預(yù)應(yīng)力錨索加固方案在高邊坡中的應(yīng)用

劉偉 郭明

1 工程概況

王良寺經(jīng)濟(jì)適用窯小區(qū)大型滑坡位于陜西省延安市寶塔區(qū)橋溝鎮(zhèn)東十里鋪村?；麦w平面呈一舌形,上窄下寬,上厚下薄,上緩下陡?？傮w形狀呈北高南低,兩側(cè)高中間略低?；婵傮w傾向東南,傾角呈上緩下陡。

《延安市王良寺經(jīng)濟(jì)適用窯小區(qū)場(chǎng)地滑坡工程地質(zhì)勘察報(bào)告》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《勘察報(bào)告》)認(rèn)為,該滑坡發(fā)育于晚更新世時(shí)代,為河流侵蝕、雨水、地下水等共同作用下形成的,勘察時(shí)該滑坡整體上已固化,無(wú)失穩(wěn)變形跡象。但滑坡后部斜坡穩(wěn)定性較差(穩(wěn)定系數(shù)1.013～1.091 2),在暴雨等不利條件下可能導(dǎo)致坡體的局部失穩(wěn),應(yīng)對(duì)其進(jìn)行治理。

該滑坡滑帶土巖性相對(duì)復(fù)雜,前緣滑帶土形成于基巖面上,巖性為碎石土,為砂泥巖強(qiáng)風(fēng)化帶在上部巨大的滑坡推力作用下形成,土體呈層狀,顏色為黃綠、灰綠色細(xì)粒物質(zhì),有定向排列趨勢(shì),多見(jiàn)鏡面擦痕;中后部滑帶形成于黃土中,滑帶土為粉土或粉質(zhì)黏土,多呈黃褐色,擠壓錯(cuò)動(dòng)明顯。土體力學(xué)參數(shù)為:上層厚約65 m的土體重度為γ=16 kN/m3,粘聚力C=25 kPa,內(nèi)摩擦角φ=18°;下部厚約50 m的土體重度為 γ=18 kN/m3,粘聚力C=31 kPa,內(nèi)摩擦角 φ=23°?；w厚度以中間最大,為 9.50 m～17.60 m,前部及后部稍小,為3.00 m～10.00 m,平均厚度為12.0 m,滑坡總體積約為80萬(wàn)m3。目前滑坡后緣已形成一條長(zhǎng)度100余米,寬度1 cm～6 cm,與老滑坡后壁近于平行的弧形貫通裂縫,說(shuō)明該邊坡已被人為改變形態(tài)而整體復(fù)活[1]。

2 工程治理方案設(shè)計(jì)

2.1 工程治理方案的思路

1)本滑坡為一大型黃土老滑坡,被人為不適當(dāng)開(kāi)挖引發(fā)復(fù)活,滑坡后部寬約130 m,前部寬約270 m,南北長(zhǎng)約350 m。坡體中部及前部為擬建的經(jīng)濟(jì)適用窯小區(qū),8排24幢房屋,建成后將有千余人入住,依據(jù)GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范,其安全等級(jí)應(yīng)為Ⅱ級(jí)。2)本滑體中后部被人為取土和場(chǎng)地平整開(kāi)挖近20 m寬,形成10 m～20 m的陡坡且已將土方棄于場(chǎng)外。如將加固支擋工程布置在主推力以下位置,坡體后部會(huì)產(chǎn)生越頂剪出破壞,不能滿足上部剪出的安全要求(穩(wěn)定系數(shù)1.008),而土方回填“壓腳”必將會(huì)影響擬建場(chǎng)地的利用,且還需從場(chǎng)外運(yùn)土夯實(shí)、碾壓處理等,其費(fèi)用較大?；w后緣上方為40°的山體陡坡,大量削坡又會(huì)危及上部山體。3)由上述情況不難看出若對(duì)該滑坡“砍頭”“壓腳”均難以做到經(jīng)濟(jì)合理且不破壞地質(zhì)環(huán)境的最佳程度。理想的方案應(yīng)是既保證坡體的整體穩(wěn)定性又能防止坡體的局部剪出。故治理方案的思路與技術(shù)措施應(yīng)是“地表排水、滑體后部推力段依勢(shì)適度削坡和在阻滑段適當(dāng)位置布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索”的綜合加固方案。4)每隔20 m寬在各級(jí)坡面中部設(shè)置1個(gè)固定變形觀測(cè)點(diǎn),用于以后的變形觀測(cè),為設(shè)計(jì)變更提供可靠的反饋信息。

