预应力锚索及钢管桩在小型滑坡应急抢险治理中的应用实例

李明玉

（广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院，广西桂林541002）

1 工程概况

1.1 整治概况

广西兴安至桂林高速公路是衡昆国道主干线和国家高速公路网南昌至南宁线和厦门至成都线的共线部分，是中原地区通往广西壮族自治区沿海港口及东盟的便捷通道之一。其中，桂林至兴安高速公路K1061梁木塘高架桥桥底边坡坡体主要地层岩性由残坡积土及微风化炭质灰岩组成，受地质构造和风化程度影响，上层岩体结构面发育，节理裂隙发育，完整程度较差。公路高架桥建成后，在桥底边坡上部堆积弃土，加大了坡体荷载，加之下部水渠的冲刷侵蚀作用，边坡发生滑动。该滑坡若不及时治理，将继续失稳滑动，危及桂兴高速K1061梁木塘高架桥安全，给高速公路的安全带来重大隐患，且滑坡下滑后可能造成小溶江河道堵塞，甚至形成堰塞湖，威胁到下游村庄安全。因此，尽快对地质灾害应急治理措施，十分紧迫而必要。

1.2 地质灾害分布位置、规模、范围

滑坡位于桂林至兴安高速公路K1061梁木塘高架桥桥底，滑坡平面形态呈弧形，主滑方向145°，滑坡体纵向斜长20～35m，横向宽66m，滑体厚5～8.5m，属浅层滑坡，平面分布面积1960m2，总体积约1.3×104m3，属小型浅层推移式土质滑坡。

1.3 工程地质特征

滑坡区位于地貌单元的分界线上，属溶蚀剥蚀类型丘陵垄岗区，受第四系堆积区所分割成很多小片，山头海拔标高一般为200～300m，个别可达400余米，形态多为浑圆状，坡面一般为10°～30°，相对切割深度50～100m，坡面被大量含角砾岩块的蚀余粘性土所覆盖。滑坡区总体地形起伏变化较大，相对高差约30m，山势较陡峻。

滑坡区覆盖土层主要为第四系坡残积粉质粘土（Qdl+el），厚度5.00～7.80m不等。下伏基岩地层岩性为泥盆系中统东岗岭组炭质灰岩(D2d)，中—厚层状，结构基本未变，仅节理面有渲染，有少量风化裂隙，局部充填方解石脉，岩芯多呈柱状，岩石坚硬程度属较软岩，岩体完整程度为较完整。

1.4 水文地质条件

滑坡区的地下水类型为碳酸盐岩溶洞裂隙水，区域内岩溶不发育，但走向断裂较多。总的来看水量贫乏，局部可达中等。地下水化学类型以HCO3-Ca型水为主，HCO3-Ca·Mg型水次之，矿化度0.07～0.32g/L，pH值8.36～8.5，微腐蚀性。

本滑坡应急勘察期间，地下水稳定水位埋深4.30～7.30m，其主要来源于大气降水，大部分沿山坡产生短距离径流，部分运移在第四系残积土中。由于基岩与坡残积层具有较大的透水性差异，降雨较容易透过覆盖土层，在坡残积层与基岩接触面形成饱水带，土层饱水后重量增加、软化、抗剪强度降低，在坡残积土层与岩层接触界面易形成软弱结构面（滑动面），是造成边坡滑移的主要原因。

2 边坡稳定性分析

在该滑坡的应急勘查时访问当地村民得知，公路梁木塘高架桥建设前该边坡未见滑动迹象，该滑坡于今年6月份首次发现，且发展速度较快，在近2个月时间内便发生明显的滑移。至滑坡进行应急勘查设计工作时，滑坡仍在变形发展，坡顶滑坡后缘下沉拉裂，错台高度1.8m，裂隙走向245°，张开约20cm，滑坡在暴雨状态下整体处于不稳定状态。根据滑坡变形特征、基岩埋深及地下水影响等边界条件，通过优化计算而得出最不利滑动面，再根据剩余下滑力传递系数法，计算出剖面最大剩余下滑力为184.32kN。

3 整治工程设计

根据该滑坡的应急勘查成果和前面的分析，在充分掌握其影响因素、稳定性状况以及危害特征等的基础上，确定该滑坡采用钢管桩+预应力锚索的应急治理措施（见图1），并坡面修复、灌溉渠修复、排水天沟及地表位移监测等。

3.1 预应力锚索设计

预应力锚索共布设1排，横向间距3.0m，设计支护位置剩余下滑力为T=184.32×3=552.96（kN）；锚固角α=25°，所需锚固力为束预应力锚索抗拔力设计值为800kN。设计压力梁梁身截面尺寸为0.6m×1.3m（宽×高），混凝土等级为C25。

3.1.1 锚索孔径及倾角设计

根据工程经验及经济合理性，设计锚索孔为130mm，倾角为下倾25°。

3.1.2 单束锚索所需纲绞线根数

单束锚索抗拔力设计值为800kN，计算单束锚索材料的总截面积直 径 15.2mm(As=140mm2)钢 绞 线 根 数

3.1.3 单束锚索内锚固段长度计算

分别按锚索筋材与砂浆粘结强度砂浆与周围岩土体之间粘结强度算锚固段长度，取其中较大值，得出当Nt1=800kN时，La1-1=3.1m，La2-1=4.36m，设计取La2-1=5.5m，大于计算较大值，设计合理。

