滑坡治理中应用预应力锚索框架结构技术要点分析_张来功.pdf

滑坡治理中应用预应力锚索框架结构技术要点分析张来功(广东省核工业地质调查院 广东省 广州市 5 1 0 8 0 0)作者简介张来功(1 9 8 9年),男,研究生,岩土工程师,从事地质灾害勘查、设计工作。摘 要 预应力锚索框架结构是把钢筋混凝土框架和预应力锚索进行科学组合,从而得到一种更具可靠性和稳定性的支护结构,借助于预应力锚索、框架以及边坡岩土体之间的相互作用,有效承受边坡变形的作用力,确保边坡稳定。本文结合笔者实际工作研究,探讨了预应力锚索框架结构在滑坡治理中的具体应用,同时以实际工程作为案例展开分析。关键词 滑坡治理;预应力锚索;框架结构;技术要点 1.预应力锚索框架结构机理及特点预应力锚索框架结构包含了预应力锚索、钢筋混凝土框架梁和边坡岩土体。预应力锚索需要承担边坡下滑力,混凝土框架需要确保岩土体不发生位移,同时维持稳定。预应力能够让施加于潜在位移面的法向力提升,进而让位移面的摩擦力顺势提高,提升抗滑性能。另外预应力还可以让位移带的土体保持固结,进一步优化其力学性能,降低下滑位移力。按照其作用机理,预应力锚索、框架以及边坡岩土体必须相互作用才可以顺利形成支挡结构,岩土体边坡加固对象不单单是对预应力锚索框架施加外力的来源,同时也属于框架结构的重要组成部分。另外,预应力锚索框架结构较为轻便,施工作业更加便捷,不会因为地形而受到影响,成本和风险因素较低,更加适合高陡边坡滑坡治理。当主体结构顺利形成后,还能够配置更多柔性防护措施,从而有效保护主体结构1。2.锚索设计与锚杆配置2.1锚索设计(1)通过合理的途径来保证被锚固的结构能够顺利承受施工荷载,避免出现安全事故。(2)不能够对条件不同、试验数据无说服力的项目进行学习与借鉴,且在开展项目之前必须要进行锚杆基本试验。(3)使用可回收锚杆、抗疲劳荷载锚杆、水下施工锚杆时,应当在使用前对其基本性能进行测试,待试验结果满足相关标准时才能够用于施工2。2.2锚杆配置锚杆倾角。必须要保证锚杆轴线能够和作用力方向相同,所产生的效果才最佳,但由于现实施工条件的影响,达成这一目的较为困难。主要是因为边坡临空面和锚杆轴线所存在的夹角会对锚杆轴力分力产生一定的影响,一般来说越大的夹角意味着更大的施工难度。因此锚杆倾角不能够超过3 5,且要尽可能的超过1 0。如若低于1 0,那么诸如水泥砂浆这类灌浆材料会在硬化时产生一定数量的浆液与残渣,让锚杆承载力受到不利的影响。由此可见,所设计的锚杆倾角应当在1 0 至3 5 这一范围之内,并根据图1来确定最优安装角:图1 锚杆安装角设P在滑动面形成的总抗滑力是Fp,则有:Fp=ps i n(a+)t a n-P如此来对安装角进行确定时,要确保上述公式中处于最大值,所以可以对公式予以求导:让 Fp=0,能够得到=-a同时 Fp=-ps i n(a+)t a n-Pc o s(a+)0,基于这一公式能够计算得到以及上述公式中Fp的最大值。若图1中a=5 7,=3 0,那么=-a=-2 7,由于是负角,即应是向上的仰角,实际施工过程中取(-)的值。670DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.0263.滑坡治理中预应力锚索框架结构技术要点3.1制锚设置编索平台。选择相对平整的场地设置高度在0.5 m、宽度1.5 m左右的台架,确保编索平台保持平直。钢绞线选择无齿锯截断,长度通常情况下为孔深+1.5 m左右。在编索时,把已经截断完成的钢绞线平顺放在架上并仔细进行检查,同时需要确保钢绞线表面清洁无污,钢绞线与其他管路需要保持平顺,并对外锚段编号。对聚乙烯管进行安装。把单根钢绞线的自由段装入管中,将管放置于锚固底部密封封口位置。防腐处理。自由段锚索钢绞线和聚乙烯管间存在的空隙需要选择防腐油脂予以涂抹,对锚头防腐一般情况下在垫板下注入防腐油脂,确保能够完全填满。制作安装中支架以及隔离环。