錨索抗滑樁在高邊坡治理工程中的應用

■林恩凱 ■福建船政交通職業(yè)學院，福建 福州 350007

1 普通抗滑樁與錨索抗滑樁的受力對比分析

普通抗滑樁作用機理是把樁身嵌入滑動面以下，僅僅依靠抗滑樁自身的強度和地基抗力來抵抗外力。錨索抗滑樁是在抗滑樁的樁頭通過錨索施加預應力，預應力錨索穿過滑動面到達一定的錨固深度，用預應力產生的穩(wěn)定力矩平衡傾覆力矩，使原來的懸臂樁變成了近似的簡支體系。通過對錨索施加預應力，可使樁身反壓在滑坡上，形成“主動反壓”支擋結構。使抗滑樁—預應力錨索形成聯(lián)合受力體系(如圖)。顯然，應用錨索抗滑樁治理邊坡優(yōu)于普通抗滑樁。

2 預應力錨索抗滑樁設計計算方法

錨索抗滑樁設計拉力和樁身內力計算是重要的計算步驟，可以通過簡化計算。同時，樁身內力在簡化過程中要考慮動態(tài)受力情況。

2.1 錨索抗滑樁變形條件假定

(1)樁頂錨索的設置不妨礙樁頂轉動，只限制它在一定范圍內發(fā)生水平位移，它們是鉸性連接;(2)樁在彈性地基中受力變形;(3)預應力錨索抗滑樁的受力狀態(tài)類似簡支梁。

2.2 錨索拉力計算

在預應力錨索抗滑樁的設計計算中，錨索預應力的取值對抗滑樁的內力計算影響較大，目前關于錨索預應力值的計算方法，大致有以下幾種:(1)根據作用在樁上的滑坡推力及樁前滑面以上巖土抗力，計算出滑面處的剪力Q來確定錨索設計拉力T一般情況下，錨索的設計拉力為(1/2～4/7)Q比較合理，該結論與控制樁頂水平位移方法計算出來的結果相近。(2)根據錨索與樁變形協(xié)調原理，將錨索的預應力按錨索設計拉力的60%－80%考慮，可求解錨索拉力。不過計算出的錨索預應力和設計拉力應根據樁頂位移控制標準進行校核。(3)用控制樁頂位移的方法計算錨索的拉力T。一般認為樁頂的位移應該控制在0.0lh(h:為樁長)以內，當周邊建筑物對抗滑樁的變形較敏感時，則應控制在0.001h以內。錨索的預應力一般按錨索設計拉力的60%－80%考慮。(4)根據作用于樁上的滑坡推力及錨索拉力使得樁正負彎矩大致相等的條件求解錨索總拉力。再根據錨索與樁的變形協(xié)調原理求出滑坡推力作用下錨索中增加的拉力△T，則錨索所需施加的預應力Ti=T－△T。(5)按長期荷載作用確定錨索的預應力。即根據作用于樁上的長期荷載及錨索拉力共同作用下，假定樁在滑面處彎矩為零計算錨索的總拉力T，由于錨索與樁的變形協(xié)調，在錨索中增加的水平拉力為△T，可計算出每束錨索應施加的預應力?？梢杂煤喕嬎惴椒?如圖1):計算作用在每根樁上的滑坡推力E、樁前滑動面上巖土的抗力E0、考慮滑坡體的抗滑力，計算出H0，錨索拉力取P=0.5H0是比較常規(guī)的做法，為有效減小樁彎矩，應達(0.2～0.3)H0，再小就不能發(fā)揮錨索的優(yōu)點。

圖1 錨索樁錨索拉力計算簡圖

2.3 抗滑樁的動態(tài)受力分析

預應力錨索抗滑樁動態(tài)設計主要考慮兩種情況:1)在抗滑樁施工完成后未能及時的對其增設

錨索并施加預應力，此時坡體可能產生的滑坡推力全部作用在抗滑樁，則此時抗滑樁上受力狀態(tài)難以確定，應按最不利受力狀態(tài)設計.2)增設錨索并施加預應力的階段，此時如果在抗滑樁剛施工完畢即進行錨索設置張拉，則該階段的抗滑樁只承受預應力的作用;如果是在第1階段的基礎上進行錨索張拉，則此時抗滑樁既承受自然狀態(tài)下的滑坡推力作用又承受錨索張拉力的作用，則必須進行組合優(yōu)化設計。

