摘要：預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是上世紀(jì)80年代研究開(kāi)發(fā)的一種新型抗滑樁結(jié)構(gòu)形式，它是在普通抗滑樁的樁頭部位設(shè)置一孔或多孔預(yù)應(yīng)力錨索。目前，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的受力機(jī)理尚不明確，本文結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析了不同工況條件下的樁身受力情況，為合理應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁提供參考。

　　關(guān)鍵字：預(yù)應(yīng)力 錨索 滑樁 載荷

　　隨著我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的公路將穿越地形地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域，加上線路設(shè)計(jì)對(duì)坡度、彎度要求嚴(yán)格，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量的不穩(wěn)定邊坡，這給邊坡治理提出了更高的要求。預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁樁身受力狀態(tài)更為合理，且造價(jià)相對(duì)較低、工程效果明顯，在公路滑坡病害治理工程實(shí)踐中獲得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

　　1.預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

　　預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁主要由預(yù)應(yīng)力錨索、錨具、抗滑樁等組成，與普通抗滑樁的懸臂錨固梁柱結(jié)構(gòu)不同，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是一種近似彈性支座簡(jiǎn)支梁柱結(jié)構(gòu)。與普通抗滑樁相比，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁優(yōu)點(diǎn)有：

　　1)能充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼材、鋼絲、鋼絞線等材料的良好性能;

　　2)最大限度地利用巖土介質(zhì)的內(nèi)在強(qiáng)度和潛力，加強(qiáng)自承和自穩(wěn)能力;

　　3)主動(dòng)加載用以改善工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，提高受加固體的強(qiáng)度;

　　4)確保工程施工的安全及巖土體的長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定，約束其變形。

　　2. 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的工況條件

　　根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的施工構(gòu)筑工序、預(yù)應(yīng)力錨索的鎖定步驟和滑坡推力的作用時(shí)步等樁身受力狀態(tài)，分析預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的工況歷時(shí)條件主要可以分為：

　　1)成樁工況條件

　　抗滑樁樁身灌筑完成之后，樁頭錨索預(yù)應(yīng)力施加之前，一般不考慮滑坡推力的作用(顯著變形活動(dòng)的滑坡體除外)，其樁身外荷載為樁身前后兩側(cè)的靜止土壓力荷載，如果樁身前后地面高差明顯，則存在不平衡土壓差，將產(chǎn)生樁體的小量變形和樁側(cè)反力，嚴(yán)格地說(shuō)，會(huì)影響下一時(shí)步的樁體變形和樁側(cè)反力分布。由于考慮這種土壓差較小，且基本已在樁身護(hù)壁施工期間通過(guò)護(hù)壁結(jié)構(gòu)調(diào)整和承擔(dān)，故通常視該成樁工況條件為空載條件。如圖一所示。

　　

 

　　圖 一

　　2)前期滑坡推力作用工況

　　抗滑樁樁身灌筑完成之后，樁頭錨索預(yù)應(yīng)力施加之前，當(dāng)滑坡病害存在顯著的變形活動(dòng)，必須考慮前期滑坡推力的作用，此時(shí)可根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值確定外荷載。

　　在該時(shí)步工況條件下，其外荷載為前期滑坡推力，即前期樁后滑坡推力和樁前滑坡抗力，樁側(cè)地基為滑面以下樁段范圍內(nèi)的線彈性地基支座。其中需要明確的是，前期滑坡推力作用僅當(dāng)滑面以上樁后滑坡推力大于樁前滑坡總抗力時(shí)才能產(chǎn)生作用，即部分樁后滑坡推力用于平衡樁前滑坡抗力。如圖二所示。

　　

 

　　圖 二

　　3)預(yù)應(yīng)力錨索鎖定工況

　　抗滑樁樁身灌筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求之后，即可對(duì)樁頭錨索進(jìn)行張拉，施加預(yù)應(yīng)力，并按照設(shè)計(jì)鎖定拉力值進(jìn)行鎖定。在該時(shí)步工況條件下，其外荷載包括樁頭鎖定預(yù)應(yīng)力、樁前滑坡抗力和前期樁后滑坡推力;樁側(cè)地基考慮為滑面上下全樁段范圍內(nèi)的線彈性地基支座。如圖三所示。

　　

 

　　圖 三

　　4)后期滑坡推力作用工況

　　當(dāng)預(yù)應(yīng)力錨索鎖定作業(yè)完成以后，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁還將承擔(dān)后期滑坡推力直至設(shè)計(jì)滑坡推力狀態(tài)，并與預(yù)應(yīng)力錨索協(xié)調(diào)變形和共同作用。

　　在該時(shí)步工況條件下，其外荷載包括后期滑坡推力、樁頭鎖定預(yù)應(yīng)力和前期滑坡推力與滑坡抗力，即全部荷載作用;樁側(cè)地基為滑面以下樁段范圍內(nèi)的線彈性地基支座和預(yù)應(yīng)力錨索等效線彈性支座。如圖4所示。

　　其中需要明確的是，預(yù)應(yīng)力錨索鎖定工況條件下，在滑面以上產(chǎn)生的樁側(cè)抗力部分是由后期滑坡推力平衡所包含;另外，預(yù)應(yīng)力錨索與樁體的協(xié)調(diào)變形和耦合作用是通過(guò)在相應(yīng)錨頭處作用的等效彈性支座處理。

　　

 

