中铁五局四公司
摘要：以云万高速公路曾家垭隧道右线进口YK160+625~+730右侧滑坡治理为例, 介绍了预应力锚索框架梁和抗滑桩联合支护体系在路基高边坡滑坡治理中的应用情况及其施工方法。
关键词：高速公路; 滑坡; 抗滑桩; 锚索框架梁
本段滑坡位于云阳县栖霞乡龙门村一组、曾家垭隧道进口附近右侧老沟槽和缓坡地带，自刷坡后该坡体一直在缓慢变形，前部岩体不断松动塌滑，后缘裂缝逐步向后发展。经调查发现：该坡体的变形范围最远已发展到离线路中线约180米的距离，后缘裂缝贯通，裂缝张开最大宽度已达到20～40cm，可见深度约100cm，已贯穿整个坡体，YK160+625～+645段边坡出现较大规模的坍塌变形，并有向大里程方向发展的趋势。本滑坡自然坡度18°～24°, 最大边坡高度超过 55 m 。此处原为古滑坡体, 滑体厚度10～30m , 滑坡总方量超过50 万m 3。公路从滑坡体舌部穿过, 由于路堑的开挖, 引起古滑坡复活, 形成新的滑坡。古滑坡的复活, 不仅使云万公路正常建设受阻, 而且直接威胁到曾家垭隧道右线的安全, 因此必须采取措施予以治理。
1 工程地质和水文地质状况
1.1 工程地质
此滑坡属基岩滑坡。滑坡体地层主要以滑坡已扰动的砂岩、泥页岩互层，砂质泥岩为主, 地表覆盖薄层第四纪坡残积亚粘土, 滑面以下为中等风化～ 弱风化砂泥岩互层。砂岩相对坚硬, 抗风化能力较强, 泥岩质软,具有快速风化特性, 层理发育, 层面光滑细腻。由于泥岩质软, 加之饱水软化, 形成层间软弱带。因此古滑坡具有多层性的特点, 主要表现在: (1)在主滑动面以上存在数层次级滑移面; (2)随着开挖高度不同, 产生的新滑坡沿不同深度的层位剪出, 并且开挖高度越大, 滑移深度越深, 新滑动面大部分位于新开挖坡脚附近。
1.2 水文地质
该段地下水埋深 8～ 15 m , 主要属于孔隙- 裂隙水。大气降水是主要补给来源。
2 治理方案
根据地质勘察资料, 运用反算法并综合考虑试验成果, 得到岩土抗剪指标值: 内摩擦角 Υ = 7.5° , 内聚力c= 6 kPa, 计算得到最大推力为1287.5 kN/ m。治理设计中取安全系数K=1.2倍计算工程位置滑坡推力,最大推力选取1545 kN/ m 作为其设防推力, 并根据地貌及实际地形等特征, 将 1545kN/m的设防范围向两侧适当延伸。挡护工程采用预应力锚索框架梁和钢筋混凝土桩联合支护。另外采用仰斜排水孔排除地下水, 降低地下水位, 以期改善滑体力学性质, 提高坡体自身抗剪强度。治理方案如图1所示。
2.1 锚索框架梁设计
布设框架梁, 旨在通过锚索对滑动体施加预应力, 变被动土压力为主动土压力, 抑制和调整边坡变形, 保证抗滑桩桩身的安全开挖, 并在后期与抗滑桩共同作用, 以增强坡体的稳定性。
框架梁布置在YK160+ 625～K160+700 之间路基右侧, 坡率为 1∶1.5 的二级边坡上, 总长度75m。框架梁横向与坡面走向一致, 纵向与横向垂直。框架节点间距均为3m , 每个节点均设置有锚索孔, 锚索采用9根<15. 24高强度、低松弛的1860级预应力钢绞线组成一束,长度31～ 37m。锚索孔孔径<130cm , 俯角25°, 嵌入稳定岩层 8 m。锚具选用OVM 15- 9 型, 单束锚索张拉应力为800 kN。锚索孔共计78 个。预应力锚索见图2。
框架梁采用C25 钢筋混凝土, 梁宽度 80 cm ,厚度 80 cm , 下部40 cm 嵌于坡面土体内。完毕后, 要求框架内植草绿化。
2.2 抗滑桩设计
在滑坡段路基边坡的一级平台上, 布置抗滑桩。桩长在16～21m 之间, 嵌入稳定基岩8m。其中在YK160+625～+655段布设 2.6m×2m 的抗滑桩, 桩间距10m , 共计3根; 在YK160+660～+730 段采用3.5 m×2.5 m的抗滑桩, 桩间距10m , 共计8根。
3 施工及检测
3.1锚索框架梁施工
3.1.1工艺流程
3.1.2施工准备
施工前应组织施工人员熟悉图纸，做好技术交底、施工放样外，着重进行材料和机具的准备。同时进行适应施工操作、既安全又可靠的脚手架搭建等工作。
3.1.3造孔
