浅析预应力锚索加固滑坡施工技术

刘石华

[摘要]阐述惠东县梁化镇滑坡加固工程的治理方法。在滑坡治理加固工程中合理利用预应力锚索方位角，采用预应力锚索加固方案与其它加固方案相比，不仅投资少，工期短，而且施工更安全。

[关键词]边坡失稳 裂缝 预应力锚索

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0520086－01

一、工程概述

工程位于惠东县梁化镇，本工点为人工开挖形成的边坡，坡度较缓，坡比约1∶1。但建路通车经过一年后，由于开挖卸荷后新暴露岩面在自然条件下风化，雨季降雨沿裂缝入渗坡体加速向下滑移。2001年5月雨后1～3d内平均每天位移5～20cm。边坡后缘出现张拉裂缝，形成陡坎，陡坎高差高达1.2m，路基边沟向外鼓胀、开裂，路肩路面发生鼓胀、隆起变形。如不及时加固，边坡将整体下滑中断公路正常运行。

1．工程地质特征。工程处于低山丘陵地带，地层主要为：表层为松散状含砾石粉质粘土，（厚0.5～2.0m），下伏基岩是黄色粉砂岩、黑色炭质泥页岩。岩层呈薄层软质状，极易风化及遇水膨胀碎裂软化，表层呈全强风化，以下呈中微风化，岩体中裂隙沿层面发育。

2．水文地质特征。本工点地下水为孔隙水和基岩裂隙水，该区降雨充沛，是地下水主要补给来源之一。地下水发育程度随季节降雨量的变化而变化。

二、边坡稳定性分析

经现场勘查边坡滑坡形成的裂缝，及路基路面隆起方向可知，滑坡的主滑方向与路面轴线成65°角。坡体逢降雨向下滑移说明滑坡体正处于极限平衡状态。当雨水下渗入坡体，由于炭质泥页岩透水性差，地下水则沿滑动带聚集起来，软化泥页岩风化层，使其抗剪强度降低，导致边坡失稳，产生滑移。

三、治理工程设计

根据边坡具体情况：边坡岩性复杂破碎，力学性能差，边坡坡面不平整，又加上施工期正逢雨季，工期要求紧。对该边坡处理加固采用预应力锚索、锁梁、钢管桩与矮墙联合加固方案。整个边坡按岩土体稳定的要求，共设计415.2mm预应力锚索26束，每束锚索设计预应力均为450kN，锚索与水平夹角均为25°，单孔深18～20m；127mm钢管桩44根，桩长9～12m；钢管桩砼矮墙高2.5m，长44m；对于左端未出现滑动的裸露的中风化炭质泥岩，采用M7.5浆砌片石护坡，以防止岩石裸露加速风化，剥落掉入路面影响行车安全；由于滑坡后缘以上是较高的山坡，汇水面积较大，为防止大量雨水渗入滑坡体内，在距滑坡后缘5m外设置浆砌片石截水沟；滑坡体滑移造成滑坡体上出现许多张拉裂缝，为了使雨水不从裂缝渗入到滑坡体内，对裂缝进行人工夯实，并对坡面地表进行人工整平处理。

四、预应力锚索方位角的应用

（一）预应力锚索锁梁结构。由于滑坡体主滑方向不垂直公路路面轴线，与路面轴线成65°交角，根据锚索锚固力公式，当锚索轴线与滑动面走向不垂直而成一定角度θ时，所需锚索锚固力公式由

Q m=k T/（sinαtanφ+cosα）变为

Q m=k T/（sinθsinαtanφ+sinθcosα）

式中：α－平均锚固角；φ－滑面综合内摩擦角；θ－锚索轴线与滑动面走向线交角；k－安全系数。

为了使预应力锚索的预应力垂直滑动面走向，使预应力发挥最大的作用，同时可节省工程量，在不削坡的情况下在，合理布置锚索孔位，即同一排锚索不在同一高程，而是不断向上斜布置，考虑到便于锚杆钻机连续移位施工及地形，斜度按10°～15°，在保证锚索方位角的前提下，该工程预应力锚索锁梁结构中M23－M26号锚索不能与锁梁面垂直外，M16－M22号锚索均能与锁梁面垂直。M23－M26间锁梁与水平线成10°；M16－M22号锚索间锁梁与水平线成15°。

（二）预应力锚索与钢管桩及砼矮墙组合结构。由于坡脚较缓，为便于预应力锚索充分发挥作用，在坡脚突然变陡处设置预应力锚索与钢管桩及砼矮墙组合结构，该结构使抗滑钢管桩这种结构不同于常用的悬臂式抗滑桩形式，改善了抗滑桩的稳定和受力状态，大大提高了抗滑桩的抗滑能力。钢管桩同一排轴线与路面轴线成10°夹角。锚索孔轴线与矮墙轴线成15°角，以使锚孔轴线垂直滑动面走向。

五、预应力锚索张拉端锚垫板的安放

由于在本工程中，锁梁上M23－M26号锚索与锁梁及钢管桩矮墙与锚索均不垂直，轴线间均有一定的交角，为防止锚索张拉时钢绞线被剪断，在锁梁及钢管桩矮墙外侧放置一块30cm×30cm，厚18mm的钢板作锚垫板，锚垫板放置角度要求与锚索垂直。

