預(yù)應(yīng)力錨索-框架梁和錨索-抗滑樁聯(lián)合加固技術(shù)在高速公路滑坡工程中的應(yīng)用探討

Probe into the Application of Prestressed Cable - the Framework of Beams and Cable - a Joint Anti-slide Pile Reinforcement Technique to Highway Landslide Project

歐陽旭OUYANG Xu

作者簡介:歐陽旭(1975-)，男，湖南寧遠(yuǎn)人，中南市政建設(shè)集團(tuán)股份有限公司路橋工程師，從事路橋施工技術(shù)管理工作。

摘 要:本文結(jié)合工程實(shí)例和工程地質(zhì)狀況，分析介紹了高速公路邊坡滑坡產(chǎn)生的原因，并對該工程采用的錨索-框架梁和錨索-抗滑樁聯(lián)合加固施工技術(shù)措施工藝進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對其施工效果與監(jiān)測進(jìn)行評價和總結(jié)。

關(guān)鍵詞:高速公路;邊坡工程;滑坡;預(yù)應(yīng)力錨索;監(jiān)測

中圖分類號:U416.1+63

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)02-0122-03

1引言

在高速公路的邊坡防護(hù)工程中，當(dāng)山體潛在的滑體沿剪切滑動面的下滑力超過抗滑力時，將會出現(xiàn)沿剪切面的滑移和破壞。在堅(jiān)硬的巖體中，剪切面多發(fā)生在斷層、節(jié)理、裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面上。在土層中，砂性土的滑面多為平面，粘性土的滑面一般為圓弧狀。為了保持邊坡穩(wěn)定，一種辦法是采用大量削坡直至達(dá)到穩(wěn)定的邊坡角;另一種辦法是設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)。在許多情況下單純采用削坡或擋墻往往是不經(jīng)濟(jì)的或難以實(shí)現(xiàn)的，這時可采用錨索進(jìn)行加固。采用錨索加固邊坡，可以使結(jié)構(gòu)與地層連鎖在一起，形成一種共同工作的復(fù)合體，使其能有效地承受拉力和剪力，并能提高潛在滑移面上的抗剪強(qiáng)度，有效地阻止山體位移。

2工程概況

湖南一高速公路工程第15合同段?；露卫锍虡短枮镵172+600～K172+730，長約130m，設(shè)計(jì)為四級邊坡。滑坡體位于舌狀伸出的山脊南端邊緣部位，此處原為古滑坡體，由于路塹的開挖，形成新的滑坡，滑坡體長約141m，寬約87m，高度約為40m，滑坡后壁最大錯距達(dá)3m～4m，已變形破壞的滑坡體厚度7m～10m，滑坡總方量約為6萬m3，滑坡裂縫縱橫密布，滑坡巖土破壞解體嚴(yán)重，并有向后部山體牽引發(fā)展的可能，存在嚴(yán)重的危害和威脅。故必須對該段邊坡滑坡進(jìn)行工程整治，確保該段坡體穩(wěn)定和高速公路的交通安全。

3工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況

3.1工程地質(zhì)

據(jù)調(diào)查分析，本場地?cái)嗔褬?gòu)造不發(fā)育?；麦w地層上部為第四系坡積黏土及含碎石亞黏土、塊石等，下部為侏羅系梨山組炭質(zhì)粉砂巖及粉砂巖。該滑坡滑動帶主要依附于坡體內(nèi)部的砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層的頂?shù)酌嬖杏桶l(fā)展，并受控于基巖層面產(chǎn)狀和結(jié)構(gòu)面的不利組合。

3.2水文地質(zhì)

場地為一南北向展布山嶺的山脊前緣，地表水水文地質(zhì)條件簡單;地下水為孔隙裂隙潛水，賦存于砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖石以下的各類基巖孔隙和裂隙中，具弱滲透性。地下水水位深度8.8m～14.5m，在K172+600～K172+730段有2下降泉泉水出露，泉水流量在0.025L/s左右，雨季時水量加大，另據(jù)地勘調(diào)查資料，本滑坡西側(cè)溝谷中有2處落水洞，疑為地表水下滲通道，對邊坡穩(wěn)定有不利的影響。

