摘 要：主要介绍了预应力锚索抗滑桩技术，对其抗滑机理、受力特点、设计原则、设计流程及施工工艺进行分析，并与普通抗滑桩进行技术经济比较，通过在京新高速公路韩集段K50滑坡整治中的应用，证明预应力锚索抗滑桩较普通抗滑桩具有受力机理明确、结构合理、工程造价低、便于施工等优点，是抗滑结构的重大突破，在滑坡和高边坡病害中的应用将日益广泛。
关键词：滑坡；预应力锚索；抗滑桩
Abstract: The prestressed anchor anti-slide pile technology is described in this paper from its anti-slide mechanism, stress characteristics, design principles, design processes and construction technologies. Compared with ordinary anti-slide pile in technique and economy with its application in K50 landslide processing in Hanji section of Beijing- Urumchi expressway, it proves that the prestressed anchor cable anti-slide pile is of clear stress mechanism, reasonable structure, low engineering cost and simple construction, and as a major breakthrough of anti-slide structure,it will be widely applied in the damage prevention of landslides and high slope.
Key words: landslide; prestressed anchor; anti-slide pile
中图分类号：U213.1+52 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、前言
我国地质构造复杂、地形地貌起伏变化大，山地丘陵占国土面积的65％，具有极易发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的物质条件，是地质灾害最为严重的国家之一。而滑坡高边坡灾害又是地质灾害中最为常见、危害最为严重的一种。而，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。
二、预应力锚索抗滑桩的抗滑机理
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。
三、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M30水泥砂浆充填，砂浆配合比为水泥：砂：水=1∶0.45∶0.45，采用P?O 42．5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5级进行：分别为设计张拉力的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。
锚索与桩身工程施工先后顺序可根据实际情况确定，但应注意相互的配合与衔接。
四、工程实例
4.1 工程概况
G7高速公路韩家营至集宁段K50+860～K51+000段左侧路基边坡在开挖过程中出现了多次滑塌，成为制约该路段的施工进度的主要因素之一。该段边坡在八月底（开挖约半月后）出现第一次滑坡，几日后又出现第二次滑坡，目前处于自然较稳定状态。滑坡体沿路线方向长约120米，线路里程为K50+860～K50+980段，经跟踪监测，该滑坡有向线路大里程方向持续滑移的迹象。滑体后缘至前舌距离约69米，左缘侧壁（小里程侧）高约20米，右缘侧壁（大里程侧）高约16米，见图3。
4.2 工程地质条件
G7京新高速韩家营至集宁段K50+860～K51+000段左侧边坡位于低山山腰处，西侧坡顶有山间沟谷，地貌单元以低山、丘陵为主，相对高差不大。
滑坡所在场区白垩系泥岩、泥质砂岩地层，呈圈椅状，可能为古时沟谷位置，后上部充填第三系粘土、第四系粉土。
地下水自由水位较深，在自然坡面30米以下，且附近未发现有地表水径流。
4.3 滑坡变形现状
由于路线挖方施工，造成上部第四系、第三系土体失稳，结合钻探、探坑资料和现场调查，推断滑坡沿第三系粘土层与白垩系砂泥岩地层交界面牵引式滑动。根据路基开挖单位的施工记录，该滑坡共发生2次较为明显的滑动，第一次在8月底（开挖约半月后），几天后又出现了第二次滑坡，经踏勘调查，滑坡后缘发现有多条裂缝，其中4条较为明显；坡脚处发现1条剪出口裂缝，见图4、5。
4.4 主要工程治理措施
根据滑坡体变形的具体情况，在滑坡坡体内设置一排预应力锚索抗滑桩。桩设置在二级边坡的顶部平台，共17根，桩身截面为1.8m×2.4m，桩顶均高出平台1.5m，桩间距6.0m，桩长22.0m，桩头部设2孔预应力锚索，锚索倾角为25°，桩体采用C25混凝土浇筑。每孔锚索由7根Φs15.2钢绞线组成，孔径Φ130mm，锚索全长26m，锚固段长12m，倾角为25°，深入稳定地层中，内注强度不低于M30的水泥砂浆，设计张拉荷载为700kN。桩井护壁厚0.2m，抗滑桩长轴方向为滑坡主滑方向，桩底锚固段置于稳定地层中，以起到抗滑的作用。
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。
表1 预应力锚索抗滑桩与普通抗滑桩滑面受力及桩顶位移计算结果
项目剪力
(Q0/Kn)弯矩
(M0/Kn*m)桩顶位移
（S/cm）
普通抗滑桩6360.5756206.918.81
预应力锚索抗滑桩3238.0915498.122.76
从表1中可以看出：在桩顶施加预应力后，抗滑桩的受力状态有了很大的改善，桩身滑面处剪力、弯矩和桩顶变形明显减小，桩的截面、埋深也相应的减小。
普通抗滑桩要满足设计要求，截面须2 m×3 m，桩长30 m；而采用预应力锚索抗滑桩截面只须1.8 m×2.4m，桩长22 m。其单桩经济效益比较见表2。
表2 预应力锚索抗滑桩与普通抗滑桩的单桩经济效益比较
项目桩身钢筋混凝土
（m3）护壁
（m3）土方
（m3）锚索
（m）工程造价
万元
普通抗滑桩2×3×3064.8244.8/39.17
预应力锚索抗滑桩1.8×2.4×2240.48135.525223.76
节约84.9624.32109.28-5215.41
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39.34％左右，整治京新高速公路韩集段K50滑坡所需17根桩可节约投资约261.97万元，其经济效益十分显著。
五、结论
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新型支挡结构物，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，创造了极大的经济、社会效益。
② 预应力锚索抗滑桩较普通抗滑桩而言，由于在抗滑桩的顶端增加了具有强大拉力的锚索，使抗滑桩的受力状态有了很大的改善，桩身内力和变形明显减小、桩的截面、埋深也相应的减小，抗滑能力增强。因此，预应力锚索抗滑桩在滑坡和高边坡病害中应用日益广泛，是抗滑结构的重大突破。
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抗滑支挡结构物，其计算理论尚不够成熟，存在诸多不足，如：由于锚索设置于桩头部分，易在桩头产生应力集中，易形成群锚效应，造成拉脱失效；对一些大型复杂滑坡（滑坡推力大）、滑动面埋深深的滑坡、有多层滑动面的滑坡而言，其使用效果会更差，缺陷愈加明显等。因此，对预应力锚索抗滑桩还需要进行深入的研究和探讨。
* 稍后学术顾问联系您