六、合理利用预应力锚索方位角的优点

（一）使预应力发挥最大的作用。根据前面锚固力公式可知，锚索与滑动面走向垂直可获得最大抗滑力。

（二）节约工程量。

保证锚索与滑动面走向垂直，可缩短锚索自由段长度。如图1所示，自孔口A点引一直线垂直滑动面交滑动面β于点O，我们假设锚索水平倾角为25°，锚索轴线垂直滑动面走向时锚索与滑动面交于点B锚固角∠ABO取64°，设三角形AOB所在平面为ε，过A点作水平面γ交滑动面β于一直线a，a交平面ε于点D，设锚索轴线垂直公路时与滑动面交于点C，过AC两点作一平面δ，平面δ与直线a交于点E；与直线BO交于点F，于是有：

∵β⊥ε；γ⊥ε

∴ED⊥ε；

∵AD在平面ε内

∴ED⊥AD；

∵δ⊥γε；⊥γ

∴AF⊥AD；AF⊥AE

AD=ABsin64°/sin39°

A F=ADtan39°=ABtan39°sin64°/sin39°

A E=ADcsc25°=ABsin64°csc25°/sin39°

∠AEC=arctan（AF/AE）=arctan（tan39°/csc25°）

AC=A Esin∠A EC/sin（180°-25°-∠A EC）

根据以上关系，该工程锚索自由段平均长10m，那么锚索垂直公路时锚索自由段长应为11m，则每束锚索可节约1m长。

（三）提高成孔速度与质量。由于该工点岩层倾向与公路轴线成60°交角，若锚索钻孔与公路垂直，钻孔时很容易出现钻具顺层跑现象，造成钻孔偏斜，增加成孔难度。另外地层呈薄层状，遇水很容易软化、崩解，钻孔用的风与地层中的裂隙水混合在一起组成液相与气相的混合物容易把孔壁冲洗变大，使得钻孔时孔中风速变小，降低

钻孔时的排岩屑能力，造成钻孔埋钻现象，甚至局部会出现方孔现象。

七、施工技术措施

1．成孔设备的选择。由于地层的复杂性，为了保证快速钻进，我们选取两台MGJ-50型锚杆钻机，采取气动潜孔锤钻进方法成孔。采用一台英格索兰VHP700型空压机，保证风量可供两台钻机同时钻进。

2．施工顺序的合理安排。在滑坡抢险加固工中，合理安排施工顺序非常重要，因为很可能在施工过程中滑坡体失去平衡发生滑移，引起事故。由于本工程施工期正赶上雨季，滑坡体处于极限平衡状态，下雨时滑坡体缓慢不断滑移。每天下滑5～20cm，考虑到施工安全我们先施工上排锚索，然后施工下排抗滑钢管桩及锚索。待上排锚索锁梁施工完毕并张拉锁定后再开挖基槽施工砼挡土墙。

在施工过程中证明了这一施工顺序的合理性，因为我们在施工完上排锚索还未来得及做好锁梁时赶上一天的降雨，坡体向下滑移，使得我们预留在孔外的1.3m长的钢绞线只剩下0.6～1m长。待我们把钢管桩施工完及上排锚索张拉锁定后，逢下雨滑坡体就不再发生滑移。保证了砼挡墙基坑开挖的安全施工。

3．锚索钻孔。锚索孔倾角为25°，终孔孔径110mm采用地质罗盘测定；方位角采用经纬仪定位。在钻孔中由于表层6～10m地层较松散和破碎，下146mm套管护壁，锚孔灌注砂浆完毕后用潜孔锤反打拔套管。

4．锚索的安放。锚索安放要及时，并且由于滑坡体很可能在施工期间发生滑移，预留在孔外张拉用钢绞线要比正常情况下要长，在本工点多留0.8m长。

5．锚孔注浆。由于地层遇水会软化、崩解剥落，在钻孔完毕安放锚索后应及时灌注M30水泥砂浆，特别对下排锚索，钻孔时每孔都吹出大量的水，不及时灌浆就会出现垮孔，影响锚孔质量甚至造成锚孔报废。

6．锚索张拉与锁定。本工序值得注意的是锚索锁梁砼浇筑完养护期未到时不能安装锚具及夹片锁定，以防坡体下滑锁梁被动受力断裂。本工点地层较松散破碎，裂隙发育，张拉时分两期张拉，即第一次张拉至115%设计荷载锁定后，让其稳定1～2d再进行第二次张拉，同样张拉至115%设计荷载锁定，以减少预应力损失。

八、工程效果

整个滑坡治理加固工程完工至今，经多次暴雨考验及定点变形观测，尚未发现变形，说明边坡已稳定，工程效果明显。合理利用预应力锚索方位角，采用预应力锚索及抗滑钢管桩加固方案与其它加固方案相比，不仅投资少，工期短，施工更安全。本工程的顺利实施对类似的滑坡应急处理工程设计与施工具有重要的借鉴作用。

参考文献：

[1]王福源，高陡边坡加固的预应力锚索施工[C].中国岩土锚固协会，岩土锚固工程技术，北京：人民交通出版社，1998.

[2]于文贞、鄢毅，长江链子崖整治工程预应力锚索施工初步经验[J].中国地质灾害与防治学报，1998（3）.