4邊坡滑坡產(chǎn)生原因分析

4.1從地貌分析判斷，該滑坡路段存在前部地形凸出，后部呈圈椅狀，坡體呈多級臺階狀地形，具古滑坡地貌特征。老滑坡的存在，是邊坡滑坡變形和破壞產(chǎn)生的地質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2從坡體地層結(jié)構(gòu)特征上看，場地覆土較厚，達(dá)10m左右，巖性為坡積亞黏土。下伏基巖風(fēng)化深度大，巖體破碎，對邊坡穩(wěn)定不利。巖層產(chǎn)狀與邊坡傾向近于一致，且不利結(jié)構(gòu)發(fā)育，對邊坡穩(wěn)定極為不利。上述脆弱的地質(zhì)背景和易滑地層結(jié)構(gòu)環(huán)境，是新滑坡產(chǎn)生的主要原因之一。

4.3該滑坡滑動帶主要依附于坡體內(nèi)部的砂土強(qiáng)風(fēng)化層的頂?shù)酌嬖杏桶l(fā)展，地下水的作用，也是該邊坡滑坡形成的主要因素之一。

4.4持續(xù)降雨是該邊坡滑坡產(chǎn)生變形破壞的主要誘發(fā)原因之一。大量雨水入滲坡體，地下水位抬高，空隙水壓上揚(yáng)，滑帶巖土有效抗剪強(qiáng)度顯著降低，惡化坡體穩(wěn)定。

4.5路塹開挖是邊坡滑坡產(chǎn)生變形破壞的直接誘發(fā)原因。由于路基挖方，坡腳失穩(wěn)，破壞邊坡的力學(xué)平衡，引起坡體內(nèi)應(yīng)力重分布，滑坡為牽引式滑坡。

5滑坡治理方案設(shè)計(jì)

5.1滑坡穩(wěn)定性分析與推力計(jì)算

在工程地質(zhì)勘察報(bào)告的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場踏勘和深部位監(jiān)測情況，分析該邊坡各級塊的穩(wěn)定性現(xiàn)狀，并以強(qiáng)度反算指標(biāo)為主，結(jié)合有關(guān)滑體及滑帶巖土的成果資料，綜合確定各級滑體巖土的強(qiáng)度指標(biāo)，分析并計(jì)算滑坡推力如下(見表1)。

5.2滑坡治理方案設(shè)計(jì)

5.2.1塹頂錨索抗滑樁工程設(shè)計(jì)

在路塹邊坡頂設(shè)置錨索抗滑樁一排，樁中間間距為6m，共計(jì)15根，樁截面為1.8×2.0m，樁長均為25m。每根樁頭設(shè)2孔錨索，錨孔向外偏斜2o～3o，單孔錨索設(shè)計(jì)荷載為1000Kn，鎖定荷載為800Kn，設(shè)計(jì)孔深為33m，設(shè)計(jì)錨固段長為12m，錨索為8束壓力分散型錨索，由4個單元錨索組成，每個單元錨索分別由2根無粘結(jié)鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體組成，鋼絞線為φ15.24mm，強(qiáng)度為1860MPa的高強(qiáng)度低松馳無粘結(jié)鋼絞線。錨索抗滑樁樁身結(jié)構(gòu)見圖1。

5.2.3邊坡錨索框架設(shè)計(jì)

在第二級坡面坡率為1:1.25時，設(shè)錨索框架加固，第二級共設(shè)15片錨索框架，每片框架設(shè)4孔錨索，上排錨索長28m，下排錨索長26m，設(shè)計(jì)荷載均為700Kn，錨固段長均為12m，錨孔傾角均為25°?？蚣芰翰捎肅25鋼筋混凝土，梁寬度400cm，厚度60cm，下部30cm嵌于坡面土體內(nèi)。錨索施工完畢后，要求框架內(nèi)采用TBS植草防護(hù)。

