粘性土滑坡背景下預應力錨索施工風險及預防處理措施研究

余楓璞

（廣東晉華建設工程有限公司,廣東 梅州 514400）

粘土的土體結(jié)構(gòu)研究不僅僅限于微觀結(jié)構(gòu)方面,還包括各種宏觀結(jié)構(gòu),粘性土的滑坡現(xiàn)象就是其主要的宏觀表現(xiàn)之一。在20 世紀40 年代,預應力錨索加固技術(shù)開始被廣泛運用于建筑結(jié)構(gòu)和大型工程結(jié)構(gòu)的加固和修繕中。然而,這種傳統(tǒng)的預應力錨索加固技術(shù)存在一定的問題,例如加固力度、耐久性和施工過程繁瑣等問題。鋼絲是預應力錨索加固技術(shù)重要組成部分,高強度預應力鋼絲技術(shù)的出現(xiàn),使得加固效果更加突出。高強度預應力鋼絲技術(shù)可以提高預應力錨索的強度和剛度,進而提高加固結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。預應力錨索加固技術(shù)的發(fā)展使得工程建設中的效果更可靠、更經(jīng)濟、更安全,這將為未來巨大的橋梁工程、道路隧道、高層建筑、邊坡支護等方面建設和安全運行發(fā)揮重大作用。

目前國內(nèi)外對非粘性土的滑坡治理已經(jīng)有了較為深入的研究,但關于粘性土的滑坡治理沒有形成完整的體系,此次研究將對粘性土滑坡狀態(tài)下的預應力錨索施工風險及預防處理措施進行研究。我國分布的上第三系裂隙化硬粘土是成分、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)都不穩(wěn)定的地質(zhì)體,因此深入認識粘性土的工程性狀及預應力錨索施工風險及預防處理措施對地質(zhì)災害的防治具有重要的意義[1]。

1 工程概況

1.1 工程地理位置及擬定的預應力錨索設計

巖前水庫位于廣東省梅州市五華縣河東鎮(zhèn)大嵩村巖前村,距離五華縣城13 km。巖前水庫工程等別為Ⅲ等,工程規(guī)模為中型工程,永久性主要水工建筑物（包括大壩、溢洪道、輸水涵管）級別為3 級,次要建筑物級別為4 級。水庫工程永久性主要水工建筑物洪水標準采用50 年一遇洪水設計、1000 年一遇洪水校核；溢洪道消能防沖建筑物設計洪水標準為30 年一遇[2]。

本方案內(nèi)容主要為左岸滑坡體處理預應力錨索施工。本工程預應力錨索共35 根,均采用5 束7φ5 鋼絞線,與水平面夾角30 度,水平間距3.0 m,均長度43 m,自由段8 m,成孔直徑不小于150 mm。采用干鉆施工工藝成孔,以減小鉆孔時水對邊坡產(chǎn)生的不利影響,單根錨索設計抗拉值為450 kN,預應力值250 kN。

1.2 粘性土勘察報告

根據(jù)初設報告地質(zhì)篇描述,水庫左岸滑坡體山脊較單薄,山脊高程235 m～245 m,邊坡較陡,坡下為溢洪道進口。按滑坡物質(zhì)組成劃分為粘性土滑坡,按引起滑坡的動力性質(zhì)劃分為牽引式滑坡,據(jù)調(diào)查滑坡體還存在滑移跡象。根據(jù)鉆孔揭露表明,邊坡主要巖性有第四系坡殘積層和燕山晚期的粗?；◢弾r,現(xiàn)由上至下分述見表1。

2 預應力錨索施工

2.1 坡面修整

坡面采用人工配合挖掘機修整,隨開挖的下降及時進行清坡,機械開挖時,應預留保護層,再人工進行保護層開挖。

2.2 測量放樣

按設計要求,采用GPS 精確測放孔位,使用角度尺確定鉆孔角度。

2.3 設備安裝就位

設備的安裝要根據(jù)前期預應力錨索控制點位進行復核,鉆機的位置需要根據(jù)操作平臺的大小、位置完成固定,確保符合設計要求。

粘性土滑坡下的預應力錨索施工中,鉆孔是其重要的一步,施工過程中需要預先根據(jù)粘性土層的性質(zhì)、預應力錨索的孔徑、設計深度和場地施工條件對鉆孔的機械進行選擇,在這個過程中需要完整的表達鉆孔需求。

