预应力锚索抗滑桩在滑坡治理中的应用
滑坡治理是一项投资巨大、技术复杂、施工危险而艰巨的抗灾工程。我国是一个滑坡灾害相当严重的国家，多年来，为确保人民生命财产的安全，保障经济建设的顺利进行，国家在滑坡防治工作上，耗费了大量的人力、物力和财力。上世纪50年代，我国多用挡土墙治理滑坡，这种支挡结构无论从理论和施工方法上，都是既不合理也不经济，只能治理很小规模的滑坡。60年代后期，开始使用抗滑桩治理滑坡，由于抗滑桩具有比挡土墙开挖面小、圬工体积小、施工速度快等优点，很快在全国推广应用，至今仍在大规模使用。但随着需要治理的滑坡规模的增大，抗滑桩截面积和长度也越来越大，材料消耗量变的非常庞大，人们便逐渐认识到其结构的缺陷：抗滑桩是大悬臂受力，主要靠滑动面以下的桩身所受的地基反力来平衡滑坡推力，受力机制不合理，需要的桩长和截面大，材料消耗多，工程造价昂贵。为了改善抗滑桩的这种受力状况，经过不断摸索和实践，预应力锚索抗滑桩便逐渐在滑坡治理中得到应用。同时随着炼钢工艺的不断发展，高强度钢材特别是高强度钢绞线的广泛应用，为预应力锚索抗滑桩的推广应用提供了技术和物质保证。
1、基本结构和抗滑机理
预应力锚索抗滑桩具有“主动支护、柔性支护、概念明确、经济合理”的特点，其结构主要由抗滑桩、预应力锚索、锚具等组成。位于滑面以下稳定基岩内的锚索称为锚固段，其余为张拉段。对锚索施加预应力后，通过锚具将其与抗滑桩相连接，它的另一端穿过滑坡体后锚固于滑床内，从而使抗滑桩和预应力锚索组成一个联合受力体系。用锚索拉力和桩体共同平衡滑坡推力，彻底改变了一般抗滑桩大悬臂受力的状况，改变了抗滑桩单一靠嵌固段地基抗力平衡滑坡推力的机理（见图1）。这样作用的结果，使得桩内弯矩大大减小，桩径变细，桩的埋置深度变浅，达到了结构受力合理、节省投资、节约材料、缩短工期的目的。从桩的受力机制看，普通悬臂抗滑桩是“被动型”的受力状态，施工后在滑坡推力的继续作用下发生位移，桩才能逐渐具备抗滑能力，这对保护滑体上的已有建筑物非常不利。而预应力锚索抗滑桩是“主动型”，施加预应力后，滑体受到反推力，这样就可以立即起到止滑的作用，滑体上已有建筑物不再继续变形，个别情况下原有变形裂缝还会逐渐弥合。
图1 预应力锚索抗滑桩示意图
2、设计计算方法和流程
一般悬臂抗滑桩，设计者只能利用已有资料的参数进行设计，桩的实有抗滑能力无法确知和直接验证。预应力锚索抗滑桩由于张拉预应力，它的抗滑能力是确切可知的，这种设计容易做到经济合理、准确可靠。预应力锚索抗滑桩的受力特点类似上端铰支、下端弹性固结或简支的梁式结构，滑坡推力在其上的分布近似矩形，由于桩顶位移需控制在2～4 cm，因此预应力锚索抗滑桩的计算可采用“变位协调法”。根据桩顶抗滑桩和锚索位移变形协调条件，先确定锚索设计拉力A，锚索设计拉力A确定后，把它视为集中力作用在桩上，采用相应公式便可计算出桩身内力，然后即可进行配筋计算。其设计流程如图2。
3、施工方法
