預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在高邊坡滑坡防治中的應(yīng)用研究

摘要 為提高高邊坡的穩(wěn)定性，避免發(fā)生滑坡和崩塌等情況，在實(shí)際工程背景下，研究預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在高邊坡滑坡防治中的應(yīng)用。依據(jù)工程設(shè)計(jì)情況和預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)原理，確定該技術(shù)的相關(guān)參數(shù)，按照施工標(biāo)準(zhǔn)完成預(yù)應(yīng)力錨索施工。對(duì)施工后的高邊坡進(jìn)行監(jiān)測后可知：該技術(shù)應(yīng)用后，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位移結(jié)果均小于允許的20 mm，高邊坡滑坡穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果在1.4以上，滿足技術(shù)工程標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)；高邊坡；滑坡防治

中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）23-0046-03

0 引言

高邊坡穩(wěn)定性問題是工程建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程安全和經(jīng)濟(jì)效益；在復(fù)雜的地形和地質(zhì)條件下，高邊坡的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅[1]。因此，探索有效的滑坡防治技術(shù)，提高高邊坡的穩(wěn)定性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)作為一種先進(jìn)的巖土錨固方法，因其施工簡便、快速有效、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，在高邊坡支護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)通過張拉錨索體，使錨固段與巖土體緊密結(jié)合，形成有效的錨固力，從而提高邊坡的整體穩(wěn)定性[2]。在高邊坡滑坡防治中，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)不僅能夠限制邊坡的變形，減小滑坡、崩塌等災(zāi)害的發(fā)生概率，還能與框架梁、擋土墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用，形成綜合防護(hù)體系，進(jìn)一步提高邊坡的防護(hù)能力[3]。

為深入研究預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在高邊坡滑坡防治中的應(yīng)用，文中結(jié)合實(shí)際工程展開相關(guān)分析，依據(jù)該技術(shù)的原理設(shè)定邊坡防治方案，提高邊坡的穩(wěn)定性，保障工程的安全和效益。

1 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在高邊坡滑坡防治中的應(yīng)用

1.1 工程概況

文章以福建地區(qū)的某高速公路工程為例，研究預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的應(yīng)用效果，該工程全線長度為10.35 km，設(shè)計(jì)最大開挖高度接近80 m，平臺(tái)寬度為2 m，坡比為1∶0.75～1∶1之間。

對(duì)工程施工范圍內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行勘察后確定，其主要土層分布以粉質(zhì)黏土和風(fēng)化泥巖為主，在土層勘測過程中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)線路中邊坡巖體呈現(xiàn)破碎狀，局部坍塌并且呈現(xiàn)斜向裂縫?；诖耍瑸楸ＷC工程高邊坡的施工效果，采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固處理，錨索直徑為15.24 mm，強(qiáng)度為1 860 MPa，按照工程的設(shè)計(jì)情況，將錨索劃分為2種規(guī)格，分別為6束和4束，兩者的設(shè)計(jì)荷載分別為720 kN和450 kN，錨索長度在20～35 m之間；除錨索加固后，在表層進(jìn)行植草灌漿處理，實(shí)現(xiàn)更好的表層防護(hù)。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

1.2.1 確定錨索荷載

用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)加固高邊坡，能有效利用錨索將易損邊坡錨定于穩(wěn)固巖層之中，增強(qiáng)對(duì)坡體變形的限制能力，確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。施工預(yù)應(yīng)力錨索時(shí)，關(guān)鍵在于讓錨索穿透高邊坡的脆弱巖層，直至連接至深層的堅(jiān)硬巖層，隨后執(zhí)行預(yù)應(yīng)力張拉操作，緊接著進(jìn)行注漿固定。此過程中，注漿不僅穩(wěn)固錨索，還能讓漿液滲透進(jìn)周圍巖土的微小裂縫中，通過增加摩擦力與提升軟弱巖層的黏聚力，促使整個(gè)邊坡與錨固的巖層形成一個(gè)協(xié)調(diào)受力的整體，從而大幅度提升高邊坡的綜合穩(wěn)定性[4]。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，確定錨索荷載大小尤為重要，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用性能進(jìn)行檢測，確保其滿足工程的設(shè)計(jì)和應(yīng)用需求。在錨索準(zhǔn)備過程中，驗(yàn)證錨索的抗拉強(qiáng)度至關(guān)重要，要求依據(jù)測試結(jié)果精細(xì)調(diào)整錨索的各項(xiàng)參數(shù)，確保其全面滿足公路建設(shè)的嚴(yán)格要求[5]。為充分發(fā)揮這一環(huán)節(jié)的作用，必須明確初始荷載與特征荷載的具體數(shù)值；實(shí)施測試的方法為：假定巖土體具備剛體特性，在錨固力尚未達(dá)到峰值前，內(nèi)錨段的各個(gè)接觸界面保持穩(wěn)定不動(dòng)，且自由段不存在任何黏結(jié)應(yīng)力。在此條件下，荷載與位移的變化關(guān)系如圖1所示。

