預(yù)應(yīng)力錨索在滑坡中的應(yīng)用

李才琴

摘 要：滑坡在我國是一種較為常見的自然災(zāi)害，對滑坡區(qū)人們的生命與財(cái)產(chǎn)形成了巨大的威脅，每年由于滑坡所造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估量，對于預(yù)應(yīng)力錨索在滑坡治理過程的應(yīng)用進(jìn)行了研究，包括預(yù)應(yīng)力錨索的組成與力學(xué)原理、滑坡治理過程中預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)包括各種預(yù)應(yīng)力錨索參數(shù)的計(jì)算，并對預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意的問題進(jìn)行了探討，為預(yù)應(yīng)力錨索在治理滑坡中的應(yīng)用推廣提供了有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：滑坡；預(yù)應(yīng)力錨索；治理；設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力錨索是近年來在防治滑坡的技術(shù)，該技術(shù)在治理滑坡具有較好的效果，一般將該環(huán)節(jié)作為預(yù)防滑坡工程的主體。預(yù)應(yīng)力錨索是從預(yù)應(yīng)力錨桿的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，但是相比預(yù)應(yīng)力錨桿來講，預(yù)應(yīng)力錨索能夠承受的預(yù)應(yīng)力要比預(yù)應(yīng)力錨桿更大。且預(yù)應(yīng)力錨索由多個自由段組合而成，結(jié)構(gòu)合理，性能更好。預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)是從國外引入，在該技術(shù)引入后在預(yù)防滑坡的過程中發(fā)揮了巨大的作用，且得到了較為廣泛的應(yīng)用，特別是在治理滑坡、邊坡以及危險巖體以及加固等方面，相對于傳統(tǒng)的技術(shù)具有較大的技術(shù)優(yōu)勢。目前國內(nèi)治理滑坡過程中已經(jīng)有多個項(xiàng)目應(yīng)用該技術(shù)，具備了一定的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

1 預(yù)應(yīng)力錨索組成與原理

預(yù)應(yīng)力錨索組成部分包括錨固部分、自由段部分以及緊固頭三個主要的部分組成，錨墩、鋼板墊以及錨具是緊固頭的主要組成部分。錨固部分指的是固定于巖土中的錨索的部分，在對滑坡加固的過程中要保證滑面下部的錨索能夠滑動。采取灌漿的方式使錨孔與巖壁緊密的結(jié)合在一起，最終使得具有錨孔的巖體成為預(yù)應(yīng)力的主要承載者。自由段則是指穿過加固之后巖土孔洞的錨索部分，也就是所說的錨索段，通過這種組合的方式錨索能夠在保護(hù)套中自由的伸縮，能夠有效的傳遞預(yù)應(yīng)力，在具有一定預(yù)應(yīng)力的情況下，會導(dǎo)致自由段部分的巖土與滑坡體的受力，而起到穩(wěn)定滑坡的作用。

鋼筋混凝土是緊固頭低層主要結(jié)構(gòu)，為厚板形狀，錨固段的應(yīng)力的主要承擔(dān)者。畢竟錨墩的強(qiáng)度是有限的，因而需要在錨墩上增加鋼板，使得錨墩的承載面積增加進(jìn)而減少單位面積上的壓力值。鋼板上具有鎖定錨索的裝置。根據(jù)錨索的結(jié)構(gòu)，可以將作用于錨墩的預(yù)應(yīng)力分解為水平方向上的滑動力，與滑動方向相反的抗滑動力，以及垂直于滑動平面的壓力。因而可以將錨索所提供的力看做是三個分量的矢量和。

2 滑坡預(yù)防中預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

在滑坡錨索設(shè)計(jì)的過程中首先要確定滑坡的抗剪強(qiáng)度。一般通過對滑坡的勘察，確定滑坡的范圍，滑動面，以及滑坡的體積容量等重要參數(shù)，但是在計(jì)算滑坡下滑力的過程中，考慮到成本、設(shè)備與其他因素等往往無法通過大面的野外試驗(yàn)來獲取。但是室內(nèi)的巖體的抗剪強(qiáng)度往往不能夠與滑坡的滑動面的抗剪強(qiáng)度聯(lián)系起來，因而很難找到理論或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠慝@取滑坡面的抗剪強(qiáng)度。因而在實(shí)際的計(jì)算過程中，參數(shù)粘聚力和內(nèi)摩擦角都是通過反推法來進(jìn)行估計(jì)的。對于滑坡下滑力的計(jì)算，一般要選取滑坡具有代表性的斷面，結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得到的參數(shù)，來計(jì)算滑坡的下滑力。

