-预应力锚索抗滑桩

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，滑坡在长江流域及云贵川等地分布相当广泛。滑坡时常导致公路、铁路、水利工程等破坏，严重威胁着人民生命、财产的安全。滑坡可以发生在土质边坡，也可以发生在岩质边坡多年来。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。

建国后的相当长的一段时间内，我国多用挡土墙来治理滑坡，此种挡土墙的优点是山体破坏少，稳定滑坡收效快。但是据资料统计表明，多数挡土墙在使用中出现了不同程度的开裂、变形和破坏，说明这种结构形式无论从理论和施工方法上，都既不经济也不合理，而且只能治理下滑力不大的中小型滑坡，因此此种方法在很多情况下已经不能满足社会发展的需要。

70年代后期，开始使用抗滑桩治理滑坡，抗滑桩是借助桩与周围岩土共同作用，把滑坡推力传递到稳定地层的一种抗滑结构。这种方法是把桩基嵌入滑床或者破裂体之下，用桩身的抗剪强度阻止滑体滑移，其强度受外部因素的影响较小，而且容易在结构设计方面得到满足。抗滑桩一般适用于非塑体浅层和中厚层滑坡前缘，利用桩基自身的强度和地基抗力共同作用来抵抗滑移或倾覆力矩，具有位置灵活、可分散使用、圬工体积小、开挖面小、破坏滑体较少、施工速度快，并能立即产生抗滑作用等优点，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，减小桩截面，缩短悬臂长度，增大抵抗力矩，工程技术人员不断研究新的抗滑结构，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、几种常见的抗滑桩类型

(1)悬臂式抗滑桩

传统的抗滑桩的工作原理其实是大悬臂受力，用地基抗力、平衡强大的滑坡推力，故又称悬臂式抗滑桩。事实上，桩基承受侧向荷载的能力非常小，只有垂直荷载的1/10~1/13。这是因为两种力对桩产生截然不同的受力机制。在垂直受荷时，桩基能发挥桩壁摩阻力和桩端反力的共同作用，而且还充分利用砼的优良抗压性能；在承受侧向荷载时，桩基是一个受弯构件，而砼的受拉性能非常低。这时强大的滑坡推力往往使桩的直径和配筋大幅增加，且抗滑桩的断面积随着治理滑坡的规模的增大也越来越大，所以在滑体厚度较厚的土层滑坡中，采用悬臂式抗滑桩就不十分经济。另外，从桩的受力机制看，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，这对保护滑体上的己有建筑物非常不利。还有，一般悬臂式抗滑桩，设计者只能利用己有资料的参数进行设计，桩的实有抗滑能力却无法确知和直接验证。

(2) 锚杆抗滑桩

90年代初期，曾有人提出锚杆抗滑桩，目的就是为减少悬臂长度，增大抵抗力矩。而在锚拉桩作为抗滑支挡体系应用在土层滑坡中时，拉杆横向受力问题至今尚未明确解决，故在实际工程中，在以钢筋为拉杆的锚拉体系曾出现拉杆被剪断或拉杆与立柱的节点破坏的事故。与此同时，由于滑坡推力很大，锚杆锚固力又受到直径和长度的，使得锚杆抗滑桩无法改变抗滑悬臂受力的状况。

(3) 预应力锚索结构

预应力锚索抗滑桩，是将桩—锚索联合用于抗滑支挡结构，堪称是抗滑支挡结构的优化组合。桩基嵌固抗滑效果好，支挡面积大，但悬臂能力差；预应力锚索，抗拉性能好。

近10年来，预应力锚索加固技术已广泛应用于建筑结构物加固、边坡治理、大型地下洞室及深基坑支护等工程。

然而，根据我国近几年来预应力锚索应用情况及腐蚀破坏实例的分析来看，在高拉应力作用下，预应力筋会出现应力腐蚀，由于在设计、施工和使用中均存在一定的随意性，各部门各行业的规定也不同。而且岩土锚杆（索）所在的特定介质环境和高拉应力特点，使未经防腐或防腐不当的锚杆（索）发生腐蚀，其至导致破坏。

以预应力锚索为拉杆的结构，尽管受力上有较大的改善，但锚索与桩之间的内力分配上是一个难以确定的变数，且锚索在土层滑坡中的防腐蚀问题也难以得到很好解决，故在土层滑坡中不宜采用锚拉抗滑桩作为抗滑支挡结构。

