粘性土滑坡背景下預(yù)應(yīng)力錨索施工風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理措施研究

余楓璞

（廣東晉華建設(shè)工程有限公司,廣東 梅州 514400）

粘土的土體結(jié)構(gòu)研究不僅僅限于微觀結(jié)構(gòu)方面,還包括各種宏觀結(jié)構(gòu),粘性土的滑坡現(xiàn)象就是其主要的宏觀表現(xiàn)之一。在20 世紀(jì)40 年代,預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)開始被廣泛運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)和大型工程結(jié)構(gòu)的加固和修繕中。然而,這種傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)存在一定的問題,例如加固力度、耐久性和施工過程繁瑣等問題。鋼絲是預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)重要組成部分,高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲技術(shù)的出現(xiàn),使得加固效果更加突出。高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲技術(shù)可以提高預(yù)應(yīng)力錨索的強(qiáng)度和剛度,進(jìn)而提高加固結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)的發(fā)展使得工程建設(shè)中的效果更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更安全,這將為未來巨大的橋梁工程、道路隧道、高層建筑、邊坡支護(hù)等方面建設(shè)和安全運(yùn)行發(fā)揮重大作用。

目前國內(nèi)外對非粘性土的滑坡治理已經(jīng)有了較為深入的研究,但關(guān)于粘性土的滑坡治理沒有形成完整的體系,此次研究將對粘性土滑坡狀態(tài)下的預(yù)應(yīng)力錨索施工風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理措施進(jìn)行研究。我國分布的上第三系裂隙化硬粘土是成分、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)都不穩(wěn)定的地質(zhì)體,因此深入認(rèn)識(shí)粘性土的工程性狀及預(yù)應(yīng)力錨索施工風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理措施對地質(zhì)災(zāi)害的防治具有重要的意義[1]。

1 工程概況

1.1 工程地理位置及擬定的預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

巖前水庫位于廣東省梅州市五華縣河?xùn)|鎮(zhèn)大嵩村巖前村,距離五華縣城13 km。巖前水庫工程等別為Ⅲ等,工程規(guī)模為中型工程,永久性主要水工建筑物（包括大壩、溢洪道、輸水涵管）級別為3 級,次要建筑物級別為4 級。水庫工程永久性主要水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50 年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000 年一遇洪水校核；溢洪道消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇[2]。

本方案內(nèi)容主要為左岸滑坡體處理預(yù)應(yīng)力錨索施工。本工程預(yù)應(yīng)力錨索共35 根,均采用5 束7φ5 鋼絞線,與水平面夾角30 度,水平間距3.0 m,均長度43 m,自由段8 m,成孔直徑不小于150 mm。采用干鉆施工工藝成孔,以減小鉆孔時(shí)水對邊坡產(chǎn)生的不利影響,單根錨索設(shè)計(jì)抗拉值為450 kN,預(yù)應(yīng)力值250 kN。

1.2 粘性土勘察報(bào)告

根據(jù)初設(shè)報(bào)告地質(zhì)篇描述,水庫左岸滑坡體山脊較單薄,山脊高程235 m～245 m,邊坡較陡,坡下為溢洪道進(jìn)口。按滑坡物質(zhì)組成劃分為粘性土滑坡,按引起滑坡的動(dòng)力性質(zhì)劃分為牽引式滑坡,據(jù)調(diào)查滑坡體還存在滑移跡象。根據(jù)鉆孔揭露表明,邊坡主要巖性有第四系坡殘積層和燕山晚期的粗粒花崗巖,現(xiàn)由上至下分述見表1。

2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

2.1 坡面修整

坡面采用人工配合挖掘機(jī)修整,隨開挖的下降及時(shí)進(jìn)行清坡,機(jī)械開挖時(shí),應(yīng)預(yù)留保護(hù)層,再人工進(jìn)行保護(hù)層開挖。

2.2 測量放樣

按設(shè)計(jì)要求,采用GPS 精確測放孔位,使用角度尺確定鉆孔角度。

2.3 設(shè)備安裝就位

設(shè)備的安裝要根據(jù)前期預(yù)應(yīng)力錨索控制點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核,鉆機(jī)的位置需要根據(jù)操作平臺(tái)的大小、位置完成固定,確保符合設(shè)計(jì)要求。

粘性土滑坡下的預(yù)應(yīng)力錨索施工中,鉆孔是其重要的一步,施工過程中需要預(yù)先根據(jù)粘性土層的性質(zhì)、預(yù)應(yīng)力錨索的孔徑、設(shè)計(jì)深度和場地施工條件對鉆孔的機(jī)械進(jìn)行選擇,在這個(gè)過程中需要完整的表達(dá)鉆孔需求。

