發布時間：2013-05-06所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 主要介紹了預應力錨索抗滑樁技術，對其抗滑機理、受力特點、設計原則、設計流程及施工工藝進行分析，并與普通抗滑樁進行技術經濟比較，通過在京新高速公路韓集段K50滑坡整治中的應用，證明預應力錨索抗滑樁較普通抗滑樁具有受力機理明確、結構合理、工程造價
摘 要：主要介紹了預應力錨索抗滑樁技術，對其抗滑機理、受力特點、設計原則、設計流程及施工工藝進行分析，并與普通抗滑樁進行技術經濟比較，通過在京新高速公路韓集段K50滑坡整治中的應用，證明預應力錨索抗滑樁較普通抗滑樁具有受力機理明確、結構合理、工程造價低、便于施工等優點，是抗滑結構的重大突破，在滑坡和高邊坡病害中的應用將日益廣泛。
關鍵詞：滑坡；預應力錨索；抗滑樁
Abstract: The prestressed anchor anti-slide pile technology is described in this paper from its anti-slide mechanism, stress characteristics, design principles, design processes and construction technologies. Compared with ordinary anti-slide pile in technique and economy with its application in K50 landslide processing in Hanji section of Beijing- Urumchi expressway, it proves that the prestressed anchor cable anti-slide pile is of clear stress mechanism, reasonable structure, low engineering cost and simple construction, and as a major breakthrough of anti-slide structure,it will be widely applied in the damage prevention of landslides and high slope.
Key words: landslide; prestressed anchor; anti-slide pile
中圖分類號：U213.1+52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
一、前言
我國地質構造復雜、地形地貌起伏變化大，山地丘陵占國土面積的65％，具有極易發生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的物質條件，是地質災害最為嚴重的國家之一。而滑坡高邊坡災害又是地質災害中最為常見、危害最為嚴重的一種。而，滑坡治理是一項投資巨大、技術復雜、施工危險而艱巨的抗災工程。我國是一個滑坡災害相當嚴重的國家，多年來，為確保人民生命財產的安全，保障經濟建設的順利進行，國家在滑坡防治工作上，耗費了大量的人力、物力和財力。上世紀50年代，我國多用擋土墻治理滑坡，這種支擋結構無論從理論和施工方法上，都是既不合理也不經濟，只能治理很小規模的滑坡。60年代后期，開始使用抗滑樁治理滑坡，由于抗滑樁具有比擋土墻開挖面小、圬工體積小、施工速度快等優點，很快在全國推廣應用，至今仍在大規模使用。但隨著需要治理的滑坡規模的增大，抗滑樁截面積和長度也越來越大，材料消耗量變的非常龐大，人們便逐漸認識到其結構的缺陷：抗滑樁是大懸臂受力，主要靠滑動面以下的樁身所受的地基反力來平衡滑坡推力，受力機制不合理，需要的樁長和截面大，材料消耗多，工程造價昂貴。為了改善抗滑樁的這種受力狀況，經過不斷摸索和實踐，預應力錨索抗滑樁便逐漸在滑坡治理中得到應用。同時隨著煉鋼工藝的不斷發展，高強度鋼材特別是高強度鋼絞線的廣泛應用，為預應力錨索抗滑樁的推廣應用提供了技術和物質保證。
