巖土工程邊坡治理中的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)

彭云

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

在巖土工程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)滑坡、崩塌之類的地質(zhì)災(zāi)害。這類地質(zhì)災(zāi)害給工程質(zhì)量及安全帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，因而必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施對(duì)這類災(zāi)害的綜合預(yù)防和治理。預(yù)應(yīng)力錨索這一施工技術(shù)依托其操作之便捷在治理邊坡問(wèn)題中得到了廣泛的運(yùn)用。

1 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的概念分析

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)是一項(xiàng)使用得最頻繁的治理山體滑坡的技術(shù)方法。這一技術(shù)曾經(jīng)被列為“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目。預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)是向巖層傳遞力的一種支護(hù)手段，預(yù)應(yīng)力錨索可按照具體所規(guī)定的方向以及負(fù)荷大小將力從巖體表面?zhèn)鬟f到巖層深處，進(jìn)而使被加固的巖體受到一個(gè)有益的預(yù)壓應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在加固滑坡時(shí)的設(shè)計(jì)流程具體如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)流程框架圖

2 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在治理巖土工程邊坡中的現(xiàn)狀及技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

（1）技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀分析。對(duì)于巖土工程中頻頻出現(xiàn)的滑坡現(xiàn)象，假如不采取科學(xué)、有效的措施對(duì)這些邊坡進(jìn)行處理，就非常容易導(dǎo)致出現(xiàn)各類的災(zāi)難性的地質(zhì)災(zāi)害。一旦出現(xiàn)了各種地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，不僅會(huì)減緩工程施工的進(jìn)度，而且還會(huì)給人們的生命安全及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。對(duì)當(dāng)前很多工程的施工進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，邊坡穩(wěn)定是當(dāng)下很多工程面臨著最突出的一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)很多工程也在施工時(shí)加強(qiáng)了對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的探索，如采取坡率法以及傳統(tǒng)的擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)之類的技術(shù)方法進(jìn)行處理，但是在借助于這類技術(shù)進(jìn)行處理時(shí)也通常會(huì)遇到很多問(wèn)題和障礙，如在邊坡高度逐漸提升的情況下會(huì)造成施工成本的增加，與此同時(shí)，還會(huì)在無(wú)形中降低工程的穩(wěn)定性和可靠性。尤其是在邊坡高度高于正常狀態(tài)很多的情況下，繼續(xù)采取傳統(tǒng)的施工處理方法就變得極為困難。因而近年來(lái)很多工程施工針對(duì)此類問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)，引進(jìn)了預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，這樣能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)的滑樁和樁板結(jié)構(gòu)的缺陷和不足，并使這類工程施工結(jié)構(gòu)凸顯其優(yōu)勢(shì)，并極大地增加了其可靠性和安全性。從本質(zhì)上進(jìn)行分析，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)可被看成是一種能夠使支擋結(jié)構(gòu)和被支擋邊坡形成一大有機(jī)整體的具有復(fù)合型特點(diǎn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（2）技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析。預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)在以下幾大方面。其一，給錨索施加預(yù)應(yīng)力能夠較好地起到對(duì)巖土體形變進(jìn)行控制目的，進(jìn)而能使巖土本身的承受能力得以充分發(fā)揮。同時(shí)采用這一技術(shù)開(kāi)展施工還能起到有效減輕預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)重量這一目的，并利于更好地對(duì)工程造價(jià)和工程材料進(jìn)行控制。其二，借助于預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)還能較好減少在邊坡支護(hù)時(shí)的削坡量，如此能有效減少土方開(kāi)挖，并能減少對(duì)植被的破壞，同時(shí)還能達(dá)到有效保護(hù)環(huán)境這一目的。其三，使用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行施工所使用的設(shè)備非常便捷且操作簡(jiǎn)單，能起到較好地對(duì)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制。同時(shí)借助于這一技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)還可進(jìn)行分段施工，進(jìn)而減少由于施工失誤而引發(fā)出現(xiàn)的各類災(zāi)害。

3 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在治理巖土工程邊坡中的具體運(yùn)用

本文主要結(jié)合某一公路滑坡治理實(shí)例進(jìn)行分析，先分析出現(xiàn)滑坡的原因，然后詳細(xì)介紹預(yù)應(yīng)力錨索在路塹邊坡和地質(zhì)復(fù)雜下的應(yīng)用。

