公路滑坡治理中预应力锚索抗滑桩的应用探讨

文／中国公路工程咨询集团有限公司 高超

关键字:公路工程；滑坡治理；预应力锚索抗滑桩；施工；应用

1 预应力锚索抗滑桩技术概述

预应力锚索抗滑桩适用于不同等级公路工程边坡整治及不同类型的滑坡治理，普通抗滑桩力学模式与锚固在滑床的悬臂梁较为相似，根据此类力学模式，其桩身弯矩较大、剪力大，且桩身截面尺寸较大，配筋量多，与普通抗滑桩支挡结构相比，预应力锚索抗滑桩受力结构更加合理。预应力锚索抗滑桩在桩顶及以下增设一排/多排预应力锚索，使桩身受力得到改善，并使其力学模式接近简支梁等超静定结构。预应力约束增大后，桩身位移控制变得更加简便，桩身内应力也得到很大程度控制。总之，预应力锚索抗滑桩使普通抗滑桩被动抗滑结构变为主动抗滑结构[1]。

预应力锚索抗滑桩的抗滑能力大小由其各部件承载力决定，并取决于各部件中最薄弱的环节，外锚具锚固力、钢绞线强度、锚固段锚固力等均需满足滑坡抗滑的相关要求，所以预应力锚索抗滑桩设计计算比普通抗滑桩更为复杂。

2 工程概况

YL 二级公路滑坡段位于大关村境内，该滑坡段前缘处于背面坡脚河沟南岸，后缘则位于南面坡体内，所预计的滑坡体积最大可达4.98 万m3，属于中型滑坡。滑坡体由坡残积亚黏土构成，坡体顶部3m 厚度以内包含少量风化砂岩碎块和砂岩块石，3m ～5m 厚度内为风化较为严重的硅质岩类和灰岩角砾石。滑坡体下伏硬质基岩岩石，且倾角和坡向相反；基岩面倾向和坡面相同。该二级公路滑坡体坡面存在小规模滑塌群和拉裂缝，且主要由降雨入渗、人工筑路不当取土、地表河水冲刷坡脚等原因引起，且该滑坡体属于正在活动的滑坡体，坡体自身及周围建筑物基础明显下沉变形。

公路滑坡体周围地勘结果显示，该二级公路修建过程中滑坡切坡临空面形成且持续降雨的影响下，导致其软弱层滑坡破坏趋势不断加剧，滑坡体土质参数详见表1，边坡加固迫在眉睫，经多方论证后决定采用预应力锚索抗滑桩[2]支护加固措施。

表1 滑坡体土质参数

3 预应力锚索抗滑桩设计

根据本工程设计技术要求，主要利用锚索与桩身之间的位移变形协调原理进行预应力锚索抗滑桩设计。在设计前假定，按照弹性受力进行抗滑桩和锚索分析，滑动面以上的抗滑桩按静力结构设计，滑动面以下则按弹性地基梁设计；按“中-中”滑体推力确定预应力锚索抗滑桩所承担的滑坡推力。

预应力锚索抗滑桩属于刚性桩，其属性除按照桩周岩土性质和松散程度确定外，还可根据滑动面以下桩体嵌固深度h 与a桩体变形系数的乘积是否小于某一临界值进行桩体刚度判断，且桩体在水平荷载下极限承载力仅与地层弹性抗力有关，与桩体刚度无关，故应以此临界值进行桩体属性的判断，临界值按以下方式确定：

式中：E——抗滑桩弹性模量；I——抗滑桩截面惯性矩；Bp——抗滑桩计算宽度；m、n——土体抗力模式特定参数，根据地质条件综合确定。

通过分析锚索与抗滑桩变形协调条件可以得出滑动面以上抗滑桩桩身各点位移量：

第i 根锚索的柔度系数δi按下式确定：

式中：li——锚索自由段长度；di——每束锚索直径；Eg——锚索弹性模量；N——每孔锚索钢绞线束数。

本工程将预应力锚索抗滑桩设置在第8 条块位置，根据刚体极限平衡理论可以确定出作用于抗滑桩之上的滑坡推力为1890.5kN/m，滑坡体属于松散堆积体，所以滑坡推力按照三角形状态作用于抗滑桩，桩间距应设定为6m，桩长按13m 设计，滑动面以下长度为3m，桩身采用C30 混凝土材料，且截面尺寸为15m*2m。为增强加固，本公路滑坡治理段设置2 排锚索，且将锚索和水平面夹角控制在30°，上下排锚索分别位于桩顶以下0.6m 和2.5m，自由段长度分别为18m 和15m，施加预应力500kN 和800kN。

4 预应力锚索抗滑桩施工

4.1 桩身成孔

考虑到本工程地质条件复杂，堆积层较厚，桩身长，所以桩身成孔采用人工开挖方式。完成场地平整和测量放样后按照精确桩位从两端至中间跳孔开挖并锁口，在开挖施工过程中每间隔1.5m 深度就应进行中心轴线放样一次，以保证不发生偏移。每开挖1.2m 土方就应进行护壁支护，并待护壁混凝土达设计强度后开挖下一桩孔。因本工程土体压力较大，护壁结构开裂拱起、塌孔的可能性较大，所以，应严控炸药用量，保证桩孔周围岩石结构不被破坏。

4.2 锚索施工

为提升成孔速度，本工程锚索应当嵌入中风化岩层至少5cm，并在岩层和土层内按不同方法钻进施工：土层内通过跟管旋转钻进成孔施工，以加快土层成孔速度；岩层内通过冲击钻进成孔，并将钻进过程中索孔倾角和设计倾角误差控制在2°以内，同时保证锚索达到嵌入中风化层深度的相关要求。

在绑扎锚索的过程中，先理顺钢绞线，并用10#铁丝按照1.0m 的间隔将钢绞线钢丝牢固绑扎，并按1.0m 间隔设置对中支架。为加速锚索推进，还应将聚乙烯防腐管套设在自由段，并将导向锥设置在锚固段端头。为保证内锚固段注浆施工质量，应先彻底排出钻孔内积水，并按1：1 的比例制备浆液后注浆，注浆压力控制在0.4 ～0.6MPa。

5 与普通抗滑桩的对比

预应力锚索抗滑桩与普通抗滑桩的对比应从技术可行性、经济性、施工难易程度等方面综合考虑，预应力锚索抗滑桩施工复杂程度较大，但经济性方面的优势也是显而易见。此处仅进行两种设计方案工程量差异的对比，具体见下表。

表2 预应力锚索抗滑桩和普通抗滑桩工程量对比

通过对预应力锚索抗滑桩和普通抗滑桩工程量的对比可以看出，预应力锚索抗滑桩混凝土用量和钢筋用量均大大减小，但是其所包括的锚索工程施工难度和复杂程度较大，通过综合分析，预应力锚索抗滑桩仍具有较大的技术优势。

6 结论

本文针对具体公路工程滑坡治理提出了预应力锚索抗滑桩技术，并采用位移协调法进行了抗滑桩设计计算，治理后观测结果表明滑坡段坡体稳定性良好。考虑到公路工程滑坡问题具有较大的复杂性和不确定性，本文在确定公路滑坡段治理过程中预应力锚索内力及锚固段长度时偏安全，且未考虑土拱的影响，所以，所得到的结论仅适用于本工程，为使分析过程和结论具有普遍适用性，还应对桩间土拱的作用进行深入分析。