在該狀態(tài)下，施加反作用力的計(jì)算公式為：

（1）

式中：——施加的反作用力（N）；——自由段對(duì)應(yīng)的工作應(yīng)力（Pa）；——錨索橫截面積（m2）。

通過循環(huán)荷載施加，結(jié)合上述公式對(duì)荷載進(jìn)行計(jì)算分析，確定錨索的荷載能力滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 錨索伸長量計(jì)算

預(yù)應(yīng)力錨索在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其伸長量易受到多種因素的影響，例如灌漿質(zhì)量、土層結(jié)構(gòu)等，受到影響后，理論伸長量與實(shí)際值之間則會(huì)發(fā)生明顯差異。為保證錨索的作用力，需控制該偏差控制在既定的范圍內(nèi)。文中研究的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，其主要通過施加預(yù)應(yīng)力來強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[6]，確保巖土體的完整性，從而使整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；一旦伸長量的偏差超出允許范圍，將不可避免地影響預(yù)應(yīng)力效果，進(jìn)而威脅到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[7]。

全面考慮預(yù)應(yīng)力錨索伸長量的影響因素，對(duì)不同孔道類型的錨索伸長量進(jìn)行計(jì)算，包含彎曲孔道和直線孔道，兩種孔道下的預(yù)應(yīng)力錨索伸長量計(jì)算詳情如下所述：

（1）彎曲孔道的預(yù)應(yīng)力錨索伸長量計(jì)算

彎曲孔道的預(yù)應(yīng)力錨索伸長量計(jì)算公式為：

（2）

式中：——孔道的伸長量（m）；——平均張拉力（N）；——錨索的彈性模量（Pa）；——錨索的橫截面積（m2）；——張拉端孔道和截面之間的實(shí)際長度（m）。

在該孔道下，預(yù)應(yīng)力錨索施工時(shí)，孔壁和鋼絞線之間會(huì)發(fā)生摩擦，此時(shí)會(huì)形成應(yīng)力損失，該損失的計(jì)算公式為：

（3）

式中：——應(yīng)力損失（Pa）；、——摩擦系數(shù)，后者與孔壁和鋼絞線相對(duì)應(yīng)；——張拉端孔道和截面之間的實(shí)際長度（m）；——截面和張拉端之間孔道切線對(duì)應(yīng)夾角的總和（rad）；——期望張拉控制應(yīng)力（Pa）。

（2）直線孔道的預(yù)應(yīng)力錨索伸長量計(jì)算

為減小張拉作業(yè)的復(fù)雜性，采取從最長自由長度單元至最短自由長度單元的順序進(jìn)行張拉策略。完成初步張拉后，隨即轉(zhuǎn)入對(duì)所有單元的同時(shí)張拉階段，通過精細(xì)調(diào)控張拉的時(shí)間安排，旨在平衡各錨索所產(chǎn)生的形變，確保鋼絞線各部分承受的力量維持相近水平。

