预应力锚索抗滑桩在边坡变形体治理中的应用 s 0DT1s&
作者 赵国斌１，颉 华２ 摘自 （１．中国地质大学（北京）工程技术学院，北京，１０００８３；２．山西省汾河水利管理局，山西祁县，０３０９００） 发表 2006-3-7 16:00:28 |Z8Eu0RSb
文章编号：１００５－６０３３（２００６）０４－0165-03 收稿日期：２００５－１１－１４ 8YQ7XB
摘 要：以沈家坡变形体治理为例，将预应力锚索抗滑桩与普通抗滑桩的设计计算方法和设计方案进行了技术和经济对比，说明了预应力锚索抗滑桩的优越性，并对施工中的问题做了分析，指出了信息化施工的重要性。 BN6cu9a
关键词：预应力锚索抗滑桩；普通抗滑桩；边坡变形体；治理方案；沈家坡 DX ZZZ[#
中图分类号：U417 文献标识码：Ａ *hh9
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１ 工程概况 RL*b4 7,
沈家坡变形体位于湖北清江水布垭电站大坝右岸下游２号公路右侧，距大坝轴线２ ｋｍ。由于坡脚开挖后形成不稳定的变形体，前缘高程３２５．０ ｍ，后缘高程４８０．０ ｍ，体积约５０万ｍ３。变形体平均厚度约１２ ｍ，最后达２０余ｍ。 i/ PL!'o q
滑坡体基岩为志留系下统惹坪组，以页岩为主，并存在厚薄不一的软弱层，受到不同程度的层间剪切破坏。变形体以第四系松散堆积物组成，以坡积物、残积物为主，碎石含量较多。地下水的存在形式以孔隙水和裂隙水为主。 1/%5pb2\
变形体所在地区地震烈度为Ⅶ度。整治工程主要采用预应力锚索抗滑桩来完成。 tD,I7%|@
２ 变形体稳定性分析 n*9nzx#q
２号公路的施工在坡脚形成３０ ｍ左右的高陡边坡，形成变形体的临空面。居民生活设施的建设对变形体表面扰动较大，这些都对变形体的稳定产生很大的影响。 Y/
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雨季施工和居民生活弃水直接排向坡体，使得变形体含水量增大，增加了变形体不稳定因素。 5yjG\ ~
变形体作为一整体，单平面滑动，利用极限平衡理论计算坡体的稳定性，计算参数如下：黏聚力２．２７ ｋＰａ，内摩擦角２２．６４°，容重２１ ｋＮ/ｍ３，边坡角７０°，滑面倾角２５°，坡高１５５ ｍ，坡面与水平面夹角２５°，坡脚高度３０ ｍ。计算所得的安全系数Ｋ为０．９７８ ２１１。变形体处于不稳定状态。 NHe [,nIV
３ 治理方案的设计 3CPSyF
３．１ 治理方案的比选 E@-5L9eJ\
滑坡治理的常用措施有改变滑体的几何形态、排水措施、支挡工程等。对于以坡积物为主滑坡体治理一般采用支挡结构，同时合理布置排水设施作为辅助措施来达到治理滑坡的目的。由于水是形成滑坡的重要因素，所以在治理滑坡时必须考虑采取排水措施。 ? U
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针对沈家坡变形体治理工程，滑体物质以坡积物为主，可以采用支挡工程来达到治理的目的。通过对各种支挡结构的适用性进行比选，可采取的支挡措施有挡土墙、预应力锚索、普通抗滑桩以及预应力锚索抗滑桩等措施。挡土墙是一种连续的结构形式，在坡体中开挖施工比较困难；而预应力锚索的施工若达到满足抗滑力需要时，锚索结构比较复杂，另外锚索的成孔在这种地层中非常困难。因此，该变形体的治理适合采用普通抗滑桩或预应力锚索抗滑桩。下面是普通抗滑桩和预应力锚索抗滑桩的设计方案。 ,o}CBB! k
３．２ 滑坡推力计算 8[#EC 3
滑坡推力计算根据刚体极限平衡原理，采用剩余推力法计算，通过加大自重下滑力增加安全系数。 *d31fBCk%
地震烈度按Ⅶ度考虑。经计算，若加固后Ｋ需达１．２５，则应提供４ ４００ ｋＮ/ｍ的被动抗力。 KGmAnN
３．３ 抗滑桩方案 ,:0!+1
抗滑桩的设计包括桩身锚固段和自由段的内力计算、变位计算、地基强度校核和桩身变位控制以及桩身截面和斜截面的配筋计算。 o
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根据刚性桩和弹性桩的划分方法，本工程中抗滑桩为刚性桩；桩身截面为矩形，长轴与滑体倾向一致。 t+M'05-U2
滑动面以上桩所承受外力为滑坡推力和桩前反力之差。抗滑桩计算的最大弯矩和最大剪力作用点在滑面（锚固点）上。外力作用点位于滑面以上变形体铅垂厚度的１/３。桩身采用Ｃ３０混凝土，Ｅｃ＝３×１０７ ｋＰａ，计算得到的最大弯矩为３６ ６６６．７ ｋＮ•ｍ，最大剪力为４ ４００ ｋＮ。 lUw=YM