钻孔采用QZJ - 100B 钻机钻进锚孔钻进施工，应搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，孔底误差小于5%孔长，即角度偏差不大于2°52´。钻进方式应采用无水干钻，禁止采用水钻。为确保锚孔深度，实际钻孔深度要大于设计长度0.5m，钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，保持孔壁干净粗糙，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。钻孔的过程中，对每个孔的地层变化、钻进状态、地下水及一些特殊情况要作现场记录。如遇到地层松散、破碎时，则采用跟套管的钻进技术，以使钻孔完整不坍。如遇坍孔，应立即停钻，对钻孔进行固结灌浆处理，待水泥浆初凝后，重新清孔钻进。
3.1.4 锚索编束、安装
框架锚索每束采用6根φs15.2高强度、低松弛钢绞线制作，抗滑桩锚索每束采用9根φs15.2高强度、低松弛钢绞线制作；钢绞线技术参数满足设计要求；钢绞线在安装前，要进行除锈处理，要确保每根钢铰线顺直，不扭不叉，排列均匀，对有死弯、机械损伤及保护套破损的应剔出。下料时均采用机械切割、严禁采用电弧。考虑到锚索张拉工艺要求，实际锚索长度要比设计长度多留2m，即锚索长度L锚=L锚固段+L自由段+2m。锚索安装时应套上定位支座，锚固段内采用收缩（扩张）定位环，间距0.8m；自由段内间隔3m设置一道架线环以保证钢绞线顺直,保证锚索钢绞线在孔中居中，同时还应保证不影响灌浆和水泥浆固结。为使锚索顺利下锚，在锚索体完成隔离支架和紧箍环的组装之后，在锚索体底端接装导向帽，采用φ8钢筋弯折焊接并用16号铁丝绕制。注浆管安装：注浆管应满足设计要求，具有足够强度，保证注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。注浆管捆扎在锚筋体中轴部位，管的头部距锚筋体末端为50～100mm，捆扎时不宜采用镀锌材料。
3.1.5 锚索运输及进孔
主要依靠人工搬运，搬运前仔细核对该搬运的锚索长度与即将进入所对应设计孔位的锚孔深度是否相符，确认无误，才能组织人员抬至孔口。避免错运，造成费工费时，甚至酿成质量事故。搬运时，不得损坏各部位，凡有损伤的必须修复。扛抬各支点向距不得大于2m，其弯转半径不宜太小。
进孔：在成孔高压清孔后，立即将锚索进孔。入孔安放时，应防止锚索挤压，弯曲或扭转。入孔的倾角和方位应与锚孔的倾角和方位一致，要求平顺推送，在锚索安装承载体的一端先入孔。先慢慢入孔，摆正方向，然后加快速度推送，依靠锚索重力及惯性下滑。尽量不要停顿，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散索和卡阻。如中间卡住，可稍拔出一点再下推，直至下到设计深度。若遇进孔困难，再用高压风吹洗孔一次，若还不行，再用钻机冲孔、扣孔，直到入孔安装就位为止。
3.1.6灌浆
灌浆前应对压浆设备压浆管、注浆管等进行完好、畅通的检查。在管路连接后可用清水压注检查，确保设备和管路运转正常，无漏浆、爆管等问题发生。
锚索孔内灌注水泥砂浆，水灰比0.4~0.45，灰砂比1：1，砂浆体强度不低于30MPa。浆液应不含硫化物、氯化物等对钢绞线有害的物质，呈弱碱性，使钢绞线表面产生钝化膜，阻止钢材进一步锈蚀。注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用。浆液应在初凝前用完，并严防石块，杂物混入浆液。预应力锚索采用一次注浆法，自由段套以塑料套管，灌浆要灌压密实，不能出现空洞现象，注浆采用孔底返浆法，注浆压力不得低于0.25MPa，砂浆灌注必须饱满密实，注浆完毕，水泥砂浆凝固收缩后，孔口应进行补充注浆。
注浆结束后，应将设备注浆管、枪和注浆套管等清洗干净，以便重复使用。
3.1.7张拉锚固及锁定