5.2.3坡腳擋墻工程和排水等工程

在邊坡第一級設(shè)坡腳擋墻加強(qiáng)支擋，以防止坡腳滑移變形破壞;在第一、二級坡腳各設(shè)一排仰斜式排水孔，以將滑坡體內(nèi)的地下水引排出坡體內(nèi)，降低地下水對邊坡的危害;同時在刷坡頂設(shè)置截水溝，引排地表水和地下水。

6邊坡加固工程施工技術(shù)及效果檢測

6.1土石方工程施工

要求嚴(yán)格按照從上到下的開挖施工順序逐級開挖，待上級邊坡錨固工程全部實(shí)施并產(chǎn)生加固作用后方可進(jìn)行下級邊坡的土石方開挖作業(yè)，逐級開挖，逐級加固，直至全部防護(hù)工程結(jié)束，確保坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。

6.2坡面錨索框架施工技術(shù)

預(yù)應(yīng)力錨索施工主要包括錨孔鉆造、錨筋制安、錨孔注漿、混凝土框架鋼筋制安、混凝土澆筑、錨孔張拉鎖定和驗(yàn)收封錨等工作流程。其中錨孔成孔和錨孔注漿是兩個主要環(huán)節(jié)，而錨孔成孔的技術(shù)關(guān)鍵是如何防止孔壁坍塌、卡鉆;注漿的技術(shù)關(guān)鍵是如何將孔底的空氣、巖(土)沉渣和地下水排出孔外，保證注漿飽滿密實(shí)，當(dāng)錨固段遇土質(zhì)或砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖層且富水時應(yīng)采用二次高壓劈裂注漿法來提高地層錨固力。

6.2.1預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

根據(jù)錨索的設(shè)計(jì)圖紙，按設(shè)計(jì)要求，將錨孔位置準(zhǔn)確測放在坡面上，孔位誤差不昨超過±5cm。

6.2.1.1鉆孔

1)錨索鉆孔要求干鉆，禁止開水鉆，以確保錨索施工不至于惡化邊坡巖體的工程地質(zhì)條件和保證孔壁的粘結(jié)性能。

2)錨孔下傾與水平夾角為15°，允許誤差±1°，為確保錨孔深度，實(shí)際鉆孔深度不小于設(shè)計(jì)長度且不大于設(shè)計(jì)長度的1%，當(dāng)有不可排出的松散物時，應(yīng)考慮散物所占據(jù)孔的深度。

3)鉆進(jìn)過程中應(yīng)對每個孔的地層變化，鉆進(jìn)狀態(tài)(鉆壓、鉆速)，地下水及一些特殊情況作現(xiàn)場記錄，如遇地層松散，破碎時，應(yīng)采用跟套管鉆進(jìn)技術(shù)，以使鉆孔完整不坍。

4)鉆孔的精度應(yīng)滿足以下要求:

鉆孔的孔徑不小于如下設(shè)計(jì)要求;錨索鉆孔在任何一個方向上的入口誤差不得大于2.5°;鉆孔在鉆進(jìn)長度方向上的孔斜偏差不宜大于鉆孔長度的1/30;鉆孔水平方向的誤差不應(yīng)大于50mm，垂直方向的誤差不應(yīng)大于100mm。此邊坡表層巖體破碎，錨孔傾角較小，坡體又很陡峻，建議采用潛孔沖擊鉆或旋轉(zhuǎn)鉆鉆進(jìn)，同時須備帶套管。

6.2.1.2壓水實(shí)驗(yàn)

為了保證在錨索注漿時注漿不從孔內(nèi)的裂縫中流失，就要對鉆孔的滲漏情況進(jìn)行確定，為此，在第一次成孔后和錨索推送前。應(yīng)對鉆孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)的水壓力一般不大于0.3MPa。

