预应力锚索框格梁与抗滑桩组合在高边坡滑坡治理中的应用

预应力锚索框格梁与抗滑桩组合在高边坡滑坡治理中的应用

周强

云南建设基础设施投资股份有限公司云南昆明650000

摘要：结合大丽高速公路工程实例，对边坡稳定性进行了分析，详细地介绍预应力锚索框格梁与抗滑桩组合在高边坡滑坡治理方面的运用，从而确保边坡的稳定性要求。可为类似边坡滑坡治理提供参考。

关键词：预应力锚索；框格梁；抗滑桩；高边坡；滑坡治理

1工程概况

云南大理~丽江高速公路工程K17+760～K17+980路段为典型的半填半挖路段，属山地丘陵地貌，地形多变，高低起伏，坡面植被良好，自然坡度32°。其中K17+862～K17+900路段系砂质路堑高边坡，本项目所在位置沟谷深切、砂岩和砂质胶泥，成岩性差，风化严重，多呈碎屑状和砂岩，这是构成本区山体的主要地层，其上覆盖有厚度不等的土壤。其中挖方侧挖深近20m，原设计坡率为1：1。由于切方削坡，造成该段左侧多处边坡失稳，引起滑坡，从当时开挖的底部剪出，产生了滑动变形。

2边坡稳定性分析

2.1边坡滑坡分析

根据地质勘察报告提供的参数，进行稳定性计算(典型断面，条形法)，得到边坡最小稳定系数，边坡不稳定。经过召开该边坡专题讨论会，开挖出现坍塌滑动情况，可以定性为小型中、浅层牵引式滑坡，主要原因是坡脚开挖后失去支撑引起的。对塌下来的土已进行了清理和自上而下的放缓边坡处理，使得下脚边坡不能保证为1:1。

为避免坡脚应力集中产生塑性区，导致坡体失稳，本工程采取主动和被动相结合的工程措施，也就是主动采取顶部减载、设置平台以分散坡脚应力、在坡脚设置抗滑桩板墙的基础上，采取预应力锚索框格梁和抗滑桩对坡体进行锚固防护加固措施。

2.2坡体锚固防护原理

当前锚固技术有多种不同的类型，本工程采用预应力锚索即框格梁式预应力锚索，主要由地梁与锚索二部分组成，利用预应力锚索施加的预应力将滑动岩体与稳定岩层紧密串联在一体，增加岩体各层面的抗滑力，从而达到加固边坡的目的。

抗滑桩是一种加固、整治滑坡的有效方法，在各种滑坡治理中应用最多的一种结构物。目前，在滑坡治理中设置的抗滑桩主要有悬臂式抗滑桩和埋入式抗滑桩。悬臂式抗滑桩由于桩后作用有坡体推力，桩前没有岩土体，桩后坡体推力直接作用于桩身非锚固段，通过桩体将外力传递给桩身锚固段并传递至下部稳定地层中。

3预应力锚索施工设计

3.1根据地质勘察，对加固边坡的地质地貌进行勘探，掌握地质结构，分析滑坡体的厚度，探明滑带及滑床特征、倾角、滑坡变形等特征，锚固段的地质结构是否满足要求等。

3.2滑坡体推力的计算，它是确定锚索施加预应力的依据。滑坡体推力计算不仅要考虑滑坡体的自重，暴雨时滑带的渗透压力，还应考虑地下水作用。

3.3按规范要求进行预应力锚索的抗拔实验，确定预应力锚索的主要规格，土体或岩体与锚固体粘结强度实验。

3.4锚固长度计算，因锚固段是潜在滑动面以下的稳定的土体或岩体中，既要安全，又要承受相应的应力，锚固长度是一个非常重要的指标。锚固长度可以按下式计算：

3.5锚索倾角的确定。预应力锚索是靠对滑坡体施加拉应力增加岩体各层面抗滑力来加固边坡，那么所加应力角度即锚索角度θ与滑坡带的倾角i为θ+i=900时受力最佳，但阻止滑坡体下滑在增大岩体各层面抗滑力的同时，还应施加与滑坡体下滑推力相反方向的拉力效果更好，也就是说θ越小越好，而θ角越小会增加锚索压浆的难度，因此锚索倾角应在15—200为宜，而不是误认为锚索应垂直于边坡表面。

3.6锚固端孔径变径，锚固端成孔要造成变截面，成孔一般应造成喇叭形，分段增大的矩形或球形，以利于锚索锚固。而同一截面孔径的锚索，往往会因为灌浆后岩体吸收水分而容易软化，造成土体或岩体与锚固体粘结度降低，张拉后会发生锚固端滑移，影响锚固效果。