二、預應力錨索抗滑樁的抗滑機理
預應力錨索抗滑樁具有“主動支護、柔性支護、概念明確、經濟合理”的特點，其結構主要由抗滑樁、預應力錨索、錨具等組成。位于滑面以下穩定基巖內的錨索稱為錨固段，其余為張拉段。對錨索施加預應力后，通過錨具將其與抗滑樁相連接，它的另一端穿過滑坡體后錨固于滑床內，從而使抗滑樁和預應力錨索組成一個聯合受力體系。用錨索拉力和樁體共同平衡滑坡推力，徹底改變了一般抗滑樁大懸臂受力的狀況，改變了抗滑樁單一靠嵌固段地基抗力平衡滑坡推力的機理，見圖1。這樣作用的結果，使得樁內彎矩大大減小，樁徑變細，樁的埋置深度變淺，達到了結構受力合理、節省投資、節約材料、縮短工期的目的。從樁的受力機制看，普通懸臂抗滑樁是“被動型”的受力狀態，施工后在滑坡推力的繼續作用下發生位移，樁才能逐漸具備抗滑能力，這對保護滑體上的已有建筑物非常不利。而預應力錨索抗滑樁是“主動型”，施加預應力后，滑體受到反推力，這樣就可以立即起到止滑的作用，滑體上已有建筑物不再繼續變形，個別情況下原有變形裂縫還會逐漸彌合。
三、施工方法
預應力錨索抗滑樁的樁身，可以采用大直徑的鉆孔樁，亦可以采用挖孔樁，還可以采用鉆孔樁組成的排架樁。由于滑體部分巖石可能比較破碎，鉆孔要采用泥漿或套管護壁，挖孔樁要采用鋼筋混凝土護壁，按豎井法施工。錨索孔應按設計要求鉆斜孔，選用的鉆孔機具要具有這方面的性能。施工時先進行抗滑樁施工，在樁身預留錨索孔，樁身完工后，鉆錨孔，并用高壓風反復吹洗錨孔，使孔壁清潔。插入鋼絞線至設計位置，錨固端用M30水泥砂漿充填，砂漿配合比為水泥：砂：水=1∶0.45∶0.45，采用P?O 42．5普通硅酸鹽水泥，待抗滑樁及錨固端內漿體達到齡期后實施張拉，張拉分為5級進行：分別為設計張拉力的25％、50％、75％、100％及110％。其觀測時間前5級均為5min，最后一級為15 min。為彌補土體壓縮造成的預應力損失，錨索張拉后10～15d對全部錨索進行一次補張拉，然后進行自由端注漿，對自由端注漿空間要進行補漿處理，最后，將錨索外露部分切除，用混凝土將錨頭封死，以防止頂端銹蝕。
錨索與樁身工程施工先后順序可根據實際情況確定，但應注意相互的配合與銜接。
四、工程實例
4.1 工程概況
G7高速公路韓家營至集寧段K50+860～K51+000段左側路基邊坡在開挖過程中出現了多次滑塌，成為制約該路段的施工進度的主要因素之一。該段邊坡在八月底（開挖約半月后）出現第一次滑坡，幾日后又出現第二次滑坡，目前處于自然較穩定狀態�；麦w沿路線方向長約120米，線路里程為K50+860～K50+980段，經跟蹤監測，該滑坡有向線路大里程方向持續滑移的跡象�；w后緣至前舌距離約69米，左緣側壁（小里程側）高約20米，右緣側壁（大里程側）高約16米，見圖3。
4.2 工程地質條件
G7京新高速韓家營至集寧段K50+860～K51+000段左側邊坡位于低山山腰處，西側坡頂有山間溝谷，地貌單元以低山、丘陵為主，相對高差不大。
滑坡所在場區白堊系泥巖、泥質砂巖地層，呈圈椅狀，可能為古時溝谷位置，后上部充填第三系粘土、第四系粉土。
地下水自由水位較深，在自然坡面30米以下，且附近未發現有地表水徑流。