内锚固段间隔1 m左右需要设置中支架,自由段通常间隔1.5 m左右设置中支架。注浆管顺着中支架中心孔穿过,确保其达到孔底4 0 0 mm左右的位置,支架之间选择无锌铅丝实施绑扎,具体松紧需要保持注浆管可以活动,让整个锚索处于枣核状即可。锚索底部位置需 要 安 装 顶 帽,顶 帽 和 孔 底 之 间 的 距 离 控 制在1 0 0 mm。3.2下锚锚索正式入孔之前需要选择和锚索束直径一致的探头进行探孔,保证钻孔通畅,将相应的锚索转移到孔口附近。选择钢管脚手架在倾斜的垂直面设置导向架亦或是人工作业平台。若下锚过程中受到阻碍,应当将其完全退出之后,选择钻机扫孔保证孔内通畅后再进行下锚。3.3注浆注浆选择反向注浆的方式,保证一次完成。设置压力在2 0 0到3 0 0 k P a,灰浆可选择搅拌机实施拌合,随后利用注浆机进行压注,经由注浆管顺利进入锚固段。当浆液略微从孔口溢出,灰浆和灌入砂浆的颜色保持相对一致的情况下即可暂停送料,注浆结束后2 4 h需要实施查验,如果存在收缩、沉降等问题,必须第一时间补浆。3.4锚索框架梁施工锚索框架梁选择C 2 0混凝土实施整体浇筑而成。正式开始施工作业之前需要对边坡合理修正,同时开挖梁槽。对表面松土实施有效清理后铺上25 c m左右的砂浆,随后对钢筋予以制作安装。钢筋接头应当保持错开,相同截面的接头数量应当控制在总钢筋数量的一半之内,同时存在焊接头的截面距离应大于1 m。对钢筋进行安装时需要尤其做好对锚索钢管埋设以及锚定板的定位。最后实施混凝土浇筑,锚孔附近位置钢筋相对密集,必须要认真振捣,确保质量3。3.5锚具安装及张拉锁定锚具安装:确保浆体符合设计强度后,配置相应锚具,进行张拉。张拉锁定:标定。进行张拉之前需要对全部张拉设备予以标定,绘制千斤顶出力F(k N)和压力表读数P(MP a)曲线,以此作为重要的参考依据。标定过程中千斤顶最大出力需要超过锚索张拉的值。若存在振动冲击损坏压力表亦或是断丝冲缸的问题,应当对张拉设备予以再次标定。张拉锁定。进行张拉之前需要对各个锚索钢绞线的理论伸长值予以准确计算。工具锚上孔的排列位置应当和前端工作锚的孔位保持一致,禁止在千斤顶穿心孔内出现钢绞线交叉的问题,同时在工具锚夹片表面涂抹一层退锚灵。最后需要把钢绞线上露头、锚具以及钢垫板表面的泥浆或者锈蚀予以清理,涂抹一层防腐剂。3.6锚墩位移监测锚索张拉时不单单要对钢绞线张拉力实施全面监测,同时应当对锚墩的位移情况予以严格控制,结合锚墩的实际配筋参数以及设计单位提出的允许内倾位移值等确定张拉锁定工作。如果内倾位移超出允许范围必须第一时间暂停张拉,找出原因,避免锚墩由于张拉力超标而产生内倾破坏5。3.7封锚针对预应力损失较为严重的锚索实施张拉补偿后,从锚具开始预留1 0 c m左右的钢绞线,把多余钢绞线进行切除。确保钢绞线上露头、锚具以及钢垫板表面清洁干净,最后实施防腐作业。把锚索台座接触面凿毛,涂抹一层和封锚水泥相同的水泥浆液,随后浇筑锚固头实现有效封锚4。4.预应力锚索框架结构在工程实例中的应用选取笔者曾经参与的某山区地质灾害治理及生态修复工程项目为例展开研究。4.1工程概况该工程中,滑坡事故最早发生于2 0 1 0年前后,根据当时滑坡体在民房墙壁上遗留痕迹推测,滑坡土体在屋角处堆积厚度达2 m,并对房屋局部墙体造成损毁,灾害发生后坡脚居民将滑坡体自行进行了清理,并对房屋损毁部分进行了修缮。目前,该边坡未采取任何支护加固措施或系统性截排水措施,仍存在潜在滑动的坡面宽约6 0 m,高约2 0 m。由于近年来坡脚位置多次发生小规模滑塌,每次滑塌后均对坡脚土体进行清理,导致坡脚形成较陡临空面,坡度明显超过边770 水文地质、环境地质、工程地质坡土体的自然休止角,为滑坡灾害的发生创造了有利条件。4.2灾害点结构特征该滑坡潜在滑动范围坡脚位置宽约6 0 m,垂直高差约2 0 m,坡面坡度2 5 3 5,滑坡前缘到滑坡后缘长约5 0 m。坡脚距离房屋约6 m8 m,在民房与边坡之间形成缓冲空间。