1)進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)時應(yīng)按巖層的不同特性劃分實(shí)驗(yàn)段，實(shí)驗(yàn)段長度宜5～10m;

2)實(shí)驗(yàn)的起始壓力、最大壓力和壓力級數(shù)按需要和現(xiàn)場情況確定;

3)應(yīng)在每10min的間隔記錄一次壓入水量，當(dāng)連續(xù)四次讀數(shù)的最大值或最小值與最終值之差小于最終值的5%時，該值即為該壓力下的最終壓入水量;

4)壓力應(yīng)由小到大逐級進(jìn)行，達(dá)到最大壓力后再由大到小逐級到起始壓力，并及時繪制壓力與壓入水量的相關(guān)圖;

5)當(dāng)測得鉆孔在0.1MPa的壓力下10min內(nèi)平均漏水量超過5L/min時，應(yīng)對鉆孔進(jìn)行預(yù)注漿;待注漿體固化后再進(jìn)行鉆孔并重復(fù)壓水實(shí)驗(yàn)，直到漏水量滿足要求為止;

6)當(dāng)有水從鉆孔滲出，且在鄰近巖體區(qū)域內(nèi)的節(jié)理裂隙中可看到滲水時，可不做壓水實(shí)驗(yàn)而直接進(jìn)行預(yù)注漿。

6.2.1.3錨索制作

1)錨索制作前應(yīng)對鉆孔實(shí)際長度進(jìn)行測量，并按孔號截取錨索體長度;鋼鉸線宜使用機(jī)械切割，不得用電弧切割，制作好的錨索應(yīng)按對應(yīng)孔號進(jìn)行編號;編束前，要確保每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，對有死彎，機(jī)械損傷處應(yīng)剔出。無粘結(jié)絞線外套PE管不得有破損。

2)錨索制作應(yīng)進(jìn)行防腐處理，鋼鉸線全長涂刷帶銹防銹劑，采用全長波紋套管防護(hù)。

3)錨索錨固段的隔離支架和束線環(huán)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場裝配情況而定，一般間距為0.6～1.0m;錨索自由段和錨固段外波紋套管周圍設(shè)對中支架，間距一般為1.5～2.0m，以保證鋼絞線順直。錨索頭部應(yīng)放有導(dǎo)向帽，以利穿索入孔。

6.2.1.4注漿

1)注漿材料為普通R42.5水泥，中細(xì)砂、砂漿強(qiáng)度≥40MPa。

2)采用孔底返漿進(jìn)行注漿，注漿管應(yīng)隨錨體一同送入孔底，在注漿時邊注邊拔，使注漿管始終有一段埋于注漿液中，直到注滿;當(dāng)孔中存在有積水時，注入的漿液會將積水全部排出，待溢出漿液的稠度與注入漿液的稠度一樣后再抽出注漿管，注漿壓力≥0.3MPa。

6.2.1.5張拉、鎖定

1)只有當(dāng)肋柱和注漿體達(dá)到預(yù)計(jì)強(qiáng)度后才能進(jìn)行錨索張拉，通過給錨索施加預(yù)應(yīng)力，使錨索主動受力，達(dá)到設(shè)計(jì)加固效果。采用小型千斤頂進(jìn)行單根對稱和分級循環(huán)張拉，可減少錨索的受力不均勻。張拉作業(yè)前必須對張拉機(jī)具設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，張拉機(jī)具應(yīng)與錨具配套。

2)張拉時，加載速率不宜太快，宜控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.1/min左右，達(dá)到每一級張拉應(yīng)力的預(yù)定值后，應(yīng)使張拉設(shè)備穩(wěn)定一定時間，在張拉系數(shù)出力值不變時，確信油壓表無壓力向下漂移后再進(jìn)行鎖定。卸荷速率宜控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.2/min左右。

