压浆锚柱技术在滑坡治理中的应用.doc

压浆锚柱技术在滑坡治理中的应用罗启北，李小可(贵州工业大学土建系，贵阳 550003)摘 要：压浆锚柱技术在一些病害工程处理中已取得了成功和一定的经济效益,具有一些突出优点。着重介绍将此技术应用在滑坡治理中时，把达到要求的加密压浆锚柱群假设为挡墙进行计算的计算原理。关键词：压浆锚柱；挡墙；试算法中图分类号：TU753.8；U416.16；U418.55 文献标识码：B0 前 言滑坡是常见的自然及工程病害，发育在滑动面（带）上。由于滑动面（带）潮湿或软弱，摩擦系数小，亦即抗剪度低，抗滑力小于下滑力时，导致滑坡。01 压浆锚柱技术和其它防治滑坡技术的比较常用防治滑坡的措施有：锚索，抗滑桩，挡墙，支撑，清方减载，排水疏干及反压七大类工程措施。这些措施各有其优缺点。比如说：排水疏干理论成熟，但施工时间长，且不一定能找到问题的关键，进而有效地防治滑坡。又如，清方减载虽然直接有效，但工程量较大，造价较高，施工受外界影响较大。而压浆锚柱技术中压入以水泥浆液为主的浆液，特殊地段则加入其它溶液的化学浆液，相对于其它滑坡处理技术，有工程量小，施工方便，造价较低的优点，更有利于防治滑坡。当高压注浆后，在浆液扩散、渗透的岩土体范围内，浆液凝结将产生下列效应： （）岩土体中的所有空隙被浆液充填，并将其凝结成整体，使抗滑力增大。（）提高了岩土体滑动面的凝聚力及内摩擦角值，亦即提高了抗滑力。（）插入钢筋笼，浇注成砼锚柱，对滑体与滑床起销键作用，增加抗滑力。02 压浆锚柱技术简介压浆锚柱施工程序为：打钻高压注浆插入钢筋笼浇注砼锚柱。压浆锚柱技术的成败在于浆液能否充填岩土体的所有空隙。为此必须采用正确的止浆工艺，使浆液具有一定的压力，因此止浆措施是关键技术1。浆液扩散半径大小，岩土体空隙被充填的程度，取决于注浆压力大小，注浆压力又取决于止浆措施。故止浆措施直接影响进浆量，影响压浆效果，决定技术措施的成败。根据不同地质条件可采用不同的止浆方法：上下加压胶球止浆；螺级杆加压胶止浆；活塞止浆；异径止浆；孔壁与管壁间止浆；管口止浆；孔周止浆等。在实践中采用过电阻率对比，渗透系数对比，单位吸水率对比，波速对比，岩土体物理力学指标对比及直观分析等方法对压浆效果进行检测。压浆锚柱技术可应用在多种滑坡的治理，垂直基坑壁的支护，地基加固，防治岩土体坍塌，防治岩溶地面塌陷及堵漏地下水中。1 设计计算原理1 压浆锚柱提高整个滑动面（带），值的设计原理和计算根据滑坡状态及其地质特征决定合理的锚柱间距和排距，正确使用止浆措施，保证要求的注浆压力，使浆液较均匀地充填岩土体的空隙，滑动带内的压浆情况连续，则滑体总的力学指标提高，达到抗滑目的。压浆前：内摩擦角；C粘聚力；容重。压浆后：内摩擦角；C粘聚力；容重。L滑体长度；厚度；a倾角。验算：滑体重量：Q=LH下滑力：E=Qsina；滑面垂直分力：N=Qcosa；抗滑力：T=Ntg+CL；稳定系数：K=TE。对抗滑稳定系数要求.2。若1.则滑体稳定，措施合理，达到整治预期效果；若.则对此措施进行调整。12 加密压浆锚柱群作圬工挡墙的计算将挡土墙验算原理2应用在压浆锚柱技术治理滑坡中，推导如下：假设：根据各种不同的滑体地质特征决定合理的锚柱排距和间距，使得锚柱群范围的所有空隙基本被浆液填满且均匀连续，又有锚柱分布其中，故整体上可作为相应的圬工挡墙处理。挡墙破坏有两种可能：倾覆失稳或被剪破，对两者都需验算，出于安全的目的，取两者中小者为控制标准。此处采用试算法，先拟定挡墙尺寸（即压浆锚柱的排距，间距及排数），进行稳定验算。若稳定系数达不到要求，可（a）. 在挡墙上部滑体加锚柱，进行综合治理；（b）.加大挡墙尺寸；两种方法中经过计算取工程量小的一种。1.2.1 挡墙验算以每延米为单位验算，见图。（）挡墙倾覆验算：先试定锚柱排数为m，其它符号意义为： d锚柱横截面直径；t锚柱排距；1滑体厚度；图 挡墙稳定验算图2在滑动面（带）下的锚柱长；x1挡墙重心到点距离；x2作用于挡墙壁上的下滑力的垂直分力到点距离；Y下滑力的水平分力到点距离；h挡墙厚；a挡墙上壁高；b挡墙下壁高。H=(m-1)t+md+2(t/2)a=1+2+t2b=1+2+t2+htga挡墙重：W=(a+b)h/2；滑体产生下滑力：E=L-(m-1)t-(m-t/2)H1sina；下滑力水平分力：Ex=Ecosa；下滑力垂直分力：Ey=Esina；将梯形挡墙分成底h高a的矩形和底htga高h的三角形，则可求得x1：x1=(ha)h/2+(12hhtga)2/3h/(a+b)h/2x2=hy=H1/3+htga+H2+t/2 对点取矩验算：K=(Wx1+Eyx2)/(Exy)若.则取.反算出挡墙倾覆稳定时所能承受的土压力E：E=Wx1/(1.3ycosa-x2sina)（）挡墙抗剪验算：为安全起见可将压浆锚柱加宽区视为相应的圬工挡墙处理，其抗剪力为Qj。Qj=ARjjM3其中：A受剪截面面积；Rjj砌体截面的抗剪标准强度；m材料安全系数。