2.2 工程治理方案說(shuō)明

1)截、排水工程。上部截水溝依滑坡后壁走勢(shì)布置,內(nèi)截面尺寸為700 mm×500 mm,長(zhǎng)度約200 m;坡體上排水溝布置在每階削坡下緣的平臺(tái)上,內(nèi)截面500 mm×500 mm;排水溝的縱向坡率為 0.5%,中間高,東、西側(cè)低。坡體水流向兩側(cè)分流,材料采用漿砌片石,等級(jí)為M10。2)削坡工程。削坡工程充分利用黃土局部直立性能好的特點(diǎn),分級(jí)削坡:第一級(jí)坡率為 1∶1.25,坡高32 m,分為四個(gè)臺(tái)階,每個(gè)臺(tái)階高8 m;第二級(jí)坡率為 1∶1,坡高12 m;第三級(jí)坡率為 1∶0.8,坡高12 m。兩級(jí)削坡間設(shè)4 m寬平臺(tái)。削坡土方回填于下面坡腳,既可減少土方量又可適當(dāng)壓腳。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

依據(jù)《勘察報(bào)告》所給出的邊坡土體力學(xué)參數(shù)和設(shè)計(jì)邊坡剖面形狀,運(yùn)用簡(jiǎn)化Janbu法計(jì)算出設(shè)計(jì)邊坡最危險(xiǎn)滑移面和安全系數(shù)。根據(jù)不同坡率分為三級(jí)邊坡設(shè)計(jì)錨索,設(shè)計(jì)邊坡安全系數(shù)為1.25(GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范),錨索與破壞面的夾角為60°,每根預(yù)應(yīng)力錨索的自由段應(yīng)穿過(guò)最危險(xiǎn)滑移面[3]。

1)第一級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)。

本級(jí)邊坡坡率為1∶1.25,本級(jí)邊坡錨索所需的錨固力約為:

本級(jí)邊坡從51 m標(biāo)高到112 m標(biāo)高,高61 m,滑面長(zhǎng)約115 m。按滑面長(zhǎng)每5 m設(shè)1層錨索,共23層錨索,按每4 m寬布置一排,那么單根錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值為:

2)第二級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)。

本級(jí)邊坡坡率為1∶1,同理可知本級(jí)邊坡錨索所需的錨固力約為:

本級(jí)邊坡從43 m標(biāo)高到51 m標(biāo)高,高8 m,滑面長(zhǎng)約12 m,按滑面長(zhǎng)每4 m設(shè)一層錨索,共3層錨索,按每3 m寬布置一排,那么單根錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值為:

3)第三級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)。

本級(jí)邊坡坡率為1∶0.8,同理可知本級(jí)邊坡錨索所需的錨固力約為:

本級(jí)邊坡從35 m標(biāo)高到43 m標(biāo)高,高8 m,滑面長(zhǎng)約10 m,按滑面長(zhǎng)每3.3 m設(shè)一層錨索,共3層錨索,按每3 m寬布置一排,那么單根錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值為:

2.4 錨固段長(zhǎng)度的計(jì)算

錨索采用7φ 15.24 mm的壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索,桿體D=150 mm,A=255 cm2,鋼絞線E=2×105MPa,A=78.4 cm2,注漿體E=1.5×104MPa,A=176.6 cm2,則錨索體綜合彈性模量E=4.2×104MPa,截面積A=255 cm2,取土層中側(cè)摩阻剛度系數(shù) λ=5 MPa。

實(shí)際工程中采用:第一級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)張拉級(jí)別為500 kN級(jí);第二,三級(jí)邊坡設(shè)計(jì)張拉級(jí)別為400 kN級(jí),錨固段長(zhǎng)度為:La1=La2=La3=14.0 m。

[1]陜西工程勘察院.關(guān)于陜西省延安市王良寺經(jīng)濟(jì)窯小區(qū)滑坡巖土勘察報(bào)告(初勘、祥勘)[R].2005.

[2]GB 50010-2002,土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[3]張發(fā)明,劉漢龍,趙維炳.預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡的設(shè)計(jì)實(shí)例[J].巖土力學(xué),2000(6):179-180.

[4]陳 文.預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡防護(hù)中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(15):100-102.