2.4 鉆孔

按照設(shè)計(jì)要求,錨孔鉆進(jìn)采用干鉆,以減小鉆孔時(shí)水對邊坡產(chǎn)生的不利影響。鉆孔速度根據(jù)使用鉆機(jī)性能和錨固地層嚴(yán)格控制,防止鉆孔扭曲和變徑,造成下錨困難或其它意外事故。

為了確保在實(shí)踐中使用的鉆孔直徑滿足要求,直徑不應(yīng)小于孔的設(shè)計(jì)值。為了確保鉆頭的深度,實(shí)際挖掘深度必須超過設(shè)計(jì)深度0.5 m 以上。

2.5 錨孔檢驗(yàn)

錨孔的檢驗(yàn)必須在監(jiān)理工程師在場的情況下進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)過程中監(jiān)理工程師全程旁站,主要觀察錨孔鉆挖過程中是否會(huì)出現(xiàn)鉆頭抖動(dòng)或者幅度較大的沖擊現(xiàn)象,當(dāng)錨孔打入較深孔洞后需要流暢進(jìn)入,并且不能夠發(fā)生頓挫,使用專業(yè)工具檢驗(yàn)時(shí)空洞內(nèi)部不能存在水體滲流、殘?jiān)w濺的情況。鉆孔結(jié)束后需要總監(jiān)理工程師簽字蓋章后才能夠進(jìn)入下一步工序。鉆孔結(jié)束后的檢查主要包括檢查孔洞位置是否為設(shè)計(jì)位置、孔洞的角度是否發(fā)生了大位移偏轉(zhuǎn),這些問題全部檢驗(yàn)合格后才算是完成錨孔檢驗(yàn),土壓力及位移包絡(luò)圖見圖1。

圖1 土壓力及位移包絡(luò)圖

2.6 錨索設(shè)計(jì)參數(shù)選取及安裝施工

（1）錨索設(shè)計(jì)要求

由于本次設(shè)計(jì)所用的預(yù)應(yīng)力錨索為單束自適應(yīng)預(yù)應(yīng)力錨索,很適合軟巖大變形支護(hù)施工設(shè)計(jì)。錨索按設(shè)計(jì)要求每根采用5 束7Φ5 鋼絞絲,單根錨索設(shè)計(jì)抗拉450 kN,預(yù)應(yīng)力250 kN,綜合取錨索自由段長度為7 m,具體的錨索設(shè)計(jì)平面和剖面圖分別見圖2、圖3。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)平面圖

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)剖面圖

（2）錨索制作

錨索按設(shè)計(jì)的錨固段、自由（張拉）段、鎖定頭的長度和結(jié)構(gòu)要求制作。

3 施工風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理措施

3.1 灌漿管堵塞風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理

由于粘性土灌漿時(shí)將產(chǎn)生橫向切應(yīng)變,土粒間的擾動(dòng)較大,大顆粒的粘性土可能會(huì)把灌漿口堵塞；另一方面因粘性土含水量較大,灌漿的同時(shí)毛細(xì)水壓力不斷上升,此過程也可能會(huì)造成灌漿管堵塞,特別是在二次灌漿的時(shí)候。為了預(yù)應(yīng)力錨索灌漿時(shí)灌漿管不堵塞,施工過程中可以采取以下措施預(yù)防此情況的發(fā)生：

1）孔道是否干凈、表面是否有沉積物是保證灌漿管不堵塞的重要因素,所以在進(jìn)行灌漿前需要對灌漿管進(jìn)行清理,可以使用與護(hù)壁相同的泥漿進(jìn)行沖洗。

2）若在灌漿的過程中已經(jīng)產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的堵塞,這時(shí)候可以采取增加回漿管的方式對已堵塞的灌漿管進(jìn)行處理,漿管內(nèi)的壓力增大,減少粘性土毛細(xì)水壓力的影響。

3）在灌漿的過程中需要始終觀察灌漿液體的溫度和重度是否滿足設(shè)計(jì)要求,并通過灌漿管上的壓力傳感器監(jiān)測館內(nèi)的壓力是否能夠滿足要求。

3.2 錨索張拉伸長值超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理

錨索的張拉是工程建設(shè)和維護(hù)中極為重要的工作。錨索張拉的過程中,如果伸長值超標(biāo),就會(huì)存在風(fēng)險(xiǎn),需要采取措施進(jìn)行預(yù)防和處理。