(4)下沉式抗滑桩

下沉式抗滑桩，就是桩顶标高低于滑坡体表面一定深度的悬臂式抗滑桩，由于悬臂长度减短，相应弯矩值也小，其材料消耗量就比一般抗滑桩要经济。而且，尤其是在下沉式抗滑桩采用多排布置时，其下沉深度可以随着滑坡高度的变小逐渐变小，分层抵挡下沉式抗滑桩在较厚的土层滑坡治理中是一项值得推广的技术。但在应用上还存在很多问题，尽管实际工程中己开始有此方面的应用，下沉式抗滑桩受力分析等资料至今少有所见，特别是在多排集中布置时，现行规范中还存在着较大的空白，因此还有待于进一步去深入研究。

(5)其他类型抗滑桩

①抗滑键，也称键式抗滑桩。它充分利用岩体的整体特性，使抗滑桩的长度最大限度地在滑面附近，上部采用岩土充填，把滑坡体与滑床栓在一起。这种结构多用于顺层岩质边坡。

②承台式抗滑桩，是将3-4根抗滑单桩在桩顶用承台联结，共同抗拒承担滑体推力，这种结构形式的整体性较好。

③抗滑刚架桩，是将前后两根桩用一根横粱连结成一整体刚架，共同承受滑坡推力。

④桩板墙，由钢筋混凝土抗滑桩和浆砌片石板组成，板墙承受桩间土内的土压力，并传给抗滑桩，桩的下部嵌入稳定岩层内，承受滑坡推力，阻挡滑体下滑。

⑤椅式桩墙，它用拱板支挡桩间滑体岩土，将滑坡推力传给桩基，桩嵌入稳定岩层，刚度很大的上挡取代了抗滑桩的悬臂段，这种结构形式的优点是不需配置受力钢筋。

本文重点对滑坡治理中几种常用的方法及其优缺点作了简要介绍，从上可以看出，当今，在滑坡治理中，挡土墙和锚杆的适用面最狭窄，而且其在经济上和受力上都不是十分合理，最常用的为预应力锚索和悬臂式抗滑桩，但同时我们也可以看出它们的局限性。下面重点介绍预应力锚索抗滑桩的在滑坡治理中的应用。

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，通过锚具将锚固段与抗滑桩相连接，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受力机制，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。这样作用的结果，使得桩内弯矩大大减少，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，使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。与此同时，预应力锚索抗滑桩和钻孔的机械化施工，减轻了劳动强度，缩短了工期，一般可缩短1/3左右。而且，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。

２ 设计计算方法

早期的抗滑桩的设计主要参照桩基的设计推导演变而来。70年代末以来国内外许多研究者对抗滑桩的设计理论、方法和参数进行了广泛的研究探讨。并结合实际土程进行了现场测试，使得抗滑桩设计理论自80年代初以来逐步完善。随着对抗滑桩研究的重视，建立在理论分析和试验基础上的计算方法，越来越接近于其实际受力状况。

一般悬臂抗滑桩，设计者只能利用已有的资料参数进行设计，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、下端弹性团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2cm～4cm，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。

３ 施工工艺

3.1 抗滑桩。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。挖孔桩要采用钢筋混凝土护壁，按竖井法施工。一般桩间距为4~6m，目前多用矩形桩，边长2~3m，以截面1.5*2.0m及2*3m两种尺寸较为常见，桩长为16~30m，其中锚固段(滑动面以下的桩身)为桩长的1/3~1/5。

抗滑桩施工工序如下：场地平整→测量放样→设立提升支架→人工挖孔→浇注砼护壁→桩底清孔→制作钢筋笼→下钢筋笼→安装导管→浇注砼→砼养护。

矩形截面的抗滑桩成孔均采用人工挖孔，石方开挖尽可能用风镐开挖，开挖困难时采用分层浅孔爆破法开挖。配备YQ-100型钻机和耗风量6m3／min空压机。

(1) 桩孔施工。整平桩位地面后，根据设计孔位进行施工放样，四周挖设临时排水沟，防止雨水进人井内。按间隔开挖的施工原则进行开挖。开挖过程中保持桩孔垂直，土方及软石段每开挖1.0m，施工一节砼护壁。遇有地下水时用潜水泵抽水。井内爆破孔位按梅花形交叉布置，并控制好药量。爆破后用高压风管吹风排烟尘，待烟尘排净后再下井作业。开挖一段后及时进行岩土编录，并注意核对滑动面位置。

