發(fā)布時間：所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 主要介紹了預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁技術(shù)，對其抗滑機理、受力特點、設(shè)計原則、設(shè)計流程及施工工藝進行分析，并與普通抗滑樁進行技術(shù)經(jīng)濟比較，通過在京新高速公路韓集段K50滑坡整治中的應(yīng)用，證明預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁較普通抗滑樁具有受力機理明確、結(jié)構(gòu)合理、工程造價
摘 要：主要介紹了預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁技術(shù)，對其抗滑機理、受力特點、設(shè)計原則、設(shè)計流程及施工工藝進行分析，并與普通抗滑樁進行技術(shù)經(jīng)濟比較，通過在京新高速公路韓集段K50滑坡整治中的應(yīng)用，證明預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁較普通抗滑樁具有受力機理明確、結(jié)構(gòu)合理、工程造價低、便于施工等優(yōu)點，是抗滑結(jié)構(gòu)的重大突破，在滑坡和高邊坡病害中的應(yīng)用將日益廣泛。
關(guān)鍵詞：滑坡；預(yù)應(yīng)力錨索；抗滑樁
Abstract: The prestressed anchor anti-slide pile technology is described in this paper from its anti-slide mechanism, stress characteristics, design principles, design processes and construction technologies. Compared with ordinary anti-slide pile in technique and economy with its application in K50 landslide processing in Hanji section of Beijing- Urumchi expressway, it proves that the prestressed anchor cable anti-slide pile is of clear stress mechanism, reasonable structure, low engineering cost and simple construction, and as a major breakthrough of anti-slide structure,it will be widely applied in the damage prevention of landslides and high slope.
Key words: landslide; prestressed anchor; anti-slide pile
中圖分類號：U213.1+52 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
一、前言
我國地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地形地貌起伏變化大，山地丘陵占國土面積的65％，具有極易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的物質(zhì)條件，是地質(zhì)災(zāi)害最為嚴重的國家之一。而滑坡高邊坡災(zāi)害又是地質(zhì)災(zāi)害中最為常見、危害最為嚴重的一種。而，滑坡治理是一項投資巨大、技術(shù)復(fù)雜、施工危險而艱巨的抗災(zāi)工程。我國是一個滑坡災(zāi)害相當(dāng)嚴重的國家，多年來，為確保人民生命財產(chǎn)的安全，保障經(jīng)濟建設(shè)的順利進行，國家在滑坡防治工作上，耗費了大量的人力、物力和財力。上世紀50年代，我國多用擋土墻治理滑坡，這種支擋結(jié)構(gòu)無論從理論和施工方法上，都是既不合理也不經(jīng)濟，只能治理很小規(guī)模的滑坡。60年代后期，開始使用抗滑樁治理滑坡，由于抗滑樁具有比擋土墻開挖面小、圬工體積小、施工速度快等優(yōu)點，很快在全國推廣應(yīng)用，至今仍在大規(guī)模使用。但隨著需要治理的滑坡規(guī)模的增大，抗滑樁截面積和長度也越來越大，材料消耗量變的非常龐大，人們便逐漸認識到其結(jié)構(gòu)的缺陷：抗滑樁是大懸臂受力，主要靠滑動面以下的樁身所受的地基反力來平衡滑坡推力，受力機制不合理，需要的樁長和截面大，材料消耗多，工程造價昂貴。為了改善抗滑樁的這種受力狀況，經(jīng)過不斷摸索和實踐，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁便逐漸在滑坡治理中得到應(yīng)用。同時隨著煉鋼工藝的不斷發(fā)展，高強度鋼材特別是高強度鋼絞線的廣泛應(yīng)用，為預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)和物質(zhì)保證。