4预应力锚索框格梁施工

坡面防护采用预应力锚索框格梁，锚索由四根直径为φ15.24mm、强度1860Mpa的高强度低松弛无粘接钢绞线组成。锚索纵向间距为3.4m，第一排锚索长度20m，自由段长度4m，锚固段长度16m；第二排锚索长度20m，自由段长度3m，锚固段长度17m；第三排锚索长度20m，自由段长度2m，锚固段长度18m；框格为长方形，尺寸为3m×2.3m，框格梁断面宽40cm，厚30cm。

4.1造孔

根据边坡开挖面的立面图放样布孔。采用Φ48×3.5钢管脚手架搭设施工作业平台，用锚杆固定于坡面。钻机用汽车吊提升到平台上安装就位。造孔前精确定出孔点位置，孔点坐标与设计的坡面坐标偏差不得超出±(50～100)mm。采用风动潜孔锤干钻施工，地层条件差造孔困难时，选用气动潜孔锤跟管钻进成孔工艺。严禁用水钻，以确保边坡岩体地质条件不被恶化和保证孔壁的粘结性能。钻孔过程中，在钻具上间断地加上导正器，配有专门技术人员随时检测孔斜，保证斜度误差控制在±2.50之内。钻孔深度保证超钻不小于50cm。

4.2清孔

清孔钻孔结束之后，用高压风进行清孔，孔壁不得有粘土或粉砂滞留以保证水泥砂浆与岩体的粘结力。钻孔清孔完成后，将孔口暂时封堵，以免碎屑、杂物进入孔内。

4.3锚索制作与安装

(2)、钢绞线除锈防腐：锚索为永久性工程，除锈时采用密集型钢丝刷全面除锈。在自由段均匀饱满地涂上无粘结预应力筋专用防腐涂料，并套聚乙烯塑料管，两端用聚乙烯胶带缠上，并用防水胶布粘牢。在锚固段、自由段、交界处需特别注意绑扎牢固，以防止注浆时，水泥浆进入自由段。注浆管沿隔离架中心穿入，管端距锚索末端导向帽不超过20cm，用铁丝将浆注浆管与隔离架绑扎固定。

(3)、钢绞线编锚：材料截取后，逐条进行质量检查，对合格者进行登记、挂牌、标记锚索编号(与孔号对应)，在编索平台上进行拉直、编索。用φ8钢筋制成架线环，锚固段用变截面架线环按设计间距绑扎，同时安置隔离架和紧箍环，以增强锚固段钢绞线的握裹力；自由段用同一截面的架线环按设计问距绑架，环孔必须满足注浆管穿过。锚固段端头安装导向头以便钢绞线下孔。

(4)、把经过防腐处理组装绑扎好的锚索拉直并放在平整的场地上，由专人检查长度、直径、钢绞线间有无交叉缠绕，对检查合格的锚索进行编号、登记和挂牌待用。

4.3.2锚索安装

(1)、安装锚索体前认真对锚孔编号，确认无误后再用高压风清孔吹孔。向组装好的锚索架线环孔安装注浆管，捆扎在锚索体的中间,注浆管前端离导向头20cm左右，经监理工程师验收合格后，搬运至锚孔处。锚索搬运时不得拖拉擦伤钢绞线束。

(2)、下锚前仔细核对孔深和锚索的长度、编号是否相符，确认无误后，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度(误差控制在50mm范围内).人工缓缓地将锚索体放人孔内，用力要均匀一致，防止在推送过程中损伤锚索配件和保护层。对于上倾或水平锚索则需注意检查定位止浆环和限浆环是否完好，位置是否正确，同时应检查排水管的位置和畅通情况。

(3)、锚索就位后，用水泥袋将孔口塞紧，以防水或其它物体掉人孔内。

(4)、钢绞线全部穿入后，应再次用高压风清洗孔道，保持孔内清洁，孔壁无污染物，确保水泥浆体与周围的粘结强度。

4.4注浆

4.4.1水泥浆的拌制采用525#普通硅酸盐水泥配制，施工配合比为：水泥：砂子：减水剂=1:1，水灰比为0.4~0.6。必要时掺人减水剂，注意岩体吸收浆体中的水。

4.4.2锚固段注浆：下锚后及时进行锚固段注浆，注浆时在保持不小于0.5MPa压力的前提下缓缓拔出注浆管，使注浆管始终有一段埋于水泥浆中，注浆过程要保证锚固的注浆长度符合设计要求。

4.5框格梁施工

4.5.1框格梁施工前，需先将该部分边坡进行修整，土质边坡用人工开挖地梁槽，石质边坡采用风镐开凿地梁槽。清除基坑表面松土，用5cm厚水泥砂浆调平，然后，然后进行钢筋骨架安装、立模和混凝土浇筑。

4.5.2钢筋制作严格按设计图纸的要求及规范规定进行；先将钢筋除锈调直，按照坡面开挖的实际情况，预留足够的搭接长度。在框架梁须分层、分段施工时，留置搭接钢筋应注意同截面焊接头前后相互错开。

