預應力錨索在邊坡二次防治工程中的應用

林喜

（平潭綜合實驗區先行實業有限公司，福建 平潭 350400）

0 引言

福建省素有“八山一水一分田”之稱，多山、多丘陵、地質條件錯綜復雜，同時地處東南沿海季風氣候，降雨量大、臺風天氣常遇，降雨量充沛，洪澇災害頻發。在公路建設工程中，屬邊坡問題最為棘手。高填深挖、爆破等一系列威脅邊坡穩定性的操作，不僅影響到邊坡的底層構造，甚至會導致滑坡、崩塌、泥石流等邊坡失穩破壞現象[1]。

目前邊坡的安全隱患防治往往是通過判斷邊坡的破壞類型，采取唯一的治理措施。這往往造成邊坡防治措施單一，防治效果不佳。福建地區地層巖性復雜、降雨量豐富，如何因地制宜設計出適合福建地區土質邊坡綜合防治措施是一道難題。在災害排查過程中發現在建邊坡防護工程出現安全隱患，結合邊坡的特點，通過二次勘探及計算分析，采取預應力錨索支護與現狀結構物相結合的防治措施，對該工程進行二次處治，有效地提升自然災害處治的效果。

1 工程概況

某省道承擔著繁重的交通運輸任務。近年來由于個別地段邊坡植被因施工被砍伐修復不到位、雨水沖刷，導致邊坡不穩定，出現滑坡、塌方、落石等自然災害。該自然災害防治工程施工，起訖樁號為K167+854—K167+972.9，全長118.9m。原設計處治方案為坡頂部分按照1∶1～1∶2 進行刷坡卸載，采用土工格室植草防護，部分陡坎處采用掛網噴混凝土支護，對于刷坡過程中發現的裂縫和松軟土體采用注漿或黏土夯填處理[2]；第三、四級邊坡均采用兩道混凝土格構+坡面植草防護；第二級邊坡采用拱形骨架+植草防護；第一級邊坡采用重力式擋土墻。

該邊坡在施工治理過程中由于進入雨季，降雨頻繁，邊坡土體浸泡后松散變軟，導致已建成的擋土墻和護面墻出現開裂變形，且邊坡范圍有所擴大，形成高約76m 邊坡，見圖1。經實地勘察和計算論證，原施工方案已難以保障邊坡的安全性，為確保邊坡不會產生滑坡而造成危害，現對該邊坡重新進行二次處治。

圖1 邊坡處治現狀圖

2 邊坡二次處治技術路線

邊坡工程的二次處治方案設計相比一次性處治具有更高要求和難度，主要體現在以下幾點：

其一，經濟上，由于財政的壓力，不能夠對一次處治進行全盤拋棄，因此需要盡可能地使用到目前已經開展的防治措施；

其二，初始狀態的判斷，由于已經開展了部分的處治措施，對原土體狀態產生一些擾動，同時整個邊坡的現狀較最初狀態發生了改變，如何對二次處治的初始狀態進行判斷是二次處治方案選擇的關鍵；

其三，方案上，二次處治的方案受到現場多種因素的影響，具有局限性，往往僅能夠獲得唯一的解決方案；

其四，施工上，二次處治需要在明確現有邊坡狀態的前提下施工，在一次處治后的邊坡狀態不明情況下，二次處治施工的不定因素增加。

2.1 初始狀態的判斷

為更為準確地制定二次處治方案，需要對目前狀態進行勘察，主要內容包括：

2.1.1 現有結構物的狀態檢查

通過對已建成的擋墻、護面墻等構造物進行外觀檢查，確認是否存在因無法抵抗自然災害引起的破壞情況。經檢查，護面墻存在因背后不均勻土壓力引起的變形以及沉降開裂情況，擋墻因不均勻沉降產生豎向裂縫以及變形情況。

2.1.2 對現有狀態補充勘探

通過二次處治補充勘探，觀察新增滑坡面的土體判斷：其一，二、三、四級邊坡以散體狀強風化砂巖為主，見圖2；其二，五、六、七級邊坡以全風化砂巖為主；其三，邊坡5.30～7.10m 為滑動帶，鉆探過程中漏水嚴重，巖芯呈松散狀；其四，邊坡下部滑動面為散體狀強風化砂巖與碎塊狀強風化砂巖接觸帶。

圖2 三級邊坡表層土體情況判斷

2.2 結構計算評估

結合現場勘探結果，以散體狀強風化砂巖與碎塊狀強風化砂巖交界面作為潛在滑動面。采用傳遞系數法計算邊坡的下滑力，為滑坡治理提供設計推力，在國家規范和行業規范中都將其列為推薦的計算方法[3]，計算原理見圖3。