然后需要確定錨固力以及預(yù)應(yīng)力的張力。主要是結(jié)合滑坡寬度以及滑坡的錨固力參數(shù)計(jì)算最下一排錨索的下滑力?？紤]到預(yù)應(yīng)力筋、地層以及錨索壓縮效應(yīng)，所得到的錨固力一般與預(yù)應(yīng)力的數(shù)值是不等的，錨固力要能彌補(bǔ)預(yù)應(yīng)力損失的數(shù)值。由于施工條件與滑坡性質(zhì)的不同預(yù)應(yīng)力損失的數(shù)值也會有所不同，一般該數(shù)值不會超過總的應(yīng)力的25%。

下傾角的計(jì)算。下傾角為錨索和水平面之間的夾角，錨固力的計(jì)算需要確定錨索與水平面之間的夾角，在滿足安全性的前提下考慮到經(jīng)濟(jì)性，可以對單位長度能夠提供最大應(yīng)力時的下傾角進(jìn)行計(jì)算。

對錨固段的位置進(jìn)行確定，計(jì)算其長度。錨索部分的錨固段要伸入到滑坡面下部的巖土中。由于擴(kuò)散角的存在，錨固段應(yīng)該與滑坡面的下端離開一定的距離，進(jìn)而使得錨索之間的滑坡面都能夠收到擠壓力。而與應(yīng)力大小、錨索與砂漿以及與孔壁之間的粘合力是確定錨索長度的考慮因素，一般情況下錨索與砂漿之間的粘合力較大，因而可以根據(jù)預(yù)應(yīng)力的數(shù)值，以及砂漿與孔壁之間的粘合力來確定錨索的長度。

在上述參數(shù)計(jì)算完畢之后，可以計(jì)算出錨索中所需要鋼絞線的數(shù)量，以及錨索的間距和錨墩尺寸參數(shù)等。錨索應(yīng)該按照排列的方式進(jìn)行布置，由于錨固段以及錨墩存在著應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象，因而滑坡的全體會受到兩個方向的壓力，因而其形變受到相應(yīng)的約束。在這個過程中巖土的力學(xué)性質(zhì)也得到改善，巖土的抗剪強(qiáng)度會得到增強(qiáng)，與傳統(tǒng)的預(yù)防滑坡的方式相比，預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)在預(yù)防滑坡方面具有較為明顯的優(yōu)勢。

在錨索設(shè)計(jì)的過程中，抗剪強(qiáng)度、滑坡面下滑力、鋼絞線以及錨固段長度等參數(shù)都會在一定程度上影響整個預(yù)應(yīng)力錨索系統(tǒng)的安全性，其中系統(tǒng)的安全性對滑坡下滑力參數(shù)最為敏感?？辜魪?qiáng)度計(jì)算的過程中沒有考慮到應(yīng)力施加后的狀況，在預(yù)應(yīng)力施加以后，滑坡會受到兩個方向上的壓力，在這個過程中巖土的力學(xué)性質(zhì)會得到一定程度上的改善，如果將抗剪強(qiáng)度參數(shù)改為改善之后的參數(shù)，那么系統(tǒng)的安全性就會得到加強(qiáng)。預(yù)應(yīng)力損失是由鋼絞線松弛以及地層的壓縮和錨索的位移造成的，因而在施工的過程中需要選擇剛度較強(qiáng)的鋼絞線以及尺寸較大的錨墩，通過這種方式來提高預(yù)應(yīng)力錨索系統(tǒng)的安全系數(shù)。