3.2 压力梁设计

按锚索间距3.0m设置矩形压力梁。

3.2.1 地基承载力验算

以锚索设计抗拔力和地基允许承载力的大小计算压力梁断面尺寸，本设计压力梁断面为矩形，按天然地基上浅基础受力进行设计，竖向面积向 面 积计算压力梁高度为4.02m2÷3m=1.33m，取为1.3m，压力梁宽度为1.88m2÷3m=0.62m，取0.60m。

3.2.2 局部受压承载力计算

纵向受力筋配筋面积纵向受力钢筋选用13Ø28(As=8004.28 mm2)。局部受压区截面直径为200mm；螺旋筋采用HPB235（fy=210N/mm2）；局部受压承载力按公式Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfy)Aln计算，局部受压为螺旋式配筋，其体积配筋率ρv按公式算箍筋选用Ø8@150。

4 施工技术措施

4.1 钢管桩施工

钢管桩采用Ø127mm，壁厚4.5mm无缝钢管，成孔孔径不小于130mm，以确保钢管顺利下入孔底为准，钢管外壁须进行防腐处理（涂防腐漆等）。钢管桩底部开斜口，斜口高15cm，底面宽5cm。钢管下入孔后，在钢管内灌满或M25水泥砂浆。

4.2 预应力锚索及压力梁施工

4.2.1 钻孔

钻孔设计孔径110mm，用ZSDL-160型锚索钻机钻进成孔。施工过程中，锚索水平、垂直方向孔距误差均不得大于100mm，钻孔轴线的偏斜率不大于锚索总长度的2%，成孔后，须将钻孔内的岩粉及土屑等清洗干净方可在钻孔中安放锚索。

4.2.2 锚索的制作、存储和安放

在锚索制作前，需对锚索钢绞线进行除油除锈处理，锚固段范围的杆体上不得有可能影响与注浆体有效粘结和影响锚索使用寿命的有害物质，并应确保满足设计要求的注浆体保护层厚度，在自由段杆体上应设置有效的隔离层；杆体制作时应按设计要求进行防腐处理；加工完成的杆体在存储、搬运、安放时，不得出现机械损伤、介质侵蚀和污染等；钢绞线需平直排列，沿杆体轴线方向每隔1.5m设置一个支撑架，排气管和注浆管应与锚索杆体绑扎牢固。

4.2.3 注浆

设计锚固段灌注M30水泥砂浆，其配合比为水泥∶粗砂∶水=1∶1.18∶0.41，水泥为425普通水泥。经养护28d后试验得出试块饱和单轴抗压强度为35.1MPa，满足设计要求。

由于本工程锚索向下倾斜，在向钻孔内注浆时，注浆管的出浆口需插入距孔底400mm处，浆液自下而上连续灌注，且确保孔内排水、排气顺畅；注浆设备应有足够的浆液生产能力和所需的额定压力，采用的注浆管应能在1h内完成单根锚索的连续注浆；注浆后不得在杆体上悬挂重物或随意敲击杆体。锚索张拉后，锚头和锚索自由段间的空隙需进行补浆处理。

4.2.4 压力梁的制作

在内锚固段注浆之后，需立即浇制承压压力梁。在压力梁浇筑之前，先将一根外径与锚孔直径相同的薄壁钢管和一尺寸适当的钢板正交焊接固定，以保证锚索与压力梁表面垂直。压力梁采用C25砼，其配合比为水泥∶粗砂∶水=1∶1.22∶0.44，水泥为425普通水泥。经养护28d后试验得出试块饱和单轴抗压强度为30.1MPa，满足设计张拉要求。

4.2.5 预应力锚索的张拉和锁定

先以60kN的拉力对锚索预张拉1～2次，使得锚索平直且各部位与砂浆紧密接触。后对锚索逐级加荷至800～850kN后保持张拉15min，然后缓慢均匀卸荷至设计锁定荷载值进行锁定。

5 预应力锚索的工程效果

2015年12月施工完锚索至今已近2个完整的水文年，经历了雨季的考验，该滑坡并未出现再次滑动变形迹象，基本解除了该滑坡对坡上高速公路高架桥及坡下河道的威胁，社会效益、经济效益明显。

6 结语

在工程建设过程中，常常会遇到地质灾害突发事件，而这些地质灾害的威胁对象往往相对较为特殊，如本文的高速高架桥下滑坡，滑坡规模不大，成因机制简单，但威胁对象却非同一般，潜在经济损失、社会影响是巨大的。另外，此类地质灾害治理过程中的特别会体现出应急抢险的强烈要求，因此在最短时间内消除滑坡地质灾害隐患，是此类滑坡治理的一个侧重点。钢管桩、预应力锚索施工方便，工期短，治理效果的好，可以作为小型滑坡地质灾害应急抢险治理的一个重要手段，在相似的工程中推广应用。

参考文献：

[1]《工程地质手册》编员会.工程地质手册[M].4版，北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 俞敏，李旺珍，等.预应力锚索在公路高陡边坡加固整治工程中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2006（8）.

[3] 谭彬建，俞敏，等.桂柳高速公路K444+712～+822上行线边坡预应力锚索加固方案设计[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2010（5）.

[4]中华人民共和国国家标准.GB50330-2013建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[5]中华人民共和国国家行业标准.DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘查规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[6]中华人民共和国国家行业标准.DZ/T0218-2006滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].北京：中国标准出版社，2006.