竖向预应力锚杆加固抗滑挡土墙工程

鲁鸿福,郭树清

(1.甘肃工程地质研究院,甘肃兰州 730000;2.甘肃省地矿局,甘肃兰州 730000)

竖向预应力锚杆加固抗滑挡土墙工程

鲁鸿福1,郭树清2

(1.甘肃工程地质研究院,甘肃兰州 730000;2.甘肃省地矿局,甘肃兰州 730000)

结合竖向预应力锚杆加固重力式抗滑挡土墙治理滑坡的工程实例,重点阐述了竖向预应力锚杆 +抗滑挡土墙构造及其施工工艺流程,指出竖向预应力锚杆 +抗滑挡土墙新型结构在基岩山区滑坡治理中的应用前景。

竖向预应力锚杆;重力式挡土墙;滑坡治理

1 工程概况

某滑坡位于西秦岭中部的一近呈南北向的山脊分水岭西侧,因开挖埋设输油管道及公路路基加宽等人类工程活动,增大了原斜坡坡度。由于坡脚开挖,导致岩土体应力结构发生改变,使后部土体失去前部土体的支撑,降低了土体自稳能力,受“5.12”汶川大地震的影响,斜坡变形加剧,产生新的张拉裂缝、错落坎等,严重威胁着输油管道大动脉的安全运行和国家AAAA级风景区旅游道路的畅通。

1.1 工程地质概况

根据地面调查及钻探揭露,滑坡区地层主要有第四系全新统滑坡堆积层 (Q4del)、第四系全新统崩坡堆积层(Q4c+del)及碧口群中亚群下部 (Pz1bk21)地层组成。抗滑挡土墙所在位置的地质条件及地基土的力学指标见表 1。

表1 抗滑挡土墙所在地岩土物理力学指标

1.2 原设计方案

该滑坡为浅层堆积土滑坡,设计单位采用了重力式浆砌块石挡土墙和截排水渠综合治理的方案,在完成墙身砌筑进行墙面勾缝时,当地遭遇了百年不遇的特大暴雨袭击,坡体内土体湿度增大、重力增加,引发滑坡体出现新的滑动迹象,已完工的抗滑挡土墙上部出现细微张拉裂纹。

2 加固方案

鉴于挡土墙稳定性降低,根据现场实际情况,有3个解决方案可供选择:一是间隔拆除部分挡土墙,改为抗滑桩 +桩间挡土墙方案,其优点是抗滑桩为刚性防护,应用较广泛,能达到良好的防治效果,缺点是目前正处于雨季,拆除部分挡土墙易引起滑坡,不能保证输油管道和作业人员的绝对安全;二是采用锚索框架加固挡土墙方案,即在挡土墙“胸部”刻槽设置钢筋混凝土格构,格构交叉处设置锚索,由于基岩面倾角较小、锚索进入堆积层太长,该方案不经济且施工周期较长;三是由于基岩面埋深较浅,采用竖向预应力锚杆加固挡土墙方案,即在原挡土墙顶部增设钢筋混凝土压顶梁、竖向预应力锚杆加固挡土墙,形成竖向预应力锚杆挡墙支挡结构。

竖向预应力锚杆挡土墙是锚杆竖向锚固于基岩中,最后张拉锚杆,利用锚杆的弹性回缩对墙身施加竖向预应力以提高挡土墙的稳定性。它具有施工周期短、造价低、原设计的挡土墙外观没发生任何改变的优点,经综合考虑,最终选择了该方案。

3 竖向预应力锚杆挡土墙构造

根据原设计挡土墙的构造,经过设计演算,确定了竖向预应力锚杆、压顶梁的构造。竖向预应力锚杆 +抗滑挡土墙构造示意见图 1。

图1 竖向预应力锚杆 +抗滑挡土墙构造示意图

3.1 原挡土墙构造

挡土墙为重力蹬脚式浆砌块石式,采用M7.5水泥砂浆、MU30块石砌筑,地面以上高度 4 m、基础1 m,顶宽 1.6 m、底宽 2.6 m,墙面坡率 1∶0.3,墙背坡率 1∶0.15。每隔 10～15 m距离设置伸缩缝一道,缝宽 30 mm,缝中填塞沥青麻丝。挡泄水孔孔径 80 mm,间距 1.5～2.0 m,梅花形布置。为防止泄水孔堵塞,墙背泄水孔进口处采用土工布封口,并设置砂夹砾石反滤层,厚 300 mm。

3.2 压顶梁构造

压顶梁截面为矩形,C25钢筋混凝土浇筑,截面尺寸为 1.6 m×0.4 m,长度与挡土墙等长;主筋上下层各 6“18,箍筋 “8@150,箍筋采用 HPB235级钢,主筋采用 HRB335级钢,受力钢筋保护层厚度60 mm。

3.3 竖向预应力锚杆构造

锚杆间距为纵向距伸缩缝 0.5 m、沿顺长方向按 1.5～2.0 m布设,横向距墙面 0.6 m,预应力锚杆采用单根 HRB335“32螺纹钢筋,支撑架由 “8 mm钢筋制成,杆体连接方式为螺纹连接,锚头垫板为厚 20 mm的钢板切割而成 400 mm×400 mm,螺母锁定后M30水泥砂浆包裹;锚杆成孔要求使用空气潜孔锤钻进技术,孔径 110 mm,钻孔倾角竖向不大于 2°,沉渣段 0.50 m,有效锚固段长度为进入中风化基岩不小于 4 m,杆体自由段要求外套波纹管、内抹黄油,波纹管两端要密封;锚孔注浆采用水灰比为 0.4的M30水泥浆,注浆后投入粒径为 3～5 mm的坚硬砾石。设计抗拔力为 120 kN。