3 預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用實(shí)例

3.1 滑坡區(qū)域概況

滑坡位于宜良縣北羊街谷地邊緣，總體地形西高東低，地形坡度25°～50°，屬剝蝕中山滑坡地貌，由于村莊建房、修路的開挖，在村莊內(nèi)及后緣形成不同標(biāo)高的臺階，總體呈階梯狀，臺階高3～5m，個別陡坎高約6m，陡坎角度多近于直立，陡坎方向與坡向基本一至。橫山村滑坡厚約8.50m，長135m，寬90m，體積約103275m3。滑坡屬“淺層中型推移式土體”滑坡。

3.2 滑坡特征

滑體物質(zhì)為第四系殘坡積層粘土、粉質(zhì)粘土及含角礫碎石粘土、粉質(zhì)粘土組成，揭露厚度8.20m，呈褐紅色、褐黃色為主，稍濕-濕、可-硬塑狀，結(jié)構(gòu)松散，上部土質(zhì)較均勻，含少量角礫、碎石；下部土質(zhì)不均勻，含角礫20～30%。

滑帶為土巖結(jié)合面，即粉質(zhì)粘土與強(qiáng)-全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的結(jié)合面，呈淺黃、褐黃色夾雜褐紅色，稍濕～濕、可塑狀，局部夾雜角礫碎石，土質(zhì)稍均勻?；仓饕獮閺?qiáng)-全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖和中風(fēng)化砂泥質(zhì)灰?guī)r組成。巖心以碎塊狀居多，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石總體較破碎，全～強(qiáng)風(fēng)化。

滑坡區(qū)地層連續(xù)性較好，巖體裂隙發(fā)育，滑坡區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂、褶皺等構(gòu)造。水文地質(zhì)條件簡單，滑坡區(qū)內(nèi)及周邊無泉水出露?？拐鹪O(shè)防烈度為Ⅷ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.30g。

3.3 滑坡區(qū)預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算，該滑坡天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在降雨、地震等不利條件下，該滑坡處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，綜合現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，該滑坡極易于發(fā)生在此失穩(wěn)破壞，失穩(wěn)后對橫山村造成危害，其后果較嚴(yán)重。

結(jié)合現(xiàn)場地形及滑坡推力的計(jì)算，選擇在滑坡區(qū)的前緣及中部設(shè)置4排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長度14.0m～18.0m，錨索傾角均為25°，孔徑為150mm，具體詳見圖1，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)圖。

錨索采用高強(qiáng)度，低松馳φ15.20鋼絞線制作，鋼絞線強(qiáng)度1860Mpa；錨具采用QM15-5型預(yù)應(yīng)力錨固體系，錨索的設(shè)計(jì)抗拔力為600KN。壓漿材料使用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，注漿用0.45～0.50的純水泥漿。

3.4 施工后治理效果

在選擇工程手段時，要充分考慮滑坡的特征、地形條件、施工條件等，因地制宜，防治措施以錨索框格梁位主，截排水措施為輔。結(jié)合實(shí)際地形、地層巖性、滑坡地質(zhì)災(zāi)害分布情況合理布設(shè)防治工程，以便發(fā)揮防治工程的最大作用，治理后的效果保持原地形地貌，可以在坡面上種植植物，恢復(fù)植被滑坡。已經(jīng)經(jīng)歷了兩個水文年，從后期監(jiān)測的結(jié)果看，滑坡未見變形，治理效果較好。

4 結(jié)語

相對于傳統(tǒng)的滑坡治理技術(shù)預(yù)應(yīng)力錨索裝置在經(jīng)濟(jì)性、安全性上都有較強(qiáng)的優(yōu)勢，通過幾十年的滑坡治理技術(shù)來看，滑坡技術(shù)經(jīng)歷了多個技術(shù)發(fā)展階段直到目前的預(yù)應(yīng)力錨索滑坡系統(tǒng)。雖然目前預(yù)應(yīng)力錨索滑坡治理技術(shù)還沒有得到大面積的應(yīng)用，但是可以預(yù)見在該技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性、安全性基礎(chǔ)上必將得到大范圍的推廣與應(yīng)用。并且隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與進(jìn)步，多種方式協(xié)同性地滑坡治理與監(jiān)測技術(shù)必將為我國滑坡的治理與監(jiān)測提供更多的技術(shù)途徑，保障滑坡區(qū)人們的生命與財(cái)產(chǎn)的安全。

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