高速公路边坡处治施工中的预应力锚索抗滑桩应用研究

朱伟平

(广西桂东高速公路有限公司，广西 南宁 530021)

0 引言

预应力锚索抗滑桩是一种复合支挡形式，由普通抗滑桩和预应力锚索组合而成，抗滑桩顶部布置预应力锚索，通过共同作用抵抗滑坡土体的下滑[1]。预应力锚索抗滑桩具有受力分布合理、截面尺寸小、工程造价低等诸多优点[2]，在高速公路滑坡治理工程中，得到了广泛应用。

1 工程概况

广西某高速公路K97+340～K97+450段右侧边坡覆盖层为表层厚0.5 m左右的粉质黏土夹角砾，下伏基岩为砂岩、炭质页岩，自然坡度约25°～30°。原设计为三级边坡，最大坡高约25 m，边坡坡率设计均为1∶1，各级边坡均采用“拱形骨架+植草”防护形式。由于连续降雨，2016-11-15施工中发现在该边坡第三级坡顶出现“圈椅状”贯通裂缝，裂缝长约70 m，滑体厚度约4 m。至2016-12-01，坡顶裂缝进一步扩展和延伸，坡口线外40～50 m范围新增多道裂缝，最大缝宽近2 m，最大开裂深度达5 m，前缘剪切口在第二级坡坡脚形成(见图1)。

图1 K97+340～K97+450右侧边坡裂缝分布情况图

2 滑坡产生的原因分析

K97+340～K97+450边坡区下伏基岩岩层产状为250～260°∠20～28°，总体呈单斜构造，起控制作用的有两组节理裂隙发育：L1：22°∠72°，L2：110°∠89°，间距为3～4条/m，岩体被切割呈块(石)状。层面及节理面组合对该段右侧边坡稳定性影响非常不利，其中层面控制滑面底界，节理面控制滑坡后缘，该边坡滑坡破坏主要为强风化层沿节理面、层面形成的顺层组合破坏。

从分析来看，边坡产生滑坡的原因主要是：

(1)工程地质条件差。边坡所在山体横坡相对较高，场区地层上覆较薄的第四系堆积层，下伏基岩为砂岩，受构造影响，岩层呈单斜状产出，为顺倾边坡。层面倾角缓于开挖坡率，顺倾层面间泥化夹层发育，岩体节理裂隙发育，且有泥质充填，在斜坡前缘开挖扰动山体极易产生坡体变形失稳现象。因此，场区地质条件差是边坡滑坡产生的内在根本原因。

(2)工程施工活动的影响。高速公路位于斜坡前缘地带，开挖切削坡脚，形成了高约25 m的挖方边坡，临空面高度大，在应力重分布的过程中，边坡及自然坡不断松弛并产生裂隙，受风化及降雨等外部条件的影响，边坡地质条件逐渐恶化，既有边坡防护工程不能满足边坡稳定要求，致使边坡变形形成滑坡现象。因此，高速公路建设开挖扰动山体是此次滑坡产生的主要外部原因。

(3)降雨的诱发和促进。随着雨水下渗至坡体，不仅增加了坡体的重度，而且降低了岩土体尤其是层间软弱夹层及节理面的物理力学性能指标，不利于边坡的稳定。因此，降雨是边坡滑坡产生的外在诱发原因。

3 K97+340～K97+450右侧边坡滑坡处治方案和稳定性分析

综合考虑滑坡体的地质情况，拟定采用“预应力锚索+抗滑桩”处治方案。在距离公路中心线40 m位置设置2排圆截面锚索抗滑桩，桩身直径为2 m，桩间距中-中2.25 m，桩身采用C35钢筋混凝土现浇，桩头设置1孔预应力锚索，采用4束φS15.2 mm高强度低松弛的1 860级钢绞线，锚索长25 m，锚固端长度为10 m，布置倾角为20°，钻孔直径为130 mm。抗滑桩平面和立面布置详见图2和图3。

图2 预应力锚索抗滑桩平面布置图

图3 预应力锚索抗滑桩立面布置图

滑动土(强风化泥质砂岩)和下伏层(中风化泥质砂岩)物理力学参数由室内试验结果确定，取值详见表1。选取滑坡体K97+380断面作为计算断面，采用GE05软件，建立滑坡稳定性计算模型，进行土质边坡稳定性分析。当抗滑桩桩体结构长度h=17.5 m时，计算所得边坡安全系数FS=1.42>1.35，边坡稳定性满足要求。该工况阶段，抗滑桩桩身横向位移、弯矩和剪力随桩体深度的变化情况如图4～6所示。

表1 岩土材料计算参数取值表

图4 抗滑桩桩体横向位移-深度曲线图

图5 抗滑桩桩体弯矩-深度曲线图

图6 抗滑桩桩体剪力-深度曲线图

由此可知：

(1)抗滑桩桩体横向位移随深度方向基本呈现减小趋势，最大横向位移发生在桩顶，最大位移值为8.85 mm。

(2)抗滑桩桩体弯矩最大值发生在h=8.31 m位置，其值为1 566.92 kN·m。

(3)最大剪力值为526.88 kN，发生在h=7.44 m位置。

通过验算，桩的最大横向压应力为1 153.39 kPa，小于岩石地基横向容许承载力2 895.20 kPa，岩石地基横向承载力满足要求。岩土与锚固体的抗拔强度为543.74 kN，大于轴力最大值400 kN，利用率为73.56%，锚索的承载力也满足要求。

4 预应力锚索抗滑桩施工处治要点

(1)预应力锚索抗滑桩施工，先施工抗滑桩后再施工预应力锚索，其顺序为：桩位放样→清理并稳固桩孔附近坡面→旋挖机就位→开挖桩孔→开挖一节护筒跟进→开挖下一节桩孔→重复上面工序直到设计标高→封底混凝土→绑扎桩身钢筋→浇灌桩身混凝土→养护→锚索孔定位→锚索钻孔→锚索制作安装→锚索注浆→锚索张拉锁定至锁定荷载75%→(外露段做防锈处理，暂不切割，留待二次张拉)→二次张拉锁定至锁定荷载(监测期满后封锚)。

(2)预应力锚索孔内灌注水泥砂浆要确保注浆量和注浆压力，采用孔底到孔口返浆注浆方式，砂浆体强度≥30 MPa，注浆压力≥0.25 MPa。

(3)分别按照0.25、0.5、0.75、1.0和1.1倍锁定荷载，分为五级对预应力锚索进行张拉，第一至第四级张拉持荷稳定5 min，第五级张拉持荷稳定10～20 min。每次张拉记录好钢绞线的伸长量，并在持荷稳定时间内读取三次锚头位移数据，预应力无明显衰减后进行锁定。多余的钢绞线必须采用机械切割，不得采用电割，切割后预留10 cm钢绞线，防止拽滑，最后封闭锚头。

(4)抗滑桩施工完成后立即进行监控布点工作。选择K97+380～K97+400两组断面进行布点观测。每组断面设置不少于4处位移桩和2组测斜管，雨季施工期间加密观测。

5 结语

K97+340～K97+450段右侧边坡施工处治后，通过近期对两组断面布置的位移桩和侧斜管数据观测，边坡的变形和位移已经趋于稳定，表明预应力锚索抗滑桩处治方案是可行的。预应力锚索通过与土体的协同作用，分担了部分抗滑桩抵抗的下滑力，使得抗滑桩桩身的受力分布更为合理，抗滑桩的尺寸也得到控制，节约了建材，同时也降低了工程造价。对于深层滑动面的边坡滑坡治理工程，预应力锚索抗滑桩是一种有效的处治方法。