4.5.3钢筋的绑扎：除按规范要求绑扎外，还应注意横、竖梁交叉处要保证横梁顶部钢筋从竖梁顶部钢筋下部通过，而底部则从竖梁底部钢筋上面通过。安装钢筋骨架时应注意锚索钢管的埋设和锚垫板及锚具的定位。

4.5.4模板采用拼装式钢模板或竹胶模板，模板分面模和侧模，根据横、竖梁的长度进行加工编号。侧模须上下调平、对直、接缝密贴，支撑稳固，用短锚杆固定在坡面上，为便于混凝土的浇筑，每块面模长度不应超过1.5m。面模根据浇筑进度从下向上进行安装支撑。模板安装时应注意保护层的控制和模板的加固牢靠。

4.5.5由于该边坡特别高、陡，给混凝土垂直运输带来极大困难。为此，在坡面上搭设混凝土运输轨道，这样可缩短混凝土运输时间，防止混凝土运输中的离析，保证混凝土连续浇筑。控制混凝土下落速度，保证其和易性。混凝土振捣要内实外光，确保无“蜂窝”、“麻面”。

4.6锚索张拉封锚

4.6.1锚索张拉

(1)水泥浆、承压梁及框格梁强度均应达到设计值70％以上时，才能进行张拉。

(2)张拉设备应提前送计量单位进行标定，并进行上报审批。

(3)外锚头制作，为保证锚索受力垂直，在锚垫板上需设锚垫板斜托，锚垫板斜托顶面与锚孔轴线保证垂直，锚具中的螺旋筋、锚垫板安放要符合设计要求，锚垫板尺寸误差控制在(0.1～0.2)cm。张拉前，事先将锚垫板表面清除干净，将锚垫板、锚垫板斜托、锚具安装好，锚具安装应与锚垫板和千斤顶准确对中，并和锚索轴线方向垂直，千斤顶轴线与索轴线在一条直线上。

张拉采用“双控法”，即采用张拉力与锚索伸长值来综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核。当实际伸长量与理论值差别大于±6时，应暂停张拉，待查明原因并采取措施后方可继续进行。

(4)张拉方式采用分级式张拉，张拉顺序应符合设计要求，当设计未作规定时，可分次分级张拉，该项目分为六级张拉，即设计预应力值的20％、40％、60％、80％、100％、115％，其中张拉级数与每级张拉比例可根据实际情况而定，每级加载观测时间不小于3min，并在正式张拉前取0．2F(F为设计预应力)的张拉力进行预张拉；张拉过程中要控制加载速度不大于50kN／min，张拉稳压时间除最大一级要稳压25min外，其余每级持荷稳定时间不少于5min。张拉完后，应填写“张拉与锁定记录表”。

(5)由于钢绞线、锚具、锚垫板，框格梁及岩体的徐变会引起应力损失，必须进行补偿张拉，一般在张拉完成72h以后进行补偿张拉，张拉至设计预应力值的115％。然后进入观测期，若无异常情况，在补张拉7d后进行封锚。

4.6.1封锚

(1)自由端注浆，补偿张拉完成后，对自由段进行注浆，作为自由段钢绞线的防腐措施之一，注浆要饱满，水泥浆配比同锚固段。

(2)自由段注浆结束后，如没有发现异常情况，可进行封锚处理。多余外露的锚索用手提砂轮机切除，严禁电弧烧割，并留长8～l0cm的外露锚索，以防拽滑，然后采用特殊的防腐涂料仔细涂刷裸露钢件(锚具、钢绞线、钢垫板等)，再用C20细石混凝土将锚头封闭，以防风化侵蚀。

5抗滑桩施工

K17+862～K17+900段坡脚设置7颗抗滑桩，桩径2m×2.5m，桩长20m，路基面以上桩长10m，桩间距为6m，挡土板长5m。

5.1人工挖孔

5.1.1先定位放线，再进行开挖，浇灌第一节护壁砼前，必须每桩孔进行复线检查，并注意钢模是否牢固，严防钢模变形而使偏位。锁口梁与第一节护壁同时施工，注意第一节护壁纵筋应与锁口梁钢筋搭接。

5.1.2桩孔每下挖1.0~1.2m，浇灌护壁混凝土一次，当遇软弱夹层或地下水较大时，每下挖深度不大于0.5m浇注护壁混凝土一次。桩孔开挖后应尽快灌注护壁砼，且必须当天一次性灌注完毕；上下护壁间的搭接长度不得少于50mm。

5.1.3护壁混凝土进行配合比设计，粗骨料用1~3cm石子，严格控制混凝土坍落度（6~8cm），以便尽快达到强度，要求采用早强水泥，以防止渗水。护壁厚度、拉结钢筋和配筋、砼强度等级应符合设计要求；

