其軟弱層滑坡破壞趨勢不斷加劇，滑坡體土質參數詳見表1，邊坡加固迫在眉睫，經多方論證后決定采用預應力錨索抗滑樁[2]支護加固措施。

表1 滑坡體土質參數

3 預應力錨索抗滑樁設計

根據本工程設計技術要求，主要利用錨索與樁身之間的位移變形協調原理進行預應力錨索抗滑樁設計。在設計前假定，按照彈性受力進行抗滑樁和錨索分析，滑動面以上的抗滑樁按靜力結構設計，滑動面以下則按彈性地基梁設計；按“中-中”滑體推力確定預應力錨索抗滑樁所承擔的滑坡推力。

預應力錨索抗滑樁屬于剛性樁，其屬性除按照樁周巖土性質和松散程度確定外，還可根據滑動面以下樁體嵌固深度h 與a樁體變形系數的乘積是否小于某一臨界值進行樁體剛度判斷，且樁體在水平荷載下極限承載力僅與地層彈性抗力有關，與樁體剛度無關，故應以此臨界值進行樁體屬性的判斷，臨界值按以下方式確定：

式中：E——抗滑樁彈性模量；I——抗滑樁截面慣性矩；Bp——抗滑樁計算寬度；m、n——土體抗力模式特定參數，根據地質條件綜合確定。

通過分析錨索與抗滑樁變形協調條件可以得出滑動面以上抗滑樁樁身各點位移量：

第i 根錨索的柔度系數δi按下式確定：

式中：li——錨索自由段長度；di——每束錨索直徑；Eg——錨索彈性模量；N——每孔錨索鋼絞線束數。

本工程將預應力錨索抗滑樁設置在第8 條塊位置，根據剛體極限平衡理論可以確定出作用于抗滑樁之上的滑坡推力為1890.5kN/m，滑坡體屬于松散堆積體，所以滑坡推力按照三角形狀態作用于抗滑樁，樁間距應設定為6m，樁長按13m 設計，滑動面以下長度為3m，樁身采用C30 混凝土材料，且截面尺寸為15m*2m。為增強加固，本公路滑坡治理段設置2 排錨索，且將錨索和水平面夾角控制在30°，上下排錨索分別位于樁頂以下0.6m 和2.5m，自由段長度分別為18m 和15m，施加預應力500kN 和800kN。

4 預應力錨索抗滑樁施工

4.1 樁身成孔

考慮到本工程地質條件復雜，堆積層較厚，樁身長，所以樁身成孔采用人工開挖方式。完成場地平整和測量放樣后按照精確樁位從兩端至中間跳孔開挖并鎖口，在開挖施工過程中每間隔1.5m 深度就應進行中心軸線放樣一次，以保證不發生偏移。每開挖1.2m 土方就應進行護壁支護，并待護壁混凝土達設計強度后開挖下一樁孔。因本工程土體壓力較大，護壁結構開裂拱起、塌孔的可能性較大，所以，應嚴控炸藥用量，保證樁孔周圍巖石結構不被破壞。

4.2 錨索施工

為提升成孔速度，本工程錨索應當嵌入中風化巖層至少5cm，并在巖層和土層內按不同方法鉆進施工：土層內通過跟管旋轉鉆進成孔施工，以加快土層成孔速度；巖層內通過沖擊鉆進成孔，并將鉆進過程中索孔傾角和設計傾角誤差控制在2°以內，同時保證錨索達到嵌入中風化層深度的相關要求。

在綁扎錨索的過程中，先理順鋼絞線，并用10#鐵絲按照1.0m 的間隔將鋼絞線鋼絲牢固綁扎，并按1.0m 間隔設置對中支架。為加速錨索推進，還應將聚乙烯防腐管套設在自由段，并將導向錐設置在錨固段端頭。為保證內錨固段注漿施工質量，應先徹底排出鉆孔內積水，并按1：1 的比例制備漿液后注漿，注漿壓力控制在0.4 ～0.6MPa。

5 與普通抗滑樁的對比

預應力錨索抗滑樁與普通抗滑樁的對比應從技術可行性、經濟性、施工難易程度等方面綜合考慮，預應力錨索抗滑樁施工復雜程度較大，但經濟性方面的優勢也是顯而易見。此處僅進行兩種設計方案工程量差異的對比，具體見下表。

表2 預應力錨索抗滑樁和普通抗滑樁工程量對比

通過對預應力錨索抗滑樁和普通抗滑樁工程量的對比可以看出，預應力錨索抗滑樁混凝土用量和鋼筋用量均大大減小，但是其所包括的錨索工程施工難度和復雜程度較大，通過綜合分析，預應力錨索抗滑樁仍具有較大的技術優勢。

6 結論

本文針對具體公路工程滑坡治理提出了預應力錨索抗滑樁技術，并采用位移協調法進行了抗滑樁設計計算，治理后觀測結果表明滑坡段坡體穩定性良好。考慮到公路工程滑坡問題具有較大的復雜性和不確定性，本文在確定公路滑坡段治理過程中預應力錨索內力及錨固段長度時偏安全，且未考慮土拱的影響，所以，所得到的結論僅適用于本工程，為使分析過程和結論具有普遍適用性，還應對樁間土拱的作用進行深入分析。