岩土工程边坡治理中的预应力锚索技术

彭云

（攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

在岩土工程中，经常会出现滑坡、崩塌之类的地质灾害。这类地质灾害给工程质量及安全带来了严重的危害，因而必须采取相应的技术措施对这类灾害的综合预防和治理。预应力锚索这一施工技术依托其操作之便捷在治理边坡问题中得到了广泛的运用。

1 预应力锚索技术的概念分析

预应力锚索技术是一项使用得最频繁的治理山体滑坡的技术方法。这一技术曾经被列为“七五”科技攻关项目。预应力锚索技术是向岩层传递力的一种支护手段，预应力锚索可按照具体所规定的方向以及负荷大小将力从岩体表面传递到岩层深处，进而使被加固的岩体受到一个有益的预压应力。预应力锚索技术在加固滑坡时的设计流程具体如图1所示。

图1 预应力锚索设计流程框架图

2 预应力锚索技术在治理岩土工程边坡中的现状及技术优势分析

（1）技术运用现状分析。对于岩土工程中频频出现的滑坡现象，假如不采取科学、有效的措施对这些边坡进行处理，就非常容易导致出现各类的灾难性的地质灾害。一旦出现了各种地质灾害现象，不仅会减缓工程施工的进度，而且还会给人们的生命安全及财产安全带来威胁。对当前很多工程的施工进行分析不难发现，边坡稳定是当下很多工程面临着最突出的一个问题。当前，国内很多工程也在施工时加强了对各项技术的探索，如采取坡率法以及传统的挡土墙支护结构之类的技术方法进行处理，但是在借助于这类技术进行处理时也通常会遇到很多问题和障碍，如在边坡高度逐渐提升的情况下会造成施工成本的增加，与此同时，还会在无形中降低工程的稳定性和可靠性。尤其是在边坡高度高于正常状态很多的情况下，继续采取传统的施工处理方法就变得极为困难。因而近年来很多工程施工针对此类问题进行处理时，引进了预应力锚索技术，这样能够有效弥补传统的滑桩和桩板结构的缺陷和不足，并使这类工程施工结构凸显其优势，并极大地增加了其可靠性和安全性。从本质上进行分析，预应力锚索技术可被看成是一种能够使支挡结构和被支挡边坡形成一大有机整体的具有复合型特点的支护结构。

（2）技术优势分析。预应力锚索技术的优势具体表现在以下几大方面。其一，给锚索施加预应力能够较好地起到对岩土体形变进行控制目的，进而能使岩土本身的承受能力得以充分发挥。同时采用这一技术开展施工还能起到有效减轻预应力锚索支护结构重量这一目的，并利于更好地对工程造价和工程材料进行控制。其二，借助于预应力锚索支护结构还能较好减少在边坡支护时的削坡量，如此能有效减少土方开挖，并能减少对植被的破坏，同时还能达到有效保护环境这一目的。其三，使用预应力锚索进行施工所使用的设备非常便捷且操作简单，能起到较好地对技术风险进行控制。同时借助于这一技术进行施工时还可进行分段施工，进而减少由于施工失误而引发出现的各类灾害。