孔内水泥砂浆及框架梁砼达到设计强度的80%以上，方可进行预应力锚索的张拉，张拉前应将张拉设备、油压表、千斤顶进行配套标定，框架锚索设计锚固力预应力为800kN。张拉采用OVM15-9锚具配套的YCW100B型穿心式千斤顶，采用整体张拉的施工方法，锚索张拉应采用分级施加，逐级增加至超张拉值，张拉级分五级进行，分别为设计荷载的0.25、0.5、0.75、1.0、 1.1倍。每级张拉荷载保持荷载5min，预应力张拉采用"双控法"控制。张拉过程中，对油泵操作要严格把关，加压速率不能过快，要求平稳，速率一般取0.1MPa/s，注意观察千斤顶活塞的运行状态，确保张拉安全进行。同时将实际伸长值与理论计算值进行比较，实际伸长值与理论伸长值相差在6%内时说明张拉锁定效果良好。理论伸长值可以用下式简化计算：Δl=σ×L×100÷Eg 其中：σ为预应力筋的平均应力，取始端与末端应力的平均值，L为孔道长度（m），Eg为预应力弹性模量（MPa）取1860MPa。锚筋锁定后，须用机械切割余露锚筋，严禁电弧烧割，并应留长5～10cm外露钢筋，以防拽滑，最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，采用C25砼封锚处理，防止锈蚀和兼顾美观。
3.2 抗滑桩施工
3.2.1施工工艺流程图：
3.2.2抗滑桩施工前准备工作
根据施工图纸对抗滑桩平面位置进行准确放样；整平孔口地面，做好桩区地表截、排水及防渗工作。在雨季施工时，孔口应搭设雨棚。孔口地面下0.5m内应先做好加强衬砌；孔口地面上加筑适当高度的围埂；备好各项工序的机具器材和桩孔内排水、通风、照明设备；做好作业人员的安全防护技术措施。
3.2.3开挖
桩体开挖时，跳桩进行分节开挖，按设计做好锁口盘和每节护壁；每节开挖深度1.0m，每开挖一节，都要做好该节护壁，当护壁砼具有一定强度后方可开挖下一节，护壁各节纵向钢筋都要进行焊接，禁止简单绑扎；开挖时，孔下工作人员不宜超过2人，必须戴安全帽。随时测量孔下空气污染物浓度，如超过规定的各项污染物的浓度限值三级标准时，用高压风管进行通风；桩坑开挖过程中要随时校准其垂直度和净空尺寸；孔下照明必须采用安全电压。
3.2.4护壁支护
护壁支护，浇筑护壁砼时，必须保证护壁不侵入桩截面净空以内，每节护壁长度为1～1.5m，视开挖后土质情况来确定，锁口护壁均采用C20砼制作，每节护壁间留空隙不大于250mm，供灌注砼用，并且要立即填满空隙，护壁钢筋净保护层厚30mm。护壁、混凝土模板的支架可于灌注后24h拆除，在围岩松软破碎和有滑动面的节段，应在护壁内顺滑坡方向用临时横撑加强支护，并注意观察其受力情况及时进行加固；当发现横撑受力变形、破损而失效时，孔下施工人员必须立即撤离。
3.2.5灌注桩身混凝土
灌注前，应检查桩孔断面尺寸，凿毛护壁，做好钢筋位置的放样；钢筋先在场外加工，钢筋笼在桩孔内制作、搭接，搭接不得设在土石分界和滑动面处，钢筋笼制作、搭接要按相关规定执行。受力钢筋应采用对焊接头，接头位置应相互错开，在同一截面内，接头数不超过钢筋总数的四分之一，同时有接头的截面之间的距离不小于2.5m，钢筋束中钢筋需紧贴，并沿钢筋长1～2m点焊成束；钢筋笼按要求制作、安装完毕、平面位置复核准确后，便可进行桩体浇筑。灌注桩身前要先预埋直径为146mm的钢管。桩身采用C30砼浇注，砼粗骨料粒径不大于60mm；桩底用1：3的水泥砂浆铺底，厚100mm。桩身砼灌注时要边振捣，全桩砼一次完成，不得分段进行浇筑。
3 . 3 锚索预应力检测
在锚索头安装测力传感器共计 10 个, 其中滑体中部7 个。通过一年的观测, 测量结果已基本稳定。同锁定值比较, 预应力平均损失仅为 3.50% , 最大为 5.8% , 还有3个测力计测值略有增长, 最大增幅4.10% , 这表明边坡锚固后是稳定的。
4 结语
云万公路路基边坡滑坡治理竣工后, 通过连续一年多的变形观测和应力观测, 滑坡体已处于稳定状态,说明这种治理方案是成功可行的。
锚索框架梁施工工艺简单、高效和安全, 便于机械化施工, 能有效降低对坡体的扰动; 抗滑桩具有抗滑力强、适用条件广泛、对滑坡的根治性能好等优点。两种支护体系的联合应用, 可以弥补传统支护方式的不足, 并能取得显著的工程经济效益。
论文作者:郎杰坤
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/17
标签：滑坡论文; 预应力论文; 钢筋论文; 框架论文; 注浆论文; 砂浆论文; 钻孔论文; 《基层建设》2016年第34期论文;