（1）邊坡現(xiàn)狀以及滑塌原因分析。①邊坡現(xiàn)狀分析。某道路在1k+938-2k+060段形成路塹邊坡，其中1k+938-1k+990邊坡上方為三層磚混結(jié)構(gòu)的辦公樓，墻體和坡面頂線距離是10m，2k+000-2k+060邊坡上方是單層框架結(jié)構(gòu)的廠房，墻體距坡面頂線僅有1.5m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查反映，這一邊坡在開(kāi)挖之后，在2k+040-2k+060之間的邊坡初期存在著少量泉水滲出的現(xiàn)象，以后上部土體滑動(dòng)形成滑坡。其滑動(dòng)方向都是從南向北（也就是從高處流向低處），滑坡面積約為3000m3，其滑距在2～5m，這一滑坡為土質(zhì)滑坡，滑坡體是次生紅粘土、含碎石次生紅粘土等，其目前規(guī)模是小型。②滑塌原因分析。對(duì)邊坡地層、地質(zhì)構(gòu)造、巖體性質(zhì)以及環(huán)境背景條件等因素進(jìn)行分析，滑坡發(fā)生的因素歸納為以下幾點(diǎn)。其一是對(duì)邊坡坡腳的切方是導(dǎo)致出現(xiàn)的最關(guān)鍵的原因。其二邊坡土層（包含紅黏土、碎石粉質(zhì)粘土和次生紅粘土）遇水變軟、吸水膨脹及失水收縮這些本身特性是導(dǎo)致出現(xiàn)土質(zhì)邊坡滑坡的內(nèi)因。其三自然雨水滲透及暴雨影響是導(dǎo)致出現(xiàn)滑坡的直接觸發(fā)因素。

（2）治理方案分析。借助于邊坡穩(wěn)定性計(jì)算機(jī)軟件找出最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置，具體如圖2所示。對(duì)這一邊坡工程的地質(zhì)和水文條件、環(huán)境控制條件以及周邊建筑進(jìn)行綜合分析，從導(dǎo)致邊坡滑塌的特性與范圍，規(guī)模與地形等條件分析，采用分級(jí)放坡刷方+抗滑樁+坡腰錨索格構(gòu)的組合方案。具體如圖3所示。考慮到邊坡巖土介質(zhì)的可變性、復(fù)雜性和不確定性，要想準(zhǔn)確地確定地質(zhì)勘查的參數(shù)就比較困難，同時(shí)，加上設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)理論具有類比性和經(jīng)驗(yàn)性，因而這一工程可采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法。

圖2

（3）抗滑樁工程和錨索格構(gòu)工程。①抗滑樁工程。在二級(jí)臺(tái)階的位置設(shè)置人工挖孔抗滑樁，借此來(lái)有效抑制邊坡出現(xiàn)深層滑動(dòng)。人工挖孔灌注樁的樁徑是φ1.5m，樁距是3.0m，樁長(zhǎng)是20m，冠梁采用1.6m×0.6m的規(guī)格，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)都是C30。②錨索格構(gòu)工程。在人工挖孔抗滑樁的頂部和邊坡第二刷坡和局部第三級(jí)刷坡處設(shè)置錨索格構(gòu)來(lái)加固。其錨索水平間距是3m，索孔直徑是φ150，錨索都是由強(qiáng)度高的低松弛沒(méi)有粘結(jié)的鋼絞線組成的，其抗拉強(qiáng)度是1860MPa。人工挖孔抗滑樁的頂部預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)采用六根鋼絞線，錨索長(zhǎng)度是24m，向下傾斜25°，錨固段長(zhǎng)度是15m，拉力特征值是400kN。第二級(jí)刷坡預(yù)應(yīng)力錨索采用四根鋼絞線，錨索長(zhǎng)度是15m，向下傾斜25°，錨固段的長(zhǎng)度是9m，拉力特征值是250kN。第三級(jí)刷坡的預(yù)應(yīng)力錨索所采用的是四根鋼絞線，錨索的長(zhǎng)度是12m，向下傾斜25°，錨固段長(zhǎng)度是9m，拉力特征值是250kN。

圖3

（4）對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。遵照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》。具體可將這一工程項(xiàng)目的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算大體分為以下三種工況類型。其一是常規(guī)工況，這一工況主要是對(duì)巖土邊坡所處的天然狀態(tài)加以考慮。其二是非常規(guī)工況。這一工況又可進(jìn)一步分為以下兩種情況。其一是巖土邊坡在暴風(fēng)雨?duì)顩r下或者持續(xù)降雨的時(shí)期的具體工況。其二是在地震等荷載作用狀態(tài)之下的實(shí)際工況。對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)確保其穩(wěn)定安全系數(shù)滿足表1所規(guī)定的安全系數(shù)要求。同時(shí)結(jié)合土層參數(shù)得出表2所示結(jié)果。（注：滑動(dòng)面1是軟件自動(dòng)搜素最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面，滑動(dòng)面2～5是自定義的滑動(dòng)面）

表1 工程項(xiàng)目路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)表

表2 各工況安全系數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)邊坡樁錨結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)，錨索設(shè)計(jì)采用上述方法更為簡(jiǎn)便、實(shí)用。預(yù)應(yīng)力錨索借助特殊手段將鋼絞線變成錨索能改變巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，并提升巖土體的穩(wěn)定性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王清標(biāo).預(yù)應(yīng)力錨索錨固力損失機(jī)理及其監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2015：112.

[2]羅方正, 梁亞華. 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索擋墻技術(shù)在南寧軌道車輛段地下工程中的應(yīng)用[J].建筑施工,2016,38(9):1198-1200.