4.3 滑坡變形現狀
由于路線挖方施工，造成上部第四系、第三系土體失穩，結合鉆探、探坑資料和現場調查，推斷滑坡沿第三系粘土層與白堊系砂泥巖地層交界面牽引式滑動。根據路基開挖單位的施工記錄，該滑坡共發生2次較為明顯的滑動，第一次在8月底（開挖約半月后），幾天后又出現了第二次滑坡，經踏勘調查，滑坡后緣發現有多條裂縫，其中4條較為明顯；坡腳處發現1條剪出口裂縫，見圖4、5。
4.4 主要工程治理措施
根據滑坡體變形的具體情況，在滑坡坡體內設置一排預應力錨索抗滑樁。樁設置在二級邊坡的頂部平臺，共17根，樁身截面為1.8m×2.4m，樁頂均高出平臺1.5m，樁間距6.0m，樁長22.0m，樁頭部設2孔預應力錨索，錨索傾角為25°，樁體采用C25混凝土澆筑。每孔錨索由7根Φs15.2鋼絞線組成，孔徑Φ130mm，錨索全長26m，錨固段長12m，傾角為25°，深入穩定地層中，內注強度不低于M30的水泥砂漿，設計張拉荷載為700kN。樁井護壁厚0.2m，抗滑樁長軸方向為滑坡主滑方向，樁底錨固段置于穩定地層中，以起到抗滑的作用。
在該滑坡整治設計時，對普通抗滑樁和預應力錨索抗滑樁兩種方案進行計算分析，以滑坡體主軸斷面為例，其滑面受力及樁頂位移計算結果見表1。
表1 預應力錨索抗滑樁與普通抗滑樁滑面受力及樁頂位移計算結果
項目剪力
(Q0/Kn)彎矩
(M0/Kn*m)樁頂位移
�。⊿/cm）
普通抗滑樁6360.5756206.918.81
預應力錨索抗滑樁3238.0915498.122.76
從表1中可以看出：在樁頂施加預應力后，抗滑樁的受力狀態有了很大的改善，樁身滑面處剪力、彎矩和樁頂變形明顯減小，樁的截面、埋深也相應的減小。
普通抗滑樁要滿足設計要求，截面須2 m×3 m，樁長30 m；而采用預應力錨索抗滑樁截面只須1.8 m×2.4m，樁長22 m。其單樁經濟效益比較見表2。
表2 預應力錨索抗滑樁與普通抗滑樁的單樁經濟效益比較
項目樁身鋼筋混凝土
�。╩3）護壁
�。╩3）土方
�。╩3）錨索
�。╩）工程造價
萬元
普通抗滑樁2×3×3064.8244.8/39.17
預應力錨索抗滑樁1.8×2.4×2240.48135.525223.76
節約84.9624.32109.28-5215.41
由此可見，預應力錨索抗滑樁可大幅度節約材料，降低造價，就本工程而言，每根樁節約造價39.34％左右，整治京新高速公路韓集段K50滑坡所需17根樁可節約投資約261.97萬元，其經濟效益十分顯著。
五、結論
從預應力錨索抗滑樁的設計計算和工程實踐，可以得出以下幾點認識：
�、� 預應力錨索抗滑樁作為一種新型支擋結構物，技術上具有明顯優越性。通過調整錨索作用點位置，可使得抗滑樁內力分布更趨合理，從而達到節省工程造價的目的，創造了極大的經濟、社會效益。
�、� 預應力錨索抗滑樁較普通抗滑樁而言，由于在抗滑樁的頂端增加了具有強大拉力的錨索，使抗滑樁的受力狀態有了很大的改善，樁身內力和變形明顯減小、樁的截面、埋深也相應的減小，抗滑能力增強。因此，預應力錨索抗滑樁在滑坡和高邊坡病害中應用日益廣泛，是抗滑結構的重大突破。
�、� 預應力錨索抗滑樁因預應力錨索的約束，使得抗滑樁的變位受到有效控制，從而使樁前土體強度得到充分發揮。
�、� 預應力錨索抗滑樁作為一種抗滑支擋結構物，其計算理論尚不夠成熟，存在諸多不足，如：由于錨索設置于樁頭部分，易在樁頭產生應力集中，易形成群錨效應，造成拉脫失效；對一些大型復雜滑坡（滑坡推力大）、滑動面埋深深的滑坡、有多層滑動面的滑坡而言，其使用效果會更差，缺陷愈加明顯等。因此，對預應力錨索抗滑樁還需要進行深入的研究和探討。
SCISSCIAHCI