二、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的抗滑機理
預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁具有“主動支護、柔性支護、概念明確、經(jīng)濟合理”的特點，其結(jié)構(gòu)主要由抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、錨具等組成。位于滑面以下穩(wěn)定基巖內(nèi)的錨索稱為錨固段，其余為張拉段。對錨索施加預(yù)應(yīng)力后，通過錨具將其與抗滑樁相連接，它的另一端穿過滑坡體后錨固于滑床內(nèi)，從而使抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索組成一個聯(lián)合受力體系。用錨索拉力和樁體共同平衡滑坡推力，徹底改變了一般抗滑樁大懸臂受力的狀況，改變了抗滑樁單一靠嵌固段地基抗力平衡滑坡推力的機理，見圖1。這樣作用的結(jié)果，使得樁內(nèi)彎矩大大減小，樁徑變細，樁的埋置深度變淺，達到了結(jié)構(gòu)受力合理、節(jié)省投資、節(jié)約材料、縮短工期的目的。從樁的受力機制看，普通懸臂抗滑樁是“被動型”的受力狀態(tài)，施工后在滑坡推力的繼續(xù)作用下發(fā)生位移，樁才能逐漸具備抗滑能力，這對保護滑體上的已有建筑物非常不利。而預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是“主動型”，施加預(yù)應(yīng)力后，滑體受到反推力，這樣就可以立即起到止滑的作用，滑體上已有建筑物不再繼續(xù)變形，個別情況下原有變形裂縫還會逐漸彌合。
三、施工方法
預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的樁身，可以采用大直徑的鉆孔樁，亦可以采用挖孔樁，還可以采用鉆孔樁組成的排架樁。由于滑體部分巖石可能比較破碎，鉆孔要采用泥漿或套管護壁，挖孔樁要采用鋼筋混凝土護壁，按豎井法施工。錨索孔應(yīng)按設(shè)計要求鉆斜孔，選用的鉆孔機具要具有這方面的性能。施工時先進行抗滑樁施工，在樁身預(yù)留錨索孔，樁身完工后，鉆錨孔，并用高壓風(fēng)反復(fù)吹洗錨孔，使孔壁清潔。插入鋼絞線至設(shè)計位置，錨固端用M30水泥砂漿充填，砂漿配合比為水泥：砂：水=1∶0.45∶0.45，采用P?O 42．5普通硅酸鹽水泥，待抗滑樁及錨固端內(nèi)漿體達到齡期后實施張拉，張拉分為5級進行：分別為設(shè)計張拉力的25％、50％、75％、100％及110％。其觀測時間前5級均為5min，最后一級為15 min。為彌補土體壓縮造成的預(yù)應(yīng)力損失，錨索張拉后10～15d對全部錨索進行一次補張拉，然后進行自由端注漿，對自由端注漿空間要進行補漿處理，最后，將錨索外露部分切除，用混凝土將錨頭封死，以防止頂端銹蝕。
錨索與樁身工程施工先后順序可根據(jù)實際情況確定，但應(yīng)注意相互的配合與銜接。
四、工程實例
4.1 工程概況
G7高速公路韓家營至集寧段K50+860～K51+000段左側(cè)路基邊坡在開挖過程中出現(xiàn)了多次滑塌，成為制約該路段的施工進度的主要因素之一。該段邊坡在八月底（開挖約半月后）出現(xiàn)第一次滑坡，幾日后又出現(xiàn)第二次滑坡，目前處于自然較穩(wěn)定狀態(tài)�；麦w沿路線方向長約120米，線路里程為K50+860～K50+980段，經(jīng)跟蹤監(jiān)測，該滑坡有向線路大里程方向持續(xù)滑移的跡象�；w后緣至前舌距離約69米，左緣側(cè)壁（小里程側(cè)）高約20米，右緣側(cè)壁（大里程側(cè)）高約16米，見圖3。
4.2 工程地質(zhì)條件
G7京新高速韓家營至集寧段K50+860～K51+000段左側(cè)邊坡位于低山山腰處，西側(cè)坡頂有山間溝谷，地貌單元以低山、丘陵為主，相對高差不大。
滑坡所在場區(qū)白堊系泥巖、泥質(zhì)砂巖地層，呈圈椅狀，可能為古時溝谷位置，后上部充填第三系粘土、第四系粉土。
地下水自由水位較深，在自然坡面30米以下，且附近未發(fā)現(xiàn)有地表水徑流。
4.3 滑坡變形現(xiàn)狀
由于路線挖方施工，造成上部第四系、第三系土體失穩(wěn)，結(jié)合鉆探、探坑資料和現(xiàn)場調(diào)查，推斷滑坡沿第三系粘土層與白堊系砂泥巖地層交界面牽引式滑動。根據(jù)路基開挖單位的施工記錄，該滑坡共發(fā)生2次較為明顯的滑動，第一次在8月底（開挖約半月后），幾天后又出現(xiàn)了第二次滑坡，經(jīng)踏勘調(diào)查，滑坡后緣發(fā)現(xiàn)有多條裂縫，其中4條較為明顯；坡腳處發(fā)現(xiàn)1條剪出口裂縫，見圖4、5。
4.4 主要工程治理措施