5.1.4为保证桩位的准确性，每浇灌完三节护壁，而继续往下施工时，须校核桩中心位置及垂直度。

5.1.5抗滑桩成孔过程，每一节护壁钢模安装时，注意在中间预埋钢管支撑的垫板，校准位置，与护壁钢筋焊接牢固。每完成一节护壁的砼在24小时后拆除钢模、继而进行￠30cm的钢管支撑焊接。

5.1.6开挖至设计标高后，将孔底清理干净，验收合格后应立即用C20砼封底30cm厚。

5.2钢筋笼制作安装

本工程钢筋笼安装采取井内成形法，以解决笼体过大吊装困难的难题，具体施工步骤是：

5.2.1首先于井壁设置钢筋悬挂支点，可在护壁口处设置适量钢筋三角托架。

5.2.2按施工图要求将每层箍筋下放至各层位置（包括加强箍筋）。

5.2.4放入主筋，进行孔内绑扎成形，钢筋笼固定在支撑于井壁的钢筋三角托架上。

5.2.5桩身钢筋应严格依照施工规范及施工图纸要求制安，钢筋接长采用机械挤压连接工艺，保证施工质量满足“钢筋机械连接通用技术规程”（JGJ107-2003）和“带肋钢筋套筒挤压连接技术规程”（JGJ108-96）的要求。

5.2.6钢筋安装时按设计位置预埋好锚索孔位置，可采用相应锚索孔尺寸大小的PVC管预埋，以便后续锚索施工安装锚索。按设计要求埋设好锚座钢筋和安装挡板钢筋。

5.2.7钢筋笼绑扎完成后还需对加强筋和箍筋进行孔内焊接加固，将支撑架按2～3m的间距摆放在同一水平面上对准中心线，然后将配好定长的主筋平直摆放在焊接支撑架上。箍筋按设计要求套入主筋（也可将主筋套入箍筋内）并保持与主筋垂直，进行点焊或绑扎。安装绑扎过程中，必须认真控制钢筋笼的标高、主筋间距和箍筋间距，同时固定好保护层厚度。

5.3混凝土浇筑

5.3.1当钢筋笼安装完成，且经验收符合要求后，立即进行井底清理工作，井底清理完成后，即可开始桩芯砼施工；混凝土采用商品混凝土，由混凝土罐车运输到工地并通过输送泵送至孔井口，砼入井时设置串筒，串筒至浇捣面高度保持2m以内，以防止砼离析。

5.3.2抗滑桩桩身砼整体性要求高，且体积较大，砼必需连续浇灌，一般应分层浇灌、分层捣实，分层厚度为50cm，但必须保证上下层之间砼在初凝前结合好，避免产生冷缝，不致形成施工裂缝。

5.3.3由于桩身砼体积偏大，凝结过程中水泥会散发出大量的水化热，因而形成内外温度差较大，易使砼产生裂缝。针对大体积混凝土容易出现裂缝、泌水和浮浆问题，相应采取必要措施加以预防和控制；

5.3.4孔桩砼灌注时，每一根桩砼连续不间断施工至设计桩顶高程，绝不允许施工过程中发生断桩现象；

5.3.5砼施工时，要防止对预埋PVC孔的损坏及位移。

5.3.6安装锚索处砼应采用钢模或木模保证桩身砼的结构尺寸和预埋锚座钢筋的位置准确性。

5.3.7砼浇筑完毕后，对外露砼覆盖砼表面同时经常洒水养护，保证混凝土表面随时处于湿润状态，拆模后也得用塑料薄膜进行包裹养护。养护时间不得少于7天，若气温较高，养护时间还得延长至14天。

6结束语

在山区高速公路高边坡施工过程中，预应力锚索加固边坡具有不受地形、地质条件的限制，能及时有效、因地制宜地加固边坡的优点，特别是锚索锚固深度长，对地质情况复杂、岩层较为破碎的高路堑边坡更为有效。抗滑桩可以利用桩前岩土体的抗力有效改善桩体受力，提高了抗滑桩的抗滑效率。由于桩径及刚度很大，其横向位移小于边坡滑塌土体的横向位移，而且单根抗滑桩所分担的抗滑力也相对较大。预应力锚索防护边坡在施工过程中，由于锚索施工机具大部分为轻型机械，钢绞线又为柔性材料，所有作业都能在脚手架上进行，所以施工较为灵活方便，施工条件容易得到满足。

参考文献：

[1]JTJ033—95，公路路基施工技术规范，人民交通出版社，2000。

[2]蔡俊华．高速公路路堑高边坡滑坡治理，公路，2008。

[3]苏自约，闰莫明，徐祯祥．岩土锚固技术与工程应用，人民交通出版社，2004。

[4]邹静蓉，李志勇．岩体破碎边坡锚杆框架梁支护稳定性分析，路基工程，2002。