坡脚开挖有简易排水沟,未采取硬化措施,由于上方临空坡面土体掉落于沟内,导致排水不畅,出现雨水在沟内存积。一级边坡上缘局部滑塌土体堆积于坡脚与简易排水沟之间,堆积体土质松散,有少许植被生长。坡面植被发育,人为分台放坡痕迹明显,局部由于台阶过陡发生滑塌。距离坡脚约5 0 m。有一长约5 m、宽约1 0 c m、两侧上下错动高差约2 0 c m的张拉裂缝,裂缝向两端逐渐变窄直至消失。该边坡坡面呈扇形汇水地貌,边坡坡面较长、坡度较缓,导致坡面雨水沿坡面径流速度缓慢,汛期坡面汇集大量雨水并在坡脚聚集,导致坡脚土体软化,对边坡坡体稳定存在较大影响。4.3诱发机理分析由于坡脚开挖后未做支护措施,临空面土体失去原有土体支撑,坡体局部出现应力集中;边坡坡面呈扇形汇水地形,遇强降雨天气,坡面汇集大量雨水,雨水沿坡面向下径流的同时大量雨水下渗,致使上覆土层含水率迅速提高,土体在短时间内重度增加、粘结强度降低;加之坡脚简易排水沟未做硬化处理,坡面流经坡脚雨水不能及时排除,致使坡脚土体软化,对上部土体支撑力进一步减小。在此过程中,当坡面上覆土层自重沿某一软弱面切向的分力与土体自身所能提供的抗力相当时,将导致裂缝的形成与扩展,乃至直接导致滑坡灾害的发生。4.4治理方案设计采用“分级放坡+坡脚挡土墙+锚杆(索)+格构梁+坡面撒播草籽+截排水沟+监测等”综合措施对潜在坡面进行加固处理。方案简易说明如下:坡面植被清理及分级放坡:清除削坡范围内坡面植被,涉及到树木的应将树木根茎挖除;削坡根据坡面坡度进行,边坡左侧较陡,坡脚墙顶以上按两级分级放坡,中间及右侧部分较缓墙顶以上仅做坡面整平,削坡采用机械与人工相结合的方式进行。坡脚挡土墙:由于坡脚位置多年连续发生小规模滑塌,在坡脚位置新建钢筋混凝土护脚墙,墙高5 m,其中地面以下2.0 m,地面以上3.0 m,坡脚挡墙采用钢筋混凝土结构。锚杆(索)格构梁:墙顶以上分两级放坡,一级边坡采用预应力锚索+格构梁加固坡体,锚索37 1 5.2,1 3 02 5 0 0,轴向力标准值3 0 0 k N,锁定值2 1 0 k N;二级边坡采用锚杆+格构梁加固坡体,杆体采用HR B 4 0 0级钢筋,水平向间距为2.5 m,纵向间距以控制高差为主,锚杆(索)成孔直径1 3 0 mm,置于纵横格梁交汇处。格构梁:格构梁截面宽、高尺寸为0.3 m0.4 m,要求先抽槽后施工格梁,格梁埋入坡面1/2,保 证格梁与坡 面紧密接触,采 用C 2 5混 凝 土现浇。坡面撒播草籽:为防止坡面水土流失,保护生态环境及坡面美观,在格构梁格栅中间进行撒播黑麦草草籽进行绿化。截排水系统:坡顶为汇水地貌,为防止坡顶雨水沿坡面下流过程中下渗,影响坡面土体稳定,在坡顶削坡上缘2.0 m处设置一道截水沟,依地形布设,确保沟内不出现积水现象,平台及坡脚位置设置排水沟,平台排水沟设置在平台内侧,截排水沟均采用C 2 5素混凝土浇筑,且纵向每间隔2 0 m设置宽2 c m的变形缝,缝内用沥青麻絮填塞,跌水步梯采用钢筋混凝土结构。4.5治理方案应用效果治理方案正式应用之后,通过对边坡稳固的监测,所观测到的数值均在设计范围内,通过4个雨季的考验,边坡不曾发现不稳定迹象,在很大程度上降低了滑坡灾害的发生几率。代表本方案是有效的。5.结语总而言之,对不稳定边坡以及滑坡治理工作而言,借助于预应力锚索框架结构可以有效优化岩土体内部应力情况,确保边坡稳定性,避免出现较大的变形与位移,保证工程施工安全。参考文献1孙淑琴.预应力锚索框架梁防护技术在高边坡中的应用J.工程技术研究,2 0 1 9,4(1 9):1 3 0-1 3 1.2朱彦鹏,陶钧,杨校辉,彭俊国,吴强.框架预应力锚托板结构加固高填方边坡设计与数值分析J.岩土力学,2 0 2 0,4 1(0 2):6 1 2-6 2 3.3付晓,冀文有,张建经,等.锚索框架梁加固平面滑动型边坡地震动力响应J.岩土力学,2 0 1 8,3 9(0 5):1 7 0 9-1 7 1 9.4潘团结.预应力锚索框架边坡支护的设计参数优化分析J.低碳世界,2 0 1 7(1 0)