錨桿承受的荷載值計(jì)算公式為：

（4）

式中：——錨桿承受的荷載值（kN）；——荷載最大值（kN）；——錨索數(shù)量（個(gè)）。

在該孔道下，如果錨索的實(shí)際變形量用表示，其計(jì)算公式為：

（5）

式中：——錨索的實(shí)際變形量（mm）；——錨索實(shí)際長度（mm）；——鋼絞線彈性模量（GPa）；——鋼絞線的橫截面積（mm2）。

預(yù)計(jì)施加的荷載計(jì)算公式為：

（6）

式中：——預(yù)計(jì)施加的荷載（kN）。

依據(jù)上述步驟和公式計(jì)算錨索伸長量，使施工人員可以了解錨索在施加預(yù)應(yīng)力后的長度變化，從而更準(zhǔn)確地控制張拉過程，確保錨索的施工質(zhì)量和穩(wěn)定性。這有助于避免在施工過程中出現(xiàn)因伸長量不當(dāng)而導(dǎo)致的錨索松弛、斷裂等問題，為后續(xù)預(yù)應(yīng)力施工提供可靠依據(jù)。

1.3 預(yù)應(yīng)力錨索關(guān)鍵施工工藝

依據(jù)上述小節(jié)完成伸長量計(jì)算后，則進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工，關(guān)鍵施工步驟如下：

（1）錨索安裝

在錨索安裝過程中，首先穿插硬質(zhì)塑料管以徹底清除孔內(nèi)殘留的巖屑雜質(zhì)；其次精確控制錨索入孔后的外露長度，確保其符合設(shè)計(jì)要求；最后鑒于吹孔作業(yè)可能引發(fā)碎石掉落等情況，否則應(yīng)避免吹孔與錨索放置同時(shí)進(jìn)行，特殊情況則酌情處理。為減少此類問題，先完成鉆孔作業(yè)，隨后安裝錨索，最后執(zhí)行吹孔操作。除此之外，需特別留意地下水對(duì)錨索放置效果的影響。為此，操作人員應(yīng)確保鉆桿在作業(yè)過程中保持勻速旋轉(zhuǎn)，直至孔內(nèi)水質(zhì)清澈，方可停止旋轉(zhuǎn)，以確保錨索安裝的順利進(jìn)行。

（2）灌漿

文中研究工程使用噴漿機(jī)進(jìn)行灌漿施工，灌漿時(shí)注漿管的外徑為12 mm，灌漿時(shí)，水泥砂漿因其良好的流動(dòng)性而常被采用，但其內(nèi)部常含有較多雜質(zhì)；進(jìn)入灌漿階段時(shí)，必須密切監(jiān)控注漿管的狀態(tài)，預(yù)防堵塞引起的砂漿離析現(xiàn)象。為此使用純水泥漿進(jìn)行灌注，能夠保證更佳的灌漿效果。

在灌漿準(zhǔn)備工作階段，需確保注漿管被穩(wěn)固地安置在中軸位置，與錨桿之間保持60～90 mm的間距。灌漿操作應(yīng)遵循由下至上的順序進(jìn)行，錨索一旦入孔，應(yīng)立即著手進(jìn)行灌漿作業(yè)。而對(duì)于張拉段，則應(yīng)在錨索完成張拉鎖定并經(jīng)過驗(yàn)收合格后，再進(jìn)行灌漿，同時(shí)要保證兩次灌漿之間的時(shí)間間隔不超過7 d。

在施工過程中，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需特別注意：一是控制相鄰灌漿作業(yè)的間隔時(shí)間，理想狀態(tài)為大約1 d；二是根據(jù)注漿時(shí)的壓力變化，及時(shí)調(diào)整注漿量，確保在合理的澆筑時(shí)間內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)錨固段的密封與加固。

錨固段的灌漿作業(yè)需一次性連續(xù)完成，其間施加的壓力應(yīng)限制在0.7 MPa以內(nèi)。當(dāng)觀察到回漿的比重達(dá)到或超過進(jìn)漿的比重時(shí)，應(yīng)繼續(xù)以0.2 MPa的恒定壓力進(jìn)行保壓，此過程需持續(xù)30 min方可結(jié)束。隨后，在管套外部固定注漿管進(jìn)行二次注漿，注漿完成后，務(wù)必妥善綁扎管口，防止內(nèi)部漿液凝固導(dǎo)致堵塞。至于張拉段的灌漿，初始注漿壓力應(yīng)設(shè)定在0.2～0.7 MPa的范圍內(nèi)，并將回漿管適當(dāng)提升，確保其高度超過孔口至少1 m。在確保進(jìn)漿量與回漿量保持一致后，調(diào)整注漿壓力至0.4 MPa，使?jié){液順暢流出，此過程大約持續(xù)25 min。

