预应力锚索地梁与微型桩在路基滑坡治理中的应用研究

张丽君

（太原公路分局 娄烦公路管理段，山西 太原 030012）

1 项目概况

省道榆古线滑坡路段位于古交境内，路基宽度8.5 m，设计行车速度为40 km/h，2009年9月，由于降雨相对集中，致使该路段山坡岩土体含水量过于饱和，使路基不负重荷路面出现宽1～2 cm、长约100 m的纵缝。之后病害迅速发展，裂缝最宽处达30 cm，局部出现严重沉降、滑移，下沉高度最高达15 cm，并且裂缝宽度及下沉高度还在继续不断地加大，从而形成滑坡，主要病害为路基、护面墙沉降、滑移，路基沉降高度，至2012年3月路基累计沉降已达90 cm。

2 水文地质概况

滑坡路段左侧地表水有条大川河，水质好，水量小，约28 m3/d，在枯水期有碎岩裂隙补给水，季节性较强。地下水为第四系松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类裂隙水，碎石粉质黏土和填土为含水岩组的主要成分，地下水流向与坡向方向一致，约为9%～23%，水位标高为1 409.34～1 434.26 m，地下水分布不太稳定，泥岩隔水层与之呈相间分布，地含水层间水力联系较差。公路左侧河沟底部可见地下水泉涌，呈季节性动态变化。

3 滑坡体特征

滑坡段南北向宽75～90 m，东西长约150 m，中部为11～16 m，后部为3.0～8.0 m，滑坡体厚度前部约4.5 m，平均厚约10 m，总体积约15万余立方米。坡体岩土类型分为3类：即人工填土、黄土状粉土和含碎石粉质黏土。人工填土主要分布于滑坡体上部路基处，为路基回填土，主要为道路修筑时填筑的亚砂土、碎石等山坡堆积物，厚度一般为8.5～12 m。滑坡体上部主要分布黄土状粉土，土体较疏松，土质均匀，空隙较发育，厚度一般为2～4.6 m。粉质黏土主要分布于滑坡体下部，以黏性土为主，含有少量碎石块，碎石粒径一般为0.5～2 cm，含量一般为10%～25%，为砂泥岩残坡积物。滑坡体岩土结构总体松散，且渗透性强，降雨对滑坡体的稳定影响较大。

4 滑坡稳定性分析计算及评价

4.1 稳定性计算公式

第i块土体滑坡推力计算基本公式为：

式中：Fs为稳定系数；Wi为第i块段滑体所受的重力，kN/m；Ri为作用于第 i块段的抗滑力，kN/m；Rn为作用于第n块段（最模块段）的抗滑力，kN/m；Ti为作用于第i块段的滑动面上的滑动分力，kN/m；Tn为作用于第n块段（最模块段）的滑动面上的滑动分力，kN/m；Qi为地震水平力，Qi=Wi×a；Di为渗透力=γw×Li× Hi×cosαi×sinβi，βi为水面倾角；ψi为第i块段的剩余下滑力传递至i+1块段的传递系数（j=i）；αi为第 i块段滑动面倾角，（°）；Ni为第 i块段滑动面的法向分力，kN/m；φi为第i块段土的内摩擦角，（°）；ci为第 i块段土的黏聚力，kPa；Li为第 i块段滑动面的长度，m；Pi、Pi-1分别为第i块、第i-1块滑体的剩余下滑力，kN/m；Fst为滑坡推力计算安全系数。

4.2 滑坡稳定性计算评价

滑坡体从上到下为强风化岩、中风化岩、微风化岩，为层状构造，二叠系沉积的泥岩、砂岩为滑坡体的主要岩性；层理产状较缓，层状构造倾角约6°～10°，裂隙节理较发育，倾角约56°～81°。

确定主滑地段滑带指标时，以滑坡目前所处的稳定状态反求滑动带力学参数，根据裂缝变形现象判断滑坡的稳定性，经分析滑坡稳定性计算结果、土工试验资料和滑带岩土的岩性及类似工程的有关经验值，该滑坡段滑带的力学参数指标取值为：黏聚力C=18 kPa，内摩擦角 φ=11° ，γ=21.8 kN/m3，γsat=23.2 kN/m3。