根據(jù)滑坡體變形的具體情況，在滑坡坡體內(nèi)設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁。樁設(shè)置在二級邊坡的頂部平臺，共17根，樁身截面為1.8m×2.4m，樁頂均高出平臺1.5m，樁間距6.0m，樁長22.0m，樁頭部設(shè)2孔預(yù)應(yīng)力錨索，錨索傾角為25°，樁體采用C25混凝土澆筑。每孔錨索由7根Φs15.2鋼絞線組成，孔徑Φ130mm，錨索全長26m，錨固段長12m，傾角為25°，深入穩(wěn)定地層中，內(nèi)注強度不低于M30的水泥砂漿，設(shè)計張拉荷載為700kN。樁井護壁厚0.2m，抗滑樁長軸方向為滑坡主滑方向，樁底錨固段置于穩(wěn)定地層中，以起到抗滑的作用。
在該滑坡整治設(shè)計時，對普通抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁兩種方案進行計算分析，以滑坡體主軸斷面為例，其滑面受力及樁頂位移計算結(jié)果見表1。
表1 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁與普通抗滑樁滑面受力及樁頂位移計算結(jié)果
項目剪力
(Q0/Kn)彎矩
(M0/Kn*m)樁頂位移
（S/cm）
普通抗滑樁6360.5756206.918.81
預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁3238.0915498.122.76
從表1中可以看出：在樁頂施加預(yù)應(yīng)力后，抗滑樁的受力狀態(tài)有了很大的改善，樁身滑面處剪力、彎矩和樁頂變形明顯減小，樁的截面、埋深也相應(yīng)的減小。
普通抗滑樁要滿足設(shè)計要求，截面須2 m×3 m，樁長30 m；而采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁截面只須1.8 m×2.4m，樁長22 m。其單樁經(jīng)濟效益比較見表2。
表2 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁與普通抗滑樁的單樁經(jīng)濟效益比較
項目樁身鋼筋混凝土
（m3）護壁
（m3）土方
�。╩3）錨索
（m）工程造價
萬元
普通抗滑樁2×3×3064.8244.8/39.17
預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁1.8×2.4×2240.48135.525223.76
節(jié)約84.9624.32109.28-5215.41
由此可見，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁可大幅度節(jié)約材料，降低造價，就本工程而言，每根樁節(jié)約造價39.34％左右，整治京新高速公路韓集段K50滑坡所需17根樁可節(jié)約投資約261.97萬元，其經(jīng)濟效益十分顯著。
五、結(jié)論
從預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計計算和工程實踐，可以得出以下幾點認識：
① 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁作為一種新型支擋結(jié)構(gòu)物，技術(shù)上具有明顯優(yōu)越性。通過調(diào)整錨索作用點位置，可使得抗滑樁內(nèi)力分布更趨合理，從而達到節(jié)省工程造價的目的，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟、社會效益。
② 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁較普通抗滑樁而言，由于在抗滑樁的頂端增加了具有強大拉力的錨索，使抗滑樁的受力狀態(tài)有了很大的改善，樁身內(nèi)力和變形明顯減小、樁的截面、埋深也相應(yīng)的減小，抗滑能力增強。因此，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在滑坡和高邊坡病害中應(yīng)用日益廣泛，是抗滑結(jié)構(gòu)的重大突破。
�、� 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁因預(yù)應(yīng)力錨索的約束，使得抗滑樁的變位受到有效控制，從而使樁前土體強度得到充分發(fā)揮。
④ 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁作為一種抗滑支擋結(jié)構(gòu)物，其計算理論尚不夠成熟，存在諸多不足，如：由于錨索設(shè)置于樁頭部分，易在樁頭產(chǎn)生應(yīng)力集中，易形成群錨效應(yīng)，造成拉脫失效；對一些大型復(fù)雜滑坡（滑坡推力大）、滑動面埋深深的滑坡、有多層滑動面的滑坡而言，其使用效果會更差，缺陷愈加明顯等。因此，對預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁還需要進行深入的研究和探討。