（1）在錨索張拉的過程中,如果出現(xiàn)伸長值超標(biāo)的情況,可能會(huì)導(dǎo)致錨固體的受力狀態(tài)發(fā)生改變,可能導(dǎo)致錨固點(diǎn)和周圍結(jié)構(gòu)受到破壞。

（2）為了防止錨索伸長值超標(biāo),需要采取以下預(yù)防措施：

1）錨固體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行,提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2）在錨索張拉之前,需要對錨固點(diǎn)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真檢查,確保結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài),沒有受損和變形。

3）進(jìn)行錨索張拉過程中需要對錨索伸長值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,應(yīng)立即采取應(yīng)對措施。

（3）出現(xiàn)錨索伸長值超標(biāo)的情況,需要采取以下處理方法：

1）停止錨索張拉工作,停止施工作業(yè)。

2）對錨索伸長值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,尋找超標(biāo)的原因。

3）對超標(biāo)部位進(jìn)行強(qiáng)化加固或更換。

4）重新進(jìn)行錨索張拉和監(jiān)測,確保施工質(zhì)量和安全性。

3.3 錨索夾片滑動(dòng)或鎖定回縮量超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理

并不是所有的錨具在出廠后都能夠保證符合要求,在施工的過程中也不是所有的錨具都會(huì)檢查,實(shí)際操作時(shí)往往采取的是錨具抽查,這種情況下有些不符合使用要求的錨具在使用的過程中會(huì)發(fā)生錨索夾片滑動(dòng)的現(xiàn)象。處理這種現(xiàn)象最好的方法就是卸荷后更換張拉錨具,選擇滿足要求的同型號(hào)錨具重新張拉,張拉前需要對錨具進(jìn)行檢查。另一方面,為從根源避免在加荷的過程中若出現(xiàn)夾片滑動(dòng)且無法卸荷的情況,建議在每次使用錨具之前進(jìn)行應(yīng)力檢查。

預(yù)應(yīng)力錨索是由多股鋼絞線纏繞而成,使用過程中難免會(huì)發(fā)生鋼絞線不達(dá)標(biāo)或者受到了粉塵污染的情況,這種情況發(fā)生后會(huì)造成鎖定回縮量超標(biāo),為避免類似情況的發(fā)生,我們需要根據(jù)實(shí)際張拉情況設(shè)置單根鋼絞線補(bǔ)償張拉。

3.4 錨索張拉段灌漿異常風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防處理

預(yù)應(yīng)力錨索的施工過程常會(huì)出現(xiàn)坡面漏漿、管道異常的情況,一般使用多次灌漿、單孔灌漿、封堵裂縫、延長施工時(shí)間等。但在一般情況下預(yù)應(yīng)力錨索的孔洞施工只進(jìn)行一次,多次施工可能會(huì)避免一些異常情況的出現(xiàn),但是會(huì)花費(fèi)更多的人力、物力和財(cái)力,最后施工進(jìn)度也被拖延,經(jīng)濟(jì)效益不高。我們提出了一種既能夠提升經(jīng)濟(jì)效益還能夠減少灌漿次數(shù)的方法：在某次灌漿后發(fā)現(xiàn)并不能夠滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),將灌漿使用的泥漿液提升細(xì)度,從而改變灌漿的可灌性。

若粘性土周邊孔洞承壓能力有限,使用大面積灌漿時(shí)有發(fā)生滑坡、傾覆的風(fēng)險(xiǎn),這是因?yàn)榇竺娣e灌漿改變了坡體原有的力學(xué)平衡條件,且粘性土受力狀態(tài)復(fù)雜,一旦發(fā)生破壞將引起災(zāi)難性損失,所以建議在粘性土滑坡背景下預(yù)應(yīng)力錨索施工盡可能使用單孔單灌,保證整體穩(wěn)定。

4 結(jié)論

粘性土發(fā)生滑坡后將造成比非粘性土滑坡更大的災(zāi)害,本文結(jié)合五華縣巖前水庫除險(xiǎn)加固工程,總結(jié)分析了灌漿管堵塞、錨索張拉伸長值超標(biāo)、錨索夾片滑動(dòng)或鎖定回縮量超標(biāo)和錨索張拉段灌漿異常風(fēng)險(xiǎn)的成因,并給予了幾種風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施,能夠?yàn)橐院蟮墓こ烫峁﹨⒖肌Ｄ壳罢承酝粱卤尘跋骂A(yù)應(yīng)力錨索尚處于深入探索階段,在理論、設(shè)計(jì)、施工等方面還需要開展大量的研究工作,雖然本文對其進(jìn)行了初步探討。但由于內(nèi)容涉及面廣,因此未能完全的解決施工中可能發(fā)生的問題,在以后的研究中將加以補(bǔ)充。