2.4 鉆孔

按照設計要求,錨孔鉆進采用干鉆,以減小鉆孔時水對邊坡產(chǎn)生的不利影響。鉆孔速度根據(jù)使用鉆機性能和錨固地層嚴格控制,防止鉆孔扭曲和變徑,造成下錨困難或其它意外事故。

為了確保在實踐中使用的鉆孔直徑滿足要求,直徑不應小于孔的設計值。為了確保鉆頭的深度,實際挖掘深度必須超過設計深度0.5 m 以上。

2.5 錨孔檢驗

錨孔的檢驗必須在監(jiān)理工程師在場的情況下進行檢驗,檢驗過程中監(jiān)理工程師全程旁站,主要觀察錨孔鉆挖過程中是否會出現(xiàn)鉆頭抖動或者幅度較大的沖擊現(xiàn)象,當錨孔打入較深孔洞后需要流暢進入,并且不能夠發(fā)生頓挫,使用專業(yè)工具檢驗時空洞內(nèi)部不能存在水體滲流、殘渣飛濺的情況。鉆孔結(jié)束后需要總監(jiān)理工程師簽字蓋章后才能夠進入下一步工序。鉆孔結(jié)束后的檢查主要包括檢查孔洞位置是否為設計位置、孔洞的角度是否發(fā)生了大位移偏轉(zhuǎn),這些問題全部檢驗合格后才算是完成錨孔檢驗,土壓力及位移包絡圖見圖1。

圖1 土壓力及位移包絡圖

2.6 錨索設計參數(shù)選取及安裝施工

（1）錨索設計要求

由于本次設計所用的預應力錨索為單束自適應預應力錨索,很適合軟巖大變形支護施工設計。錨索按設計要求每根采用5 束7Φ5 鋼絞絲,單根錨索設計抗拉450 kN,預應力250 kN,綜合取錨索自由段長度為7 m,具體的錨索設計平面和剖面圖分別見圖2、圖3。

圖2 預應力錨索設計平面圖

圖3 預應力錨索設計剖面圖

（2）錨索制作

錨索按設計的錨固段、自由（張拉）段、鎖定頭的長度和結(jié)構(gòu)要求制作。

3 施工風險及預防處理措施

3.1 灌漿管堵塞風險及預防處理

由于粘性土灌漿時將產(chǎn)生橫向切應變,土粒間的擾動較大,大顆粒的粘性土可能會把灌漿口堵塞；另一方面因粘性土含水量較大,灌漿的同時毛細水壓力不斷上升,此過程也可能會造成灌漿管堵塞,特別是在二次灌漿的時候。為了預應力錨索灌漿時灌漿管不堵塞,施工過程中可以采取以下措施預防此情況的發(fā)生：

1）孔道是否干凈、表面是否有沉積物是保證灌漿管不堵塞的重要因素,所以在進行灌漿前需要對灌漿管進行清理,可以使用與護壁相同的泥漿進行沖洗。

2）若在灌漿的過程中已經(jīng)產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的堵塞,這時候可以采取增加回漿管的方式對已堵塞的灌漿管進行處理,漿管內(nèi)的壓力增大,減少粘性土毛細水壓力的影響。

3）在灌漿的過程中需要始終觀察灌漿液體的溫度和重度是否滿足設計要求,并通過灌漿管上的壓力傳感器監(jiān)測館內(nèi)的壓力是否能夠滿足要求。

3.2 錨索張拉伸長值超標風險及預防處理

錨索的張拉是工程建設和維護中極為重要的工作。錨索張拉的過程中,如果伸長值超標,就會存在風險,需要采取措施進行預防和處理。

（1）在錨索張拉的過程中,如果出現(xiàn)伸長值超標的情況,可能會導致錨固體的受力狀態(tài)發(fā)生改變,可能導致錨固點和周圍結(jié)構(gòu)受到破壞。