4 施工工艺流程

由于该工程挡土墙主体已全部完成,在清理完墙顶塌方后,应立即开始锚杆和压顶梁施工。

施工工艺流程:墙顶塌方清理→锚杆孔定位→搭设钻进平台→钻机就位→钻孔→锚杆制作安放→锚杆注浆→压顶梁钢筋制安→混凝土支模→混凝土浇筑→混凝土养护→锚杆张拉→锚固→锚头制作。

5 竖向预应力锚杆施工要点

5.1 锚孔施工

(1)按照设计编号测量放线,并用油漆标记。钻机严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位。

(2)钻进浆砌块石挡土墙时不得片面追求钻速,要注意孔内块石掉块等异常情况,必要时采用跟管钻进工艺。

(3)在钻进过程中要认真做好施工记录,如地层情况、地下水情况、进尺速度、岩屑回返等。钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值,并超钻 50 cm。钻进达到设计深度后,不能立即停钻,要求稳钻 3～5 min。

(4)锚孔钻孔结束后,用高压空气将孔中岩粉及水全部清除出孔外,经现场监理检验合格后,方可进行锚杆安装。

(5)锚孔钻孔完成后应及时进行锚杆安装和锚孔注浆,原则上不得超过24 h,以避免长时间搁置造成塌孔。

5.2 锚杆制作和安装

(1)由于 9 m长的杆体竖向下入锚孔存在安全隐患,下料杆体长度为以不大于 6 m为宜,锚杆长度为L=L1(锚固段长度)+L2(自由段长度)+L3(垫板 +螺母厚度)。

(2)锚杆采用现场机械车丝工艺,每段丝口长度不小于 8 cm,连接套筒长度不小于 10 cm,杆体最上端丝口长度不小于 10 cm,以保证施加预应力。

(3)杆体每 2 m间距布置对中支架。

(4)锚杆在自由段和压顶梁处应按设计要求做好防腐保护。

(5)在孔口连接锚杆时要采取防脱措施,以防锚杆掉入孔内。

5.3 锚孔注浆

(1)锚杆注浆采用水灰比 0.4的纯水泥浆,由于挡土墙采用座浆法砌筑,墙体空隙较大,采用二次注浆法增加注浆量,以增大块石间固结力,消除已出现的裂纹。

(2)注浆浆液应严格按照配合比搅拌均匀,随拌随用,浆体强度不低于 30 MPa。锚孔注浆可采用孔口注浆法时,则要求适当转动锚杆,以利于浆液下沉,直至孔口溢出新鲜浆液。如发现孔口浆面回落,应在 30 min内进行补浆 2～3次,确保孔口浆体充满。

(3)当孔口浆体充满时,人工往孔内投放粒径为 3～5 mm的坚硬砾石,同时用铁锤轻轻敲击锚杆,以利于砾石下沉,砾石投放量以石子堆满至孔口为宜。

(4)做好现场注浆记录,每批次注浆都应进行浆体强度试验,试件不得少于 1组,每组不得少于 3个试块。

5.4 锚杆锁定

(1)当注浆体强度和压顶梁混凝土强度均达到设计强度的 80%以上时,方可进行锁定作业。

(2)锚杆的承压板应置于压顶梁之上,承压面与锚杆的轴向方向垂直。

(3)根据经验值,锚杆螺母的锁定扭矩推荐为1000 N·m。

(4)锚杆完成后应及时用水泥砂浆封头,以防锈蚀破坏。

6 结语

该滑坡加固工程竣工已一年多,经受雨季连续降雨的考验。实践证明,在该现场地质条件和建筑环境下,采用竖向预应力锚杆加固重力式抗滑挡土墙的滑坡加固是成功的,在基岩山区滑坡治理工程中有较大的推广价值。

[1] 陈忠达,王海林,等.公路挡土墙施工[M].北京:人民交通出版社,2004.10-11.

[2] GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].

[3] GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[4] DZT 0219-2006,滑坡防治工程设计规范[S].

Anti-sliding Reta in ingWall Reinforced with Vertical Prestressed Anchor

LU Hong-fu1,GUO Shu2qing2(1.GansuAcademy of Engineering Geology,Lanzhou Gansu 730000,China;2.Gansu ProvincialBureau of Geological Exploration and MineralDevelopment,Lanzhou Gansu 730000,China)

Based on the engineering case of sliding treatment with gravity anti-sliding retaining wall reinforced by vertical prestressed anchor,the paper described the vertical prestressed anchor,antisliding retainingwall structure and the construction technological process.Application prospect of this new structure was shown in sliding treatment in bedrock mountain area.

vertical pre2stressed anchor;gravity antisliding retainingwall;sliding treatment

U418.5+2

A

1672-7428(2010)07-0074-03

2010-03-04;

2010-06-18

鲁鸿福(1968-),男(汉族),甘肃临夏人,甘肃工程地质研究院高级工程师、注册一级建造师,探矿工程专业,从事地质灾害防治工程及岩土工程等方面工作,甘肃省兰州市城关区红星巷 123号。