錨索抗滑樁在高邊坡治理工程中的應(yīng)用

■林恩凱 ■福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007

1 普通抗滑樁與錨索抗滑樁的受力對(duì)比分析

普通抗滑樁作用機(jī)理是把樁身嵌入滑動(dòng)面以下，僅僅依靠抗滑樁自身的強(qiáng)度和地基抗力來(lái)抵抗外力。錨索抗滑樁是在抗滑樁的樁頭通過(guò)錨索施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力錨索穿過(guò)滑動(dòng)面到達(dá)一定的錨固深度，用預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩平衡傾覆力矩，使原來(lái)的懸臂樁變成了近似的簡(jiǎn)支體系。通過(guò)對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力，可使樁身反壓在滑坡上，形成“主動(dòng)反壓”支擋結(jié)構(gòu)。使抗滑樁—預(yù)應(yīng)力錨索形成聯(lián)合受力體系(如圖)。顯然，應(yīng)用錨索抗滑樁治理邊坡優(yōu)于普通抗滑樁。

2 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算方法

錨索抗滑樁設(shè)計(jì)拉力和樁身內(nèi)力計(jì)算是重要的計(jì)算步驟，可以通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算。同時(shí)，樁身內(nèi)力在簡(jiǎn)化過(guò)程中要考慮動(dòng)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(shè)置不妨礙樁頂轉(zhuǎn)動(dòng)，只限制它在一定范圍內(nèi)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(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的受力狀態(tài)類(lèi)似簡(jiǎn)支梁。

2.2 錨索拉力計(jì)算

在預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算中，錨索預(yù)應(yīng)力的取值對(duì)抗滑樁的內(nèi)力計(jì)算影響較大，目前關(guān)于錨索預(yù)應(yīng)力值的計(jì)算方法，大致有以下幾種:(1)根據(jù)作用在樁上的滑坡推力及樁前滑面以上巖土抗力，計(jì)算出滑面處的剪力Q來(lái)確定錨索設(shè)計(jì)拉力T一般情況下，錨索的設(shè)計(jì)拉力為(1/2～4/7)Q比較合理，該結(jié)論與控制樁頂水平位移方法計(jì)算出來(lái)的結(jié)果相近。(2)根據(jù)錨索與樁變形協(xié)調(diào)原理，將錨索的預(yù)應(yīng)力按錨索設(shè)計(jì)拉力的60%－80%考慮，可求解錨索拉力。不過(guò)計(jì)算出的錨索預(yù)應(yīng)力和設(shè)計(jì)拉力應(yīng)根據(jù)樁頂位移控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核。(3)用控制樁頂位移的方法計(jì)算錨索的拉力T。一般認(rèn)為樁頂?shù)奈灰茟?yīng)該控制在0.0lh(h:為樁長(zhǎng))以?xún)?nèi)，當(dāng)周邊建筑物對(duì)抗滑樁的變形較敏感時(shí)，則應(yīng)控制在0.001h以?xún)?nèi)。錨索的預(yù)應(yīng)力一般按錨索設(shè)計(jì)拉力的60%－80%考慮。(4)根據(jù)作用于樁上的滑坡推力及錨索拉力使得樁正負(fù)彎矩大致相等的條件求解錨索總拉力。再根據(jù)錨索與樁的變形協(xié)調(diào)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(yù)應(yīng)力Ti=T－△T。(5)按長(zhǎng)期荷載作用確定錨索的預(yù)應(yīng)力。即根據(jù)作用于樁上的長(zhǎng)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(jì)算錨索的總拉力T，由于錨索與樁的變形協(xié)調(diào)，在錨索中增加的水平拉力為△T，可計(jì)算出每束錨索應(yīng)施加的預(yù)應(yīng)力。可以用簡(jiǎn)化計(jì)算方法為(如圖1):計(jì)算作用在每根樁上的滑坡推力E、樁前滑動(dòng)面上巖土的抗力E0、考慮滑坡體的抗滑力，計(jì)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(yīng)達(dá)(0.2～0.3)H0，再小就不能發(fā)揮錨索的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 錨索樁錨索拉力計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.3 抗滑樁的動(dòng)態(tài)受力分析

