锚索抗滑桩在高边坡治理工程中的应用

■林恩凯 ■福建船政交通职业学院，福建 福州 350007

1 普通抗滑桩与锚索抗滑桩的受力对比分析

普通抗滑桩作用机理是把桩身嵌入滑动面以下，仅仅依靠抗滑桩自身的强度和地基抗力来抵抗外力。锚索抗滑桩是在抗滑桩的桩头通过锚索施加预应力，预应力锚索穿过滑动面到达一定的锚固深度，用预应力产生的稳定力矩平衡倾覆力矩，使原来的悬臂桩变成了近似的简支体系。通过对锚索施加预应力，可使桩身反压在滑坡上，形成“主动反压”支挡结构。使抗滑桩—预应力锚索形成联合受力体系(如图)。显然，应用锚索抗滑桩治理边坡优于普通抗滑桩。

2 预应力锚索抗滑桩设计计算方法

锚索抗滑桩设计拉力和桩身内力计算是重要的计算步骤，可以通过简化计算。同时，桩身内力在简化过程中要考虑动态受力情况。

2.1 锚索抗滑桩变形条件假定

(1)桩顶锚索的设置不妨碍桩顶转动，只限制它在一定范围内发生水平位移，它们是铰性连接;(2)桩在弹性地基中受力变形;(3)预应力锚索抗滑桩的受力状态类似简支梁。

2.2 锚索拉力计算

在预应力锚索抗滑桩的设计计算中，锚索预应力的取值对抗滑桩的内力计算影响较大，目前关于锚索预应力值的计算方法，大致有以下几种:(1)根据作用在桩上的滑坡推力及桩前滑面以上岩土抗力，计算出滑面处的剪力Q来确定锚索设计拉力T一般情况下，锚索的设计拉力为(1/2～4/7)Q比较合理，该结论与控制桩顶水平位移方法计算出来的结果相近。(2)根据锚索与桩变形协调原理，将锚索的预应力按锚索设计拉力的60%－80%考虑，可求解锚索拉力。不过计算出的锚索预应力和设计拉力应根据桩顶位移控制标准进行校核。(3)用控制桩顶位移的方法计算锚索的拉力T。一般认为桩顶的位移应该控制在0.0lh(h:为桩长)以内，当周边建筑物对抗滑桩的变形较敏感时，则应控制在0.001h以内。锚索的预应力一般按锚索设计拉力的60%－80%考虑。(4)根据作用于桩上的滑坡推力及锚索拉力使得桩正负弯矩大致相等的条件求解锚索总拉力。再根据锚索与桩的变形协调原理求出滑坡推力作用下锚索中增加的拉力△T，则锚索所需施加的预应力Ti=T－△T。(5)按长期荷载作用确定锚索的预应力。即根据作用于桩上的长期荷载及锚索拉力共同作用下，假定桩在滑面处弯矩为零计算锚索的总拉力T，由于锚索与桩的变形协调，在锚索中增加的水平拉力为△T，可计算出每束锚索应施加的预应力。可以用简化计算方法为(如图1):计算作用在每根桩上的滑坡推力E、桩前滑动面上岩土的抗力E0、考虑滑坡体的抗滑力，计算出H0，锚索拉力取P=0.5H0是比较常规的做法，为有效减小桩弯矩，应达(0.2～0.3)H0，再小就不能发挥锚索的优点。

图1 锚索桩锚索拉力计算简图

2.3 抗滑桩的动态受力分析

预应力锚索抗滑桩动态设计主要考虑两种情况:1)在抗滑桩施工完成后未能及时的对其增设

锚索并施加预应力，此时坡体可能产生的滑坡推力全部作用在抗滑桩，则此时抗滑桩上受力状态难以确定，应按最不利受力状态设计.2)增设锚索并施加预应力的阶段，此时如果在抗滑桩刚施工完毕即进行锚索设置张拉，则该阶段的抗滑桩只承受预应力的作用;如果是在第1阶段的基础上进行锚索张拉，则此时抗滑桩既承受自然状态下的滑坡推力作用又承受锚索张拉力的作用，则必须进行组合优化设计。

2.4 桩身内力计算

(1)桩身内力计算。求出单根桩上锚索的总拉力在水平方向的分力P之后，把其视为作用在桩顶的外力，滑坡推力按矩形分布，桩前滑动面以上岩土抗力按主动土压力或剩余下滑力计算，就很容易算出预应力锚索抗滑桩的桩身内力。桩身内力计算图如图2。计算时首先把各力移至滑面处，求出H0和M0:

图2 桩身内力计算简图

式中:E为作用在桩上的滑坡推力;h。为滑坡推力合力作用点至滑动面的距离;Ea为作用在桩上的桩前主动土压力;h为锚索合力作用点至滑动面的距离;h1为滑动面以上桩前岩土厚度。

根据计算得出的H0和M0，考虑抗滑桩的动态受力情况，取一定的安全系数。算出桩身内力，绘剪力图弯矩图，进行配筋计算。

3 工程锚索抗滑桩工程实例

3.1 我院排下学区边坡处理

为满足拓宽道路要求，需开挖我院排下校区现状边坡，土层情况分别为杂填土、沙石状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩。边坡上为我院排下校区，因坡面较陡和岩层破碎，采用普通的抗滑桩无法满足要求，所以采用抗滑桩加一道锚索进行加固(如图)。即在锚索未施加预应力情况下、施加预应力情况下都能确保边坡稳定和校区安全。抗滑桩为方形1000×1000@2000，桩顶设1500×800混凝土冠梁，锚索设置于冠梁处，采用6φ15.2钢绞线，长24～26m，间距3000布置。锚固段位于碎块状强风化花岗岩内。设计锚索拉力为600KN。

锚索抗滑桩支护图

3.2 施工中需重点控制好预应力锚索抗滑桩可能失效的2种情形

(1)锚索沿孔壁被拔出。锚索抗拔力由锚固段、孔径、注浆等因素构成。因此要在施工中控制这几个要素。(2)抗滑桩挠曲过大导致边坡失稳。尤其是按照动态设计理论，抗滑桩施工完成后未能及时的增设锚索施加预应力的阶段，此时仅靠抗滑桩抵抗滑坡体，要保证抗滑桩的刚度。要在施加预应力后才能卸除抗滑桩坡前的现状边坡即开挖现状边坡。

3.3 抗滑桩的监测

为全面了解滑坡整治工作的效果，掌握滑坡区滑坡体稳定状态和抗滑桩的受力和位移情况，检测已完成的抗滑桩桩身位移和抗滑桩两侧土压力，进而为边坡的变形和稳定状况提供依据。从现场施工的118根锚索抗滑桩中选择了8根抗滑桩作为监测体实施了监测。施工完毕6个月来，桩身位移和变形均很小，符合要求。

3.4 锚索预应力监测

选择8根锚索做预应力监测，锚索预应力在监测的前3个月内都有0.8%～5%不同程度的增加。这说明滑坡体有向前推移的趋势，并反映出深部滑坡体有间歇性蠕变现象。在监测的后3个月逐渐稳定。锚索抗滑桩处于安全稳定状态。

4 结论

(1)锚索抗滑桩比普通的抗滑桩更好达到治理边坡的效果。

(2)应用动态设计、简化计算使锚索抗滑桩能满足状态下受力要求。

(3)在施工中重点控制锚索抗滑桩生效的情形，通过抗滑桩和锚索预应力的监测，我院排下学区边坡加固使用锚索抗滑桩达到加固效果。