3 预应力锚索技术在治理岩土工程边坡中的具体运用

本文主要结合某一公路滑坡治理实例进行分析，先分析出现滑坡的原因，然后详细介绍预应力锚索在路堑边坡和地质复杂下的应用。

（1）边坡现状以及滑塌原因分析。①边坡现状分析。某道路在1k+938-2k+060段形成路堑边坡，其中1k+938-1k+990边坡上方为三层砖混结构的办公楼，墙体和坡面顶线距离是10m，2k+000-2k+060边坡上方是单层框架结构的厂房，墙体距坡面顶线仅有1.5m。根据现场调查反映，这一边坡在开挖之后，在2k+040-2k+060之间的边坡初期存在着少量泉水渗出的现象，以后上部土体滑动形成滑坡。其滑动方向都是从南向北（也就是从高处流向低处），滑坡面积约为3000m3，其滑距在2～5m，这一滑坡为土质滑坡，滑坡体是次生红粘土、含碎石次生红粘土等，其目前规模是小型。②滑塌原因分析。对边坡地层、地质构造、岩体性质以及环境背景条件等因素进行分析，滑坡发生的因素归纳为以下几点。其一是对边坡坡脚的切方是导致出现的最关键的原因。其二边坡土层（包含红黏土、碎石粉质粘土和次生红粘土）遇水变软、吸水膨胀及失水收缩这些本身特性是导致出现土质边坡滑坡的内因。其三自然雨水渗透及暴雨影响是导致出现滑坡的直接触发因素。

（2）治理方案分析。借助于边坡稳定性计算机软件找出最危险滑动面的位置，具体如图2所示。对这一边坡工程的地质和水文条件、环境控制条件以及周边建筑进行综合分析，从导致边坡滑塌的特性与范围，规模与地形等条件分析，采用分级放坡刷方+抗滑桩+坡腰锚索格构的组合方案。具体如图3所示。考虑到边坡岩土介质的可变性、复杂性和不确定性，要想准确地确定地质勘查的参数就比较困难，同时，加上设计方法以及设计理论具有类比性和经验性，因而这一工程可采用动态设计法。

图2

（3）抗滑桩工程和锚索格构工程。①抗滑桩工程。在二级台阶的位置设置人工挖孔抗滑桩，借此来有效抑制边坡出现深层滑动。人工挖孔灌注桩的桩径是φ1.5m，桩距是3.0m，桩长是20m，冠梁采用1.6m×0.6m的规格，混凝土的强度等级都是C30。②锚索格构工程。在人工挖孔抗滑桩的顶部和边坡第二刷坡和局部第三级刷坡处设置锚索格构来加固。其锚索水平间距是3m，索孔直径是φ150，锚索都是由强度高的低松弛没有粘结的钢绞线组成的，其抗拉强度是1860MPa。人工挖孔抗滑桩的顶部预应力锚索应采用六根钢绞线，锚索长度是24m，向下倾斜25°，锚固段长度是15m，拉力特征值是400kN。第二级刷坡预应力锚索采用四根钢绞线，锚索长度是15m，向下倾斜25°，锚固段的长度是9m，拉力特征值是250kN。第三级刷坡的预应力锚索所采用的是四根钢绞线，锚索的长度是12m，向下倾斜25°，锚固段长度是9m，拉力特征值是250kN。

图3

（4）对稳定性进行验算。遵照《公路路基设计规范》。具体可将这一工程项目的边坡稳定性计算大体分为以下三种工况类型。其一是常规工况，这一工况主要是对岩土边坡所处的天然状态加以考虑。其二是非常规工况。这一工况又可进一步分为以下两种情况。其一是岩土边坡在暴风雨状况下或者持续降雨的时期的具体工况。其二是在地震等荷载作用状态之下的实际工况。对边坡的稳定性进行验算时，应确保其稳定安全系数满足表1所规定的安全系数要求。同时结合土层参数得出表2所示结果。（注：滑动面1是软件自动搜素最危险的滑动面，滑动面2～5是自定义的滑动面）

表1 工程项目路堑边坡稳定安全系数表

表2 各工况安全系数

4 结语

针对边坡桩锚结合的支护结构，锚索设计采用上述方法更为简便、实用。预应力锚索借助特殊手段将钢绞线变成锚索能改变岩土体的应力状态，并提升岩土体的稳定性能。

参考文献：

[1]王清标.预应力锚索锚固力损失机理及其监测技术[M].北京：科学出版社，2015：112.

[2]罗方正, 梁亚华. 压力分散型预应力锚索挡墙技术在南宁轨道车辆段地下工程中的应用[J].建筑施工,2016,38(9):1198-1200.