預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)主要考慮兩種情況:1)在抗滑樁施工完成后未能及時(shí)的對(duì)其增設(shè)

錨索并施加預(yù)應(yīng)力，此時(shí)坡體可能產(chǎn)生的滑坡推力全部作用在抗滑樁，則此時(shí)抗滑樁上受力狀態(tài)難以確定，應(yīng)按最不利受力狀態(tài)設(shè)計(jì).2)增設(shè)錨索并施加預(yù)應(yīng)力的階段，此時(shí)如果在抗滑樁剛施工完畢即進(jìn)行錨索設(shè)置張拉，則該階段的抗滑樁只承受預(yù)應(yīng)力的作用;如果是在第1階段的基礎(chǔ)上進(jìn)行錨索張拉，則此時(shí)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(jìn)行組合優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.4 樁身內(nèi)力計(jì)算

(1)樁身內(nèi)力計(jì)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?shù)耐饬Γ峦屏Π淳匦畏植迹瑯肚盎瑒?dòng)面以上巖土抗力按主動(dòng)土壓力或剩余下滑力計(jì)算，就很容易算出預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的樁身內(nèi)力。樁身內(nèi)力計(jì)算圖如圖2。計(jì)算時(shí)首先把各力移至滑面處，求出H0和M0:

圖2 樁身內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)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(diǎn)至滑動(dòng)面的距離;Ea為作用在樁上的樁前主動(dòng)土壓力;h為錨索合力作用點(diǎn)至滑動(dòng)面的距離;h1為滑動(dòng)面以上樁前巖土厚度。

根據(jù)計(jì)算得出的H0和M0，考慮抗滑樁的動(dòng)態(tài)受力情況，取一定的安全系數(shù)。算出樁身內(nèi)力，繪剪力圖彎矩圖，進(jìn)行配筋計(jì)算。

3 工程錨索抗滑樁工程實(shí)例

3.1 我院排下學(xué)區(qū)邊坡處理

為滿足拓寬道路要求，需開(kāi)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(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)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(wú)法滿足要求，所以采用抗滑樁加一道錨索進(jìn)行加固(如圖)。即在錨索未施加預(yù)應(yīng)力情況下、施加預(yù)應(yīng)力情況下都能確保邊坡穩(wěn)定和校區(qū)安全。抗滑樁為方形1000×1000@2000，樁頂設(shè)1500×800混凝土冠梁，錨索設(shè)置于冠梁處，采用6φ15.2鋼絞線，長(zhǎng)24～26m，間距3000布置。錨固段位于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖內(nèi)。設(shè)計(jì)錨索拉力為600KN。

錨索抗滑樁支護(hù)圖

3.2 施工中需重點(diǎn)控制好預(yù)應(yīng)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(gòu)成。因此要在施工中控制這幾個(gè)要素。(2)抗滑樁撓曲過(guò)大導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。尤其是按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論，抗滑樁施工完成后未能及時(shí)的增設(shè)錨索施加預(yù)應(yīng)力的階段，此時(shí)僅靠抗滑樁抵抗滑坡體，要保證抗滑樁的剛度。要在施加預(yù)應(yīng)力后才能卸除抗滑樁坡前的現(xiàn)狀邊坡即開(kāi)挖現(xiàn)狀邊坡。

3.3 抗滑樁的監(jiān)測(cè)

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(cè)已完成的抗滑樁樁身位移和抗滑樁兩側(cè)土壓力，進(jìn)而為邊坡的變形和穩(wěn)定狀況提供依據(jù)。從現(xiàn)場(chǎng)施工的118根錨索抗滑樁中選擇了8根抗滑樁作為監(jiān)測(cè)體實(shí)施了監(jiān)測(cè)。施工完畢6個(gè)月來(lái)，樁身位移和變形均很小，符合要求。

3.4 錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)

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

4 結(jié)論

(1)錨索抗滑樁比普通的抗滑樁更好達(dá)到治理邊坡的效果。

(2)應(yīng)用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化計(jì)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(diǎn)控制錨索抗滑樁生效的情形，通過(guò)抗滑樁和錨索預(yù)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，我院排下學(xué)區(qū)邊坡加固使用錨索抗滑樁達(dá)到加固效果。