2.4 樁身內力計算

(1)樁身內力計算。求出單根樁上錨索的總拉力在水平方向的分力P之后，把其視為作用在樁頂的外力，滑坡推力按矩形分布，樁前滑動面以上巖土抗力按主動土壓力或剩余下滑力計算，就很容易算出預應力錨索抗滑樁的樁身內力。樁身內力計算圖如圖2。計算時首先把各力移至滑面處，求出H0和M0:

圖2 樁身內力計算簡圖

式中:E為作用在樁上的滑坡推力;h。為滑坡推力合力作用點至滑動面的距離;Ea為作用在樁上的樁前主動土壓力;h為錨索合力作用點至滑動面的距離;h1為滑動面以上樁前巖土厚度。

根據計算得出的H0和M0，考慮抗滑樁的動態(tài)受力情況，取一定的安全系數。算出樁身內力，繪剪力圖彎矩圖，進行配筋計算。

3 工程錨索抗滑樁工程實例

3.1 我院排下學區(qū)邊坡處理

為滿足拓寬道路要求，需開挖我院排下校區(qū)現(xiàn)狀邊坡，土層情況分別為雜填土、沙石狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖。邊坡上為我院排下校區(qū)，因坡面較陡和巖層破碎，采用普通的抗滑樁無法滿足要求，所以采用抗滑樁加一道錨索進行加固(如圖)。即在錨索未施加預應力情況下、施加預應力情況下都能確保邊坡穩(wěn)定和校區(qū)安全?？够瑯稙榉叫?000×1000@2000，樁頂設1500×800混凝土冠梁，錨索設置于冠梁處，采用6φ15.2鋼絞線，長24～26m，間距3000布置。錨固段位于碎塊狀強風化花崗巖內。設計錨索拉力為600KN。

錨索抗滑樁支護圖

3.2 施工中需重點控制好預應力錨索抗滑樁可能失效的2種情形

(1)錨索沿孔壁被拔出。錨索抗拔力由錨固段、孔徑、注漿等因素構成。因此要在施工中控制這幾個要素。(2)抗滑樁撓曲過大導致邊坡失穩(wěn)。尤其是按照動態(tài)設計理論，抗滑樁施工完成后未能及時的增設錨索施加預應力的階段，此時僅靠抗滑樁抵抗滑坡體，要保證抗滑樁的剛度。要在施加預應力后才能卸除抗滑樁坡前的現(xiàn)狀邊坡即開挖現(xiàn)狀邊坡。

3.3 抗滑樁的監(jiān)測

為全面了解滑坡整治工作的效果，掌握滑坡區(qū)滑坡體穩(wěn)定狀態(tài)和抗滑樁的受力和位移情況，檢測已完成的抗滑樁樁身位移和抗滑樁兩側土壓力，進而為邊坡的變形和穩(wěn)定狀況提供依據。從現(xiàn)場施工的118根錨索抗滑樁中選擇了8根抗滑樁作為監(jiān)測體實施了監(jiān)測。施工完畢6個月來，樁身位移和變形均很小，符合要求。

3.4 錨索預應力監(jiān)測

選擇8根錨索做預應力監(jiān)測，錨索預應力在監(jiān)測的前3個月內都有0.8%～5%不同程度的增加。這說明滑坡體有向前推移的趨勢，并反映出深部滑坡體有間歇性蠕變現(xiàn)象。在監(jiān)測的后3個月逐漸穩(wěn)定。錨索抗滑樁處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結論

(1)錨索抗滑樁比普通的抗滑樁更好達到治理邊坡的效果。

(2)應用動態(tài)設計、簡化計算使錨索抗滑樁能滿足狀態(tài)下受力要求。

(3)在施工中重點控制錨索抗滑樁生效的情形，通過抗滑樁和錨索預應力的監(jiān)測，我院排下學區(qū)邊坡加固使用錨索抗滑樁達到加固效果。