预应力锚索抗滑桩的桩身，可以采用大直径的钻孔桩，亦可以采用挖孔桩，还可以采用钻孔桩组成的排架桩。由于滑体部分岩石可能比较破碎，钻孔要采用泥浆或套管护壁，挖孔桩要采用钢筋混凝土护壁，按竖井法施工。锚索孔应按设计要求钻斜孔，选用的钻孔机具要具有这方面的性能。施工时先进行抗滑桩施工，在桩身预留锚索孔，桩身完工后，钻锚孔，并用高压风反复吹洗锚孔，使孔壁清洁。插入钢绞线至设计位置，锚固端用C30水泥砂浆充填，砂浆配合比为水泥：砂：水=1∶0.5∶0.45，采用P·O 52．5普通硅酸盐水泥，待抗滑桩及锚固端内浆体达到龄期后实施张拉，张拉分为6级进行：分别为设计张拉力的10％、25％、50％、75％、100％及110％。其观测时间前5级均为5min，最后一级为15 min。为弥补土体压缩造成的预应力损失，锚索张拉后10～15d对全部锚索进行一次补张拉，然后进行自由端注浆，对自由端注浆空间要进行补浆处理，最后，将锚索外露部分切除，用混凝土将锚头封死，以防止顶端锈蚀。
图2 预应力锚索坑滑桩设计流程图
4、工程实例
某滑坡体后缘边界为基岩，现有新公路切割通过，滑坡前缘为一公路横穿。滑坡区地形北高南低，东西宽约500m，南北长650 m。滑坡体最大厚度35 m，平均厚约18 m，体积约6 000 m
3。该滑坡为大型松散堆积层滑坡，滑体主要由粉质粘土夹碎块石及碎块石土组成，表层为人工填土，滑坡体厚度变化大，为2.45～35.00 m。滑带土以褐黄色夹灰白色可塑状粘土为主，其间含泥岩角砾，粒径为10～30 mm，具搓揉磨光现象。所见滑面平直，镜面光滑，擦痕清晰，部分滑面上有灰白色粘膜，滑带土厚度0.30～1.00 m。滑床是由中侏罗统上沙溪庙组第三段泥、岩砂组成，滑床前段为巨厚层长石石英砂岩，后段为紫红色泥岩。滑床形态是后陡（倾角20～35°）、中缓（平均倾角10°）、前缘平坦并微具反倾坡内的特点。该区属于亚热带季风气候区，雨量充沛，多年平均降雨量1191.3 mm，降雨多集中在5月至9月，占全年70％左右。一次最大降雨量280mm，日平均降雨强度为140mm，是诱发大、中型滑坡的临界降雨值。滑坡区地下水以松散岩类孔隙水为主，人工填土及粉质粘土含少量的孔隙潜水，地下水位埋深1.86～15.25m。
在该滑坡整治设计时，对普通抗滑桩和预应力锚索抗滑桩两种方案进行计算分析，以滑坡体主轴断面为例，其滑面受力及桩顶位移计算结果见表1。从中可以看出：在桩顶施加预应力后，桩身滑面处剪力、弯矩大大减小，桩顶位移得到有效控制。
表1 滑面受力及桩顶位移计算结果
普通抗滑桩要满足设计要求，截面须3 m×3.5 m，桩长32 m；而采用预应力锚索抗滑桩截面只须2 m×3m，桩长27 m。其单桩经济效益比较见表2。
表2单桩经济效益比较
由此可见，预应力锚索抗滑桩可大幅度节约材料，降低造价，就本工程而言，每根桩节约造价40％左右，整治黄泥包滑坡所需79根桩可节约投资约1187万元，其经济效益十分显著。
5、结束语
从预应力锚索抗滑桩的设计计算和工程实践，可以得出以下几点认识：
① 预应力锚索抗滑桩作为一种支挡结构物，技术上具有明显优越性。通过调整锚索作用点位置，可使得抗滑桩内力分布更趋合理，从而达到节省工程造价的目的。
② 预应力锚索抗滑桩较普通抗滑桩而言，能承受更大外力，因此它的应用范围更为广泛。
③ 预应力锚索抗滑桩因预应力锚索的约束，使得抗滑桩的变位受到有效控制，从而使桩前土体强度得到充分发挥。
④ 预应力锚索抗滑桩作为一种新型的支挡结构物，其计算理论尚不够成熟，“变位协调法”基于锚索与桩身变位一致，但实际上，地质情况千变万化，施工工艺不尽相同，使得变位计算结果与实际存在较大出人，变位也不一定能很好协调，因此还需要进行深入的研究和探讨。
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