表1 稳定性计算结果表

根据相关规范以及滑坡可能产生的危害，考虑暴雨和地震的最不利组合工况下取滑坡安全稳定系数Ks=1.20。计算得出滑坡推力为958 kN/m。

通过详细的工程地质工作，认为滑坡变形的主要原因是由于人为改变坡体原本地形地貌、在坡上改扩建公路破坏了场区的土体力学平衡，加之近几年来的持续降雨影响及重型重载货车长期碾压，造成坡体局部土体不断挤压变形和压密，产生地面开裂和土体蠕变滑动，进而形成滑坡。

5 滑坡治理方案

图1 路基滑坡横断面设计示意图

5.1 预应力锚索地梁的实施

滑坡体采用锚索地梁进行加固。预应力锚索在挡土墙面上共设3排，锚索由7根φs15.24的钢绞线制作而成，前两排锚索长度为27 m，锚固长10 m，倾角为20°，最后一排锚索长20 m，锚固长10 m，倾角为28°，锚索的横向距离为3 m，竖向距离为3 m，锚索的设计锚固力为686 kN。

在石笼路肩挡土墙面上设置钢筋混凝土地梁。施工地梁前，首先应对挡墙坡面进行整平，凹陷处用M7.5浆砌片石嵌补平整，松动的块石采用水泥浆加固，使地梁能够紧贴墙面。钢筋混凝土地梁尺寸采用高70 cm、宽60 cm的矩形截面，采用C25混凝土浇筑，地梁埋入地面标高以下0.5 m，底端设0.5 m厚的C15片石混凝土基础或直接座在微型桩的压顶梁顶面上。待锚固体及地梁混凝土强度达到设计强度的80%后，进行锚索张拉、锁定，并用C25混凝土封填锚头。

5.2 微型桩实施

微型桩又称树根桩，是指桩径在70～250 mm，长径比大于30，采用螺旋钻成孔、加强配筋和压力注浆工艺成桩的钢筋（钢管）混凝土就地灌注桩，可用于边坡加固和软基处理。这种桩型所需施工场地较小，一般在0.6 m×1.8 m的平面尺寸内，2.1～2.7 m的净空即可施工；施工采用压力注浆，能使桩与土体紧密结合，整体强度高。因此，该桩型尤为适用于本工程。

本工程设置了两处微型桩：

a）滑坡前缘路基左侧为设置的第一处，设置范围为K63+280—K63+440，共设3排，中间一排微型桩垂直打设，两边的微型桩均按6°倾角打设。微型桩呈矩形布置，横向间距0.5 m，K63+305—K63+405段纵向间距0.5 m，其余段落1.0 m，桩长15 m，桩顶设C25钢筋混凝土压顶梁，梁高0.7 m，宽0.6 m。

b）另一处设置在线路右侧边沟外浆砌片石挡土墙墙顶平台上，K63+280—K63+320段设置3排，矩形布置，横向间距0.5 m，纵向间距1.0 m，桩长8 m，靠近路基侧的两排微型桩垂直打设，靠山侧的一排微型桩倾斜打设，倾角6°；K63+320—K63+415段设置4排，矩形布置，横向间距0.5 m，纵向间距1.0 m，桩长8～15 m，靠近路基侧的两排微型桩垂直打设，靠山侧的两排微型桩倾斜打设，倾角分别为6°和45°。微型桩顶设C25钢筋混凝土压顶梁，梁高0.7 m，宽0.6 m。

本工程微型桩要求钻孔成孔直径150 mm。由于地层中块石含量高，推荐采用刃口焊有硬质合金刀头的尖底钻头。钻孔深度要预留超过设计桩长0.4 m的沉渣段。完成钻孔后，插入周边焊有3根φ28钢筋的D50钢管，然后埋设注浆管并灌注水泥浆。注浆采用压力注浆，注浆压力约0.5 MPa，注浆压力应根据实际施工情况确定，要求既能够保证注浆质量、能够提高周围土体强度，又不会因压力过大而破坏周边结构物。

6 结语

路基滑坡治理工程比较复杂，该工程综合应用了预应力锚索地梁和微型桩治理方案，完工后经历2年的考验，均未出现新的沉陷，达到了“一次根治，不留后患”的目的，确保路基稳定行车安全的效果。通过该项目的研究，能够指导相关技术人员认知不同山区公路中小型堆积层滑坡的发生发展机理，以及在后续制定滑坡综合处治方案中采用微型桩群、预应力锚索地梁等一种或几种组合使用，使之在更多的工程实际中得到推广应用，为公路边坡建设的可持续发展提供技术支持。