（2）為了防止錨索伸長值超標,需要采取以下預防措施：

1）錨固體的結(jié)構(gòu)設計應嚴格按照規(guī)范進行,提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2）在錨索張拉之前,需要對錨固點和結(jié)構(gòu)進行認真檢查,確保結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài),沒有受損和變形。

3）進行錨索張拉過程中需要對錨索伸長值進行實時監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,應立即采取應對措施。

（3）出現(xiàn)錨索伸長值超標的情況,需要采取以下處理方法：

1）停止錨索張拉工作,停止施工作業(yè)。

2）對錨索伸長值進行數(shù)據(jù)分析和處理,尋找超標的原因。

3）對超標部位進行強化加固或更換。

4）重新進行錨索張拉和監(jiān)測,確保施工質(zhì)量和安全性。

3.3 錨索夾片滑動或鎖定回縮量超標風險及預防處理

并不是所有的錨具在出廠后都能夠保證符合要求,在施工的過程中也不是所有的錨具都會檢查,實際操作時往往采取的是錨具抽查,這種情況下有些不符合使用要求的錨具在使用的過程中會發(fā)生錨索夾片滑動的現(xiàn)象。處理這種現(xiàn)象最好的方法就是卸荷后更換張拉錨具,選擇滿足要求的同型號錨具重新張拉,張拉前需要對錨具進行檢查。另一方面,為從根源避免在加荷的過程中若出現(xiàn)夾片滑動且無法卸荷的情況,建議在每次使用錨具之前進行應力檢查。

預應力錨索是由多股鋼絞線纏繞而成,使用過程中難免會發(fā)生鋼絞線不達標或者受到了粉塵污染的情況,這種情況發(fā)生后會造成鎖定回縮量超標,為避免類似情況的發(fā)生,我們需要根據(jù)實際張拉情況設置單根鋼絞線補償張拉。

3.4 錨索張拉段灌漿異常風險及預防處理

預應力錨索的施工過程常會出現(xiàn)坡面漏漿、管道異常的情況,一般使用多次灌漿、單孔灌漿、封堵裂縫、延長施工時間等。但在一般情況下預應力錨索的孔洞施工只進行一次,多次施工可能會避免一些異常情況的出現(xiàn),但是會花費更多的人力、物力和財力,最后施工進度也被拖延,經(jīng)濟效益不高。我們提出了一種既能夠提升經(jīng)濟效益還能夠減少灌漿次數(shù)的方法：在某次灌漿后發(fā)現(xiàn)并不能夠滿足設計要求時,將灌漿使用的泥漿液提升細度,從而改變灌漿的可灌性。

若粘性土周邊孔洞承壓能力有限,使用大面積灌漿時有發(fā)生滑坡、傾覆的風險,這是因為大面積灌漿改變了坡體原有的力學平衡條件,且粘性土受力狀態(tài)復雜,一旦發(fā)生破壞將引起災難性損失,所以建議在粘性土滑坡背景下預應力錨索施工盡可能使用單孔單灌,保證整體穩(wěn)定。

4 結(jié)論

粘性土發(fā)生滑坡后將造成比非粘性土滑坡更大的災害,本文結(jié)合五華縣巖前水庫除險加固工程,總結(jié)分析了灌漿管堵塞、錨索張拉伸長值超標、錨索夾片滑動或鎖定回縮量超標和錨索張拉段灌漿異常風險的成因,并給予了幾種風險預防措施,能夠為以后的工程提供參考。目前粘性土滑坡背景下預應力錨索尚處于深入探索階段,在理論、設計、施工等方面還需要開展大量的研究工作,雖然本文對其進行了初步探討。但由于內(nèi)容涉及面廣,因此未能完全的解決施工中可能發(fā)生的問題,在以后的研究中將加以補充。