　　圖 四

　　3.主要應(yīng)用計(jì)算方法及分類

　　對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，在工程實(shí)踐中常用的方法可分為三類。

　　第一類計(jì)算方法，即簡(jiǎn)化工況法。簡(jiǎn)化工況法是直接將錨索預(yù)應(yīng)力作為外荷載施加在樁頭上，與滑坡推力一起按靜力問(wèn)題計(jì)算滑面以上樁身內(nèi)力及滑面處的剪力和彎矩，而滑面以下樁體內(nèi)力計(jì)算與普通抗滑樁有關(guān)計(jì)算相同。

　　第二類計(jì)算方法，即時(shí)步工況法。這類計(jì)算方法沒(méi)有考慮錨索與樁體的變形協(xié)調(diào)及其歷時(shí)工況條件，認(rèn)為錨索的拉力就是所施加的預(yù)應(yīng)力在工作過(guò)程中其值保持不變或最終設(shè)計(jì)拉力狀態(tài)。

　　第三類計(jì)算方法，即實(shí)時(shí)工況法。這種方法計(jì)算較簡(jiǎn)單，但由于在滑坡推力作用下未考慮錨索與樁的協(xié)調(diào)變形以及歷時(shí)荷載作用過(guò)程，必將存在工程經(jīng)濟(jì)或風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

　　4.預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁應(yīng)用注意事項(xiàng)

　　1)確定滑動(dòng)面的強(qiáng)度指標(biāo)及滑坡下滑力

　　滑動(dòng)面的強(qiáng)度指標(biāo)可直接通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的滑動(dòng)面大剪試驗(yàn)獲取。但少量大剪試驗(yàn)往往離散性較大，大量大剪試驗(yàn)費(fèi)錢費(fèi)工又不現(xiàn)實(shí)，因此往往根據(jù)滑坡主軸斷面采用反算法來(lái)確定，即根據(jù)當(dāng)前的滑坡?tīng)顟B(tài)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定其穩(wěn)定系數(shù)，再反算c、Φ值指標(biāo)。對(duì)滑坡體所處穩(wěn)定狀態(tài)的評(píng)估帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性，應(yīng)據(jù)滑體變形現(xiàn)狀來(lái)厘定。當(dāng)滑坡處于蠕動(dòng)階段、滑動(dòng)階段時(shí)，現(xiàn)狀穩(wěn)定系數(shù)可分別在1.10-1.00、1.00-0.95范圍內(nèi)取值。當(dāng)滑坡未明顯變形或己劇滑時(shí)，現(xiàn)狀穩(wěn)定系數(shù)無(wú)法確定，不適于反算。

　　2)預(yù)應(yīng)力損失與張拉值

　　為減少錨索鎖定后的預(yù)應(yīng)力損失，可通過(guò)以下三種途徑：

　　(1)加大墊墩尺寸，減小錨墩底面對(duì)巖土體的壓力水平。

　　(2)采用小噸位錨索，如500kN、750kN級(jí)錨索。

　　(3)多次張拉與超張拉。后一次張拉可補(bǔ)償前一次張拉后的預(yù)應(yīng)力損失;按超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行鎖定前的超張拉，可彌補(bǔ)地層壓縮徐變所致預(yù)應(yīng)力損失。超張拉值根據(jù)測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)而確定，一般土體控制在25%以內(nèi)，巖體則控制在10%以內(nèi)。

　　3)鋼絞線根數(shù)的確定

　　根據(jù)單根錨索要求承受的錨固力和鋼絞線的最小破斷載荷，加一定的安全系數(shù)來(lái)確定錨索的鋼絞線根數(shù)。

　　一般采用的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM A416-94鋼絞線，用7絲擰成，φ15.24mm，截面面積140mm2，張拉強(qiáng)度1860N/mm2，最小破斷載荷260.7kN。500kN錨索用4根鋼絞線組成，750kN錨索用6根鋼絞線組成，超張拉25%時(shí)安全系數(shù)K為1.6。研究現(xiàn)有規(guī)范認(rèn)為K取1.50已足夠。

　　4)錨索體結(jié)構(gòu)的確定

　　對(duì)拉力型錨索，鋼絞線呈同心狀環(huán)列，中心全長(zhǎng)插灌漿管。錨固段用擴(kuò)張環(huán)和定位片束張呈藕節(jié)狀;自由段各根鋼絞線防銹防腐后，分別套上塑料管，再用箍環(huán)緊束成索;塑料管末端用膠帶扎成止?jié){塞。

　　5)錨孔直徑的確定

　　錨孔直徑據(jù)索體直徑，并考慮砂漿體的空間來(lái)確定。4-8根鋼絞線的錨索，錨孔孔徑一般設(shè)計(jì)為90~115mm;9-15根鋼絞線的大噸位錨索，錨孔孔徑一般設(shè)計(jì)為115~135mm。據(jù)成孔機(jī)具，一般設(shè)計(jì)為110mm。

　　6)錨索噸位的確定

　　當(dāng)失穩(wěn)坡面較大時(shí)，宜盡量采用小噸位錨索來(lái)加固。雖然小噸位錨索比大噸位錨索的根數(shù)要多，因而造孔費(fèi)用略高，但增大了加固面積，可減少未加固區(qū)滑體的殘余變形，效果更好。

　　結(jié)論：

　　預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁作為一種新型的支護(hù)形式，在公路路基邊坡加固中得到了廣泛應(yīng)用，但其受力機(jī)理尚不明確，理論已落后于工程實(shí)踐。本文對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的一些問(wèn)題進(jìn)行了探討。

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