(2) 钢筋笼制作和安装。钢筋笼的制作均在现场加工进行，采用立焊法，在井口对每根桩的各节钢筋进行焊接，人工吊放、安装钢筋笼。注意竖筋的搭接处不可放在土石分界和滑动面处。

(3) 孔桩声测管埋设

抗滑桩桩基检测用声测管采用内径大于50mm、壁厚3~4mm的钢管，按照设计图纸布设，一般绑扎在钢筋笼的内侧四个角位置，管顶高处抗滑桩顶10~30cm。对接时采用内径为65mm，壁厚3~4mm、长为20cm的钢管接头，将接头与声测管连接密实，以防砼浆漏入管内，声测管的底口用钢板焊严实，顶口用螺帽封口，进行密封，以防砼漏入。

(4) 混凝土施工。桩身采用C25混凝土，灌注采用串简伸至浇注面1~2m，连续灌注，每灌注0.5~0.7m时用插人式振动器振捣一次。灌注完毕后对露出地表的抗滑桩部位进行及时养护。

(5) 在每根抗滑桩距桩顶1.0m处预留锚索孔(预应力锚索抗滑桩多用单锚，桩长>30m的则会用双锚或多锚)，并注意孔道方向与设计一致。

3.2 钻孔。锚索孔应按设计要求钻斜孔，一般与水平面成20~30°夹角，选用的钻孔机具要具有这方面的性能。

(1) 钻机就位：根据抗滑桩预留的孔位搭设工作面，可利用施工抗滑桩的支架并进行加固，安装钻机时保证钻机底座水平，钻机立轴调整为设计角度。

(2) 成孔、清孔：采用100B轻型潜孔式钻机干法成孔，对于滑体部分岩石可能比较破碎的，钻孔要采用泥浆或套管护壁，钻孔直径150mm。锚索孔眼时常发生塌孔，不能正常施工的。可采用的处治方法为注双液浆固结松散体，钻机二次钻孔，双液浆配合比为(水玻璃:水泥浆=1:0.5)，其中水泥浆的水灰比为0.7:0.9。成孔后用高压风反复吹洗锚孔进行清孔工作，使孔壁清洁，直至孔内无粉尘排出为止。

3.3 锚索制作与安装。钢绞线平顺地放在作业台架上，量出内锚固段和锚索设计长度，分别作出标记，长度要比设计长度长1.2 m。钢绞线应采用砂轮锯或其他机械方法切断，不得采用电弧烧断。在内锚固段的范围内穿对中定位支架，确保安放时锚索置于孔道。间距60~100cm，两对中定位支架之间扎紧固环一道，张拉段也每米扎一道紧固环，并用PVC管穿套，内涂强力防腐涂料，套管末端应该采取密封措施，避免孔内压浆时，水泥浆灌入自由段钢绞线，最后在锚索端头套上导向帽。

整根锚索钢绞线必须顺直，不得交叉，最后人工安装锚索，插入至设计孔深位置。

3.4 注浆。锚端用C30水泥砂浆充填，砂浆配合比质量为(水泥)∶(砂)∶(水)＝1:0.5:45，水泥为425＃普通硅酸盐水泥。采用H-013型活塞式注浆机通过预埋直径25 mm的塑料管把浆液送人孔底，自孔底向外进行灌注，注浆压力控制在0.6- 0.8 MPa，直至浆液溢出孔口。待浆液凝固收缩后继续补浆至注满孔口。

3.5 锚索的张拉锁定。

张拉设备使用YCW150B -200型穿心千斤顶，配套ZB4 - 500型油泵，压力表等级为1.5，张拉前先对千斤顶和油泵进行标定。当抗滑桩及砂浆强度达到设计强度的70%后，开始张拉锚索。

张拉分为6级进行：设计张拉力的10％，25％，50％，75％，100％及110％ ，其观测时间分别为：5 min，5 min，5 min，5 min，5 min和15 min。为弥补土体压缩造成的预应力损失，锚索张拉后10d～15d对全部锚索进行一次补张拉，然后进行自由端注浆(自由端采用防腐处理的不用注浆)，对自由端注浆空间要进行补浆处理。

3.6 封锚。张拉锁定后，锚头外露处截留5cm钢绞线，架模浇注50cm×50cm×10cm的C25混凝土将锚头封死，以防止顶端锈蚀。

4 结语

从预应力锚索抗滑桩的设计计算和工程实践中，得出以下几点体会：

(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入，变位也不一定能很好协调，因此还需要进行深入地研究和探讨。