滑动面以下的桩身（锚固段）内力和变位大小按弹性地基梁计算。锚固段的深度一般为总桩长的１/２～１/３，对于完整的基岩，约为１/４。按照普通“Ｋ”法计算桩身的变位和内力，检查锚固段顶点和桩底地基的侧向应力是否满足岩层的侧向允许压应力。通过试算，确定本工程中锚固段为８ ｍ可以满足要求，且最大的计算弯矩在锚固点以下０．９５ ｍ，弯矩值为３８ ０９４ ｋＮ•ｍ。 4~2 9,
通过以上计算，当桩身矩形截面为３ ｍ×４ ｍ，桩身配筋为：主筋采用ｄ ２５ ｍｍ钢筋共８２根，纵向受力钢筋分为Ｎ１至Ｎ４ ４种，钢筋的根数分别为Ｎ１＝２６，Ｎ２＝２０，Ｎ３＝２０，Ｎ４＝１６。箍筋选用ｄ ２０ ｍｍ，间距为０．２ ｍ，此时配筋可以满足抗滑力的要求。 55=YM'5]
３．４ 预应力锚索抗滑桩方案 ^?|d< J:{
预应力锚索抗滑桩与普通抗滑桩比较，受力状态更加合理。它通过在桩顶设置预应力锚索，与抗滑桩有效地结合在一起，变被动抗滑状态为主动抗滑状态。 bk]g}s
预应力锚索抗滑桩的基本计算思路是：根据地质条件和工程的规模与重要性，确定地基土抗力模数分布形式和数值，并初步拟定抗滑桩的截面尺寸和锚固段的长度、锚索的设置排数和初始预应力值。根据刚性桩和弹性桩的划分方法将工程采用的抗滑桩进行分类，并采用相应的计算模式进行计算，首先求解出滑动面处桩身弯矩、剪力、转角以及挠度的表达式，然后利用位移变形协调原理计算锚索拉力设计值。进一步计算出桩顶的位移值，判断是否满足桩顶位移控制标准。如果满足，则计算出桩身的内力，否则应调整锚索拉力设计值或增加锚索排数重新进行计算，直至满足桩顶位移控制标准，进而计算出桩身内力分布。然后进行桩身截面和配筋验算。 f/"IC;<~t>
本工程中的桩顶位移控制标准参考有关文献，认为应控制在０．０１ Ｌ（Ｌ为桩身全长）。 V7B%o:FZo
抗滑桩采用刚性桩的设计方法计算；锚索张拉力的确定采用位移变形协调原理求得锚索的张拉力。 Bq,MTzxD
设计计算结果：１＃至１２＃的桩矩形截面采用２ ｍ×３ ｍ，１３＃至３５＃采用矩形截面１．５ ｍ×２.0 ｍ，且长轴方向与滑坡体倾向一致，间距均为４ ｍ，数量较普通抗滑桩减少一根。在２＃至１２＃桩距桩顶０．５ ｍ和３．５ ｍ处设置两道锚索，锚索张拉力为１ ２００ ｋＮ，锚固段长度为进入岩体１０ ｍ；在１３＃至３５＃桩距桩顶０．５ ｍ处设置一道锚索，张拉力为８００ ｋＮ，锚固段为８ ｍ。 (D n1Eov
方案的对比分析应该是多因素综合考虑，包括技术可行性、经济合理性、施工的难易程度等等。对于本工程而言，普通抗滑桩与预应力锚索抗滑桩两种方法都是可行的，后者的施工要比前者较为复杂，且工期稍长，但是其经济优势也是显而易见。 Z:diM$Z? 7
４ 结语
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本工程治理采用预应力锚索抗滑桩的治理方案，地表和地下截水与排水措施作为辅助方法。施工已经结束３年，通过对滑坡体和桩体的位移监测，证明这种方案对该变形体的治理起到了很好的作用。 [MD"JW?4B
预应力锚索抗滑桩通过改变传统抗滑桩的受力状态，变悬臂梁为类简支梁，大大减小了桩身内力，使受力状态更加合理，同时能节省工程造价。在沈家坡变形体治理中节约造价５０％以上。 >O0<u
抗滑桩和预应力锚索的设计计算都是基于一些假定的，设计中要充分考虑由这些假定引起的误差才能保证工程方案的合理。对锚索预应力的计算还需要考虑初始阶段（施工结束）与滑坡推力的平衡、锚索张拉强度和锚具的锚固力的安全贮备问题。 =h.`
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对于大型滑坡体的治理应该注意信息施工法，及时发现施工中存在的问题，并对设计和施工方法做出调整，是滑坡体治理质量的保证。 *;Z a))
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（实习编辑：李 敏） ^ Z3y
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第一作者简介：赵国斌，男，１９７７年１１月生，现为中国地质大学（北京）工程技术学院防灾减灾工程及防护工程专业２００４级在读硕士研究生，北京市海淀区学院路89号，100083． R7c42L\QA
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