圖3 傳遞系數法計算原理

第Ti條塊的下滑力：

第i 塊的抗滑力：

第i 條塊的剩余下滑力：

式（3）中推力傳遞系數

根據相關設計規范與勘察報告，參照經驗值，此次計算參數取值見表1。計算結果見表2，結果表明目前邊坡的現狀存在安全隱患，最大下滑力存在五級邊坡位置，為3164kN/m，穩定系數幾乎小于1.00。

表1 邊坡計算參數表

表2 邊坡某斷面各位置最不利各條塊下滑力計算表

2.3 二次處治技術方案的選擇

根據該邊坡的狀況以及土體特點，處治技術方案分為防水與支護兩塊，具體技術路線見圖4。根據邊坡的特點，可以采用的支護措施有預應力錨索和抗滑樁。通過對方案的分析對比（見表3），此次邊坡二次加固工程，預應力錨索支護方案能夠對土體產生主動約束作用，增加不同層級坡面的抗滑阻力，有效地提升抗滑性能和邊坡的穩定性。選定作為該工程的二次加固方案，整體方案見圖5。

圖4 處治方案技術路線

圖5 邊坡二次防治整體方案（圖中道路樁號單位：m）

表3 支護處治方案比較分析表

表3 （續）

預應力錨索布置方案主要有：一是四級邊坡布置兩排錨索；二是護面墻布置三排錨索；三是擋土墻布置一排錨索并設置相應縱梁橫梁，增加墻體、錨索的整體性，剖面見圖6。預應力錨索沿坡面分兩排或三排布設，縱橫向間距為4.0m，每孔錨索由9 根鋼絞線組成，采用直徑15.24mm、強度1860MPa 的高強度低松弛無黏結鋼絞線，下傾角20°，錨固段主要設置在中風化砂巖巖層，根據實際地質情況可部分設置在碎塊狀強風化層，長度6m，設計張拉預應力為750kN，超張拉至850kN。

圖6 預應力錨索支護方案圖（尺寸單位：cm）

2.4 預應力錨索支護專項方案

預應力錨索支護的施工流程包括：錨索成孔—錨索制作—錨索安裝—錨索注漿—錨索張拉—錨索鎖定—錨頭保護。

2.4.1 鉆孔施工：鉆孔施工是錨索技術的重要環節，需要做好鉆孔位置、深度控制，調試鉆孔設備性能，施工長度一般要超過設計長度0.5m。對孔體施工中出現如滲水、塌孔、卡鉆等問題要能及時處理。

2.4.2 錨索制作及錨固區施工：預應力錨由格梁、自由段、錨固段和安全段四部分組成。采用壓力分散型錨索，采用φ15.24mm 高強度低松弛無黏結預應力鋼絞線[4]。錨索注漿以形成錨固段和為錨索體提供防腐蝕保護層。OVM15-7 錨具、格構梁與錨斜托均采用C30 混凝土現場整體澆筑固定。

2.4.3 錨索張拉：當漿體及格梁達到施工強度的80%后進行張拉。錨索張拉及鎖定分級進行，嚴格按施工要求和操作規程執行。

2.4.4 封孔注漿：注漿做好科學管控，注漿施工中預留注漿管，保障空氣被順利排除。封孔施工完成之后，做好必要的砂漿保護層施工，一般不低于50cm。

3 施工效果評價

3.1 邊坡穩定性監測

施工后，對邊坡開展為期2年的整體穩定性的監測，整體測點布置見圖7。根據處治方案，制定對應的監測內容、方法及測點數量見表4。

表4 整體穩定性監測內容、方法及數量匯總表

圖7 穩定性監測測點布置（圖中道路樁號單位：m）

3.2 處治效果評價

該邊坡工程處治后，經歷了2年的監測，監測結果如下：

二次加固工程地表存在滑動水平位移，深層位移較小，且隨著時間推移趨于穩定，見圖8、圖9。錨索的有效拉力值也趨于平穩，監測曲線見圖10。邊坡整體穩定性好，排水系統運行完善、植被覆蓋率高，沒有發生異常的結構物變形以及異常滑坡、沉降、溜方等自然災害。經竣工評價，該工程處治效果達到設計要求。

圖8 二級平臺深層水平位移測點位移曲線

圖9 四級以上平臺表層位移曲線

圖10 錨索有效拉力曲線

4 結論

第一，邊坡防治應對現場進行充分的勘探，做好充足的方案，避免二次處治帶來經濟、人力、資源上的浪費；第二，二次處治較一次處治具有一定的局限性，方案選擇具有特定性，施工難度更大、要求更高、風險加劇；第三，處治方案的選擇需要考慮一次處治后的結構現狀、現有結構物的合理利用、安全隱患以及可能存在的施工局限性；第四，預應力錨桿具有主動加固、材料性能發揮良好、施加預應力增加土體法向應力提升抗滑阻力效果顯著，能夠與現有的結構相互配合提升整體穩定性；第五，根據監測數據結果，該預應力錨桿加固法在邊坡二次加固工程中效果好，可以在同類項目中推廣應用。