（3）張拉驗(yàn)收

采用多循環(huán)張拉驗(yàn)收方式，對(duì)錨索總數(shù)的5%（每批次至少3根）進(jìn)行檢測；同時(shí)，對(duì)剩余的95%錨索實(shí)施單循環(huán)張拉驗(yàn)收。只有當(dāng)所有工程錨索均通過抽樣驗(yàn)收并滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，方可推進(jìn)至下一道工序，即進(jìn)行張拉鎖定作業(yè)，并立即采取封錨措施。

在驗(yàn)收測試階段，需確保錨固段處于無結(jié)構(gòu)應(yīng)力的狀態(tài)，并對(duì)其自由段進(jìn)行全長范圍內(nèi)的評(píng)估。在施加最終一級(jí)荷載時(shí)，需保持錨頭位置穩(wěn)定，若在10 min內(nèi)觀測到的位移不超過1 mm，或者2 h內(nèi)的總位移量不超過2 mm，則可認(rèn)為錨固性能滿足要求。

2 結(jié)果分析

為分析預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)施工后對(duì)于高邊坡滑坡的防治效果，對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，將位移傳感器部署在下邊坡支護(hù)坡頂?shù)母鱾€(gè)監(jiān)測點(diǎn)，依據(jù)獲取各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)在不同時(shí)期下的位移變化結(jié)果，如表1所示。

分析表1的測試結(jié)果可知：對(duì)施工后高邊坡坡頂X、Y兩個(gè)方向的位移進(jìn)行監(jiān)測后，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位移結(jié)果均小于允許的20 mm，其中X方向的最大位移為10.2 mm，Y方向的最大位移為15.5 mm。因此，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)能夠提成高邊坡的穩(wěn)定性。

為進(jìn)一步分析文中研究的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)施工后的高邊坡的滑坡治理效果，文中選擇高邊坡滑坡穩(wěn)定系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其能夠衡量抗滑坡穩(wěn)定性，其計(jì)算公式為：

（7）

式中：——滑坡穩(wěn)定系數(shù)；——滑動(dòng)面土層摩擦系數(shù)；——第層土層的滑動(dòng)法向力（N）、和——錨索加固產(chǎn)生的法向分力和切向分力（N）、——第層土層的滑動(dòng)面黏聚力（Pa）；——第層土層滑動(dòng)面的長度（m）；——第層土層滑動(dòng)面的切向力（N）；表示土層數(shù)量。

依據(jù)上述公式計(jì)算預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)施工后，在不同時(shí)期下的高邊坡防滑施工效果，將測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果與施工前的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

分析表2的測試結(jié)果可知：高邊坡在沒有進(jìn)行防治時(shí)，高邊坡滑坡穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果在0.994～1.14之間，低于標(biāo)準(zhǔn)的1.4，通過預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)進(jìn)行高邊坡防治后，高邊坡滑坡穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果在1.4以上。因此，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)能夠較好地實(shí)現(xiàn)高邊坡防治，提升邊坡的抗滑效果，保證其穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

該文以實(shí)際工程為依托，研究預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在高邊坡滑坡防治中的應(yīng)用效果，通過預(yù)應(yīng)力錨索的原理設(shè)計(jì)防治方案，施加預(yù)應(yīng)力能夠改變巖土體的受力狀態(tài)，增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性；并且預(yù)應(yīng)力錨索通過深入巖土體內(nèi)部的錨固體，將受拉桿件（如鋼絞線）與巖土體緊密結(jié)合，形成強(qiáng)大的抗滑力，從而有效防止滑坡事故的發(fā)生，確保邊坡的安全穩(wěn)定，也通過測試分析驗(yàn)證該技術(shù)滿足高邊坡防治需求。

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