3)錨索超張拉力為錨索設(shè)計(jì)拉力值的1.05倍，錨索張拉應(yīng)分次分級進(jìn)行，按對稱張拉原則進(jìn)行，必須待每根絞線張拉完一級后方可進(jìn)行下一級的張拉。依次按此進(jìn)行，直至張拉噸位。每次分級張拉時，除第一級需穩(wěn)定10～15min外，其余每一級需要穩(wěn)定2～5min，并分別記錄每一級鋼絞線的伸長量。張拉時鋼絞線受力要均勻。并做好分級紡線的標(biāo)記。錨具回縮等原因造成的預(yù)應(yīng)力損失采用超張拉的方法加以克服，超張拉值一般為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的5%～10%，其程序如下:張拉完成48h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失大于設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的10%時，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

4)在張拉時，應(yīng)采用張拉系統(tǒng)出力與錨索體伸長值來綜合控制錨索應(yīng)力，當(dāng)實(shí)際伸長值與理論值差別較大時，應(yīng)暫停張拉，待查明原因并采用相應(yīng)措施后方可進(jìn)行張拉。

5)張拉到位后，即鎖定。機(jī)械切除多余鋼絞線，嚴(yán)禁電割、氧割，并應(yīng)留≥10cm以防滑脫，最后用C20混凝土封錨。

6)根據(jù)此邊坡工程的特殊性，下坡體的張拉應(yīng)先對錨固坡體的絞線進(jìn)行張拉，等到樁板墻內(nèi)的填土到一定高度后再對肋柱上的錨索按從下到上的順序進(jìn)行張拉、鎖定、封錨。

6.3抗滑樁及樁頭錨索施工

樁坑開挖要按跳二挖一和從兩側(cè)向中間的施工順序施工，遇有坑槽積聚地下水時，應(yīng)采用井點(diǎn)降水，隨聚隨抽，采取有效可行的引排封堵等工程措施進(jìn)行永久處理，確?；A(chǔ)工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)整體安全，樁身采用C25混凝土澆筑，樁底先鋪10cm厚的混凝土后再進(jìn)行鋼筋制安，澆筑時不間斷，一次性完成。樁身質(zhì)量須按橋梁樁基標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，檢測合格后，施作并張拉樁頭錨索，抗滑樁實(shí)施完成錨索張拉后，方可向下開挖。

6.4高邊坡滑坡監(jiān)測及錨索預(yù)應(yīng)力檢測

本邊坡施工監(jiān)測采取深孔位移監(jiān)測，在滑坡主滑斷面布置5孔監(jiān)測孔，兩側(cè)各設(shè)1個輔助監(jiān)測斷面，每斷面設(shè)3孔。布置基本原則是:第一、三級坡頂設(shè)1孔，抗滑樁后一定距離設(shè)1孔，主滑斷面在現(xiàn)滑動范圍外的老滑坡內(nèi)設(shè)2孔，并應(yīng)盡可能利用補(bǔ)充勘探孔作為監(jiān)測孔。在錨索頭安裝測力傳感器，通過一年的觀測，測量結(jié)果已基本穩(wěn)定。同鎖定值比較，預(yù)應(yīng)力平均損失僅為3.51%，最大為4%，還有個別測力計(jì)測值略有增長，這表明邊坡錨固后是穩(wěn)定的。

7結(jié)語

綜上所述，路基高邊坡滑坡治理后，通過連續(xù)一年多的變形觀測和應(yīng)力觀測，滑坡體已處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明這種治理方案是成功可行的。預(yù)應(yīng)力錨索及框架梁施工工藝簡單、高效和安全，便于機(jī)械化施工，能有效降低對坡體的擾動;抗滑樁具有抗滑力強(qiáng)、適用條件廣泛、對滑坡的根治性能好等優(yōu)點(diǎn)。兩種支護(hù)加固體系的聯(lián)合應(yīng)用，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)支護(hù)加固方式的不足，并能取得顯著的工程經(jīng)濟(jì)效益。

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