则Qj=h0.6103/2.31=260h经（），（）验算，取其中小者即min(E,Qj)为标准，由此可知挡墙稳定所能承受的滑体重量为：G=min(E，Qj)sina此段滑体对应的长度为L，此长度内的滑体为稳定的。L=GH11.2.2 确定需增设的锚柱数量（） 锚柱倾覆时所能承受的最大土压力（见图）。E1滑体产生的下滑力，与水平面成a角；E2挡墙与锚柱间的稳定土体（在L范围内）对锚柱的被动土压力，与水平面成角；E3滑动面下的土体对锚柱的被动土压力，与水平面成角；Kp库仑被动土压力系数。图 锚柱稳定验算图因=0，=则：E2=(H1+H2)2Kp/2 ，E3=H22Kp/2E1，E2，E3的水平分力到o点的距离分别为：y1=H1/3+H2；y2=(H1+H2)/3；y3=H2/3为保证倾覆稳定，令K=1.3则可算出一根锚柱倾覆稳定时所能承受的最大土压力E: E=(E3sinx1+E2cosy2-1.3E3cosy3)/(1.3y1cosa-x1sina)(2)锚柱能承受的最大剪应力（见图）为Qhg：其中：b锚柱直径，b=d；h0有效厚度，h0=d-d0；d0保护层厚度；p纵向受拉主钢筋的配筋率,p=100Agbh0；R混凝土标号；k箍筋配筋率，k=Akskb；Rgk箍筋的抗拉设计强度图3 锚柱断面图取（），（）中小者来计算，由此可知一根锚柱稳定时所能承受的最大滑体力为：G=min(E，Qhg)sina增加的锚柱必须设置在离挡墙L的距离内，设置根数为n：n=(G-G)G由节省工程量出发，若n数量过大则放弃在原挡墙外增设锚柱的措施，而采用加大挡墙尺寸（即局部增加压浆锚柱排数）的措施。2 算例-云南楚大高速公路K210处风化破坏堆积层滑坡处理由资料可知滑坡范围内的地质特征：地层为侏罗纪上统妥甸组(J2t)，杂色中厚层泥岩、泥质粉砂岩及砂岩互层。泥岩属膨胀性软岩，层间多具有软弱泥化夹层，并具微膨胀性，岩层破碎，节理发育，岩层倾角3883，倾向斜坡内，滑体为强风化破碎的岩层，似碎石土，因此压浆有效半径达1.5 m，见图。采用前述设计计算原理中的公式进行计算。已知：=10，c=22 kPa，=19 kNm3，=20，c=40 kPa，=20 kNm3，a=25，L=75 m，H1=8 m，d=0.15 m，t=3 m，H2=4 m。图 滑坡剖面图验算未处理前土体的稳定性：G=11400 kNE=4817.85 kNN=10331.91 kNT=3471.79 kN因为K=0.721.3, 所以滑体不稳定，需处理。处理方案如下：（）处理方案一：.在75 m的滑体范围内布置锚柱孔13排，前两排排距为3 m，后11排排距为4 m，施工后力学指标从c,提高到c，。验算处理后的滑体稳定性：G=12000 kN；E=5071 kN；N=10876 kN；T=6959 kN；K=1.37；因为K=1.371.3, 所以经此处理后的土体已稳定。（）处理方案二：采用四排压浆锚柱，柱距和排距皆为3 m，恰好达到压浆有效半径，由假设可将这四排压浆锚柱及其中间的固结土体作为一圬工挡墙，采用试算法计算如下：a=13.5 m；h=12.6 m；b=19.38 m；W=4142.88 kN；E=4109.62 kN；Ex=3724.58 kN；Ey=1736.80 kN；x1=6.68 m；x=12.6 m；y=14.05 m；K=0.95；因为K=0.951.3, 所以经此处理后的土体仍不稳定，需增设锚柱或加大挡墙尺寸。E=2464.62 kN；Qj=3272.73 kN；min(E，Qj)=E=2464.62 kN；则G=5831.79 kN；L=38.37 m在L内土体稳定，采用增设锚柱的方法进行试算：试定离挡墙25 m处设置第一排锚柱：Kp=1.1；E2=1504.8 kN；E3=167.2 kN；x1=x2=0.15 m；y1=6.67 m；y2=4 m；y3=1.33 m；则E=724.47 kNb=0.15 m；h0=0.13 m；P=4.83.5取P=3.5R=20 MPa；Rgk=240 MPa；k=0.06；则Qhg=2.28 kN因为min(E，Qgh)=2.28 kN，则G=5.39 kN,需增设锚柱n=895根，显然，这种方法工程量过大，因此采用增加挡墙尺寸的方法进行试算：设加密压浆锚柱为5排，锚柱柱距和排距皆为3 m。a=13.5 m；b=20.84 m；h=15.75 m；W=5408.55 kN；E=3897.64 kN；Ex=3532.46 kN；Ey=1647.21 kN；x1=8.44 m；x2=15.75 m；y=15.51 m；因为K=1.311.3, 所以滑体稳定。最后确定在滑体下端设置五排压浆锚柱，柱距和排距为3 m。这种方法比用1方法布孔量少，且施工集中，较为方便。3 结 语压浆锚柱技术现已用于防治各类地质情况的滑坡工程17项1，均已取得成功，工程已投入正常使用，此技术造价较其它常用的方法减少3060%。另外，此项技术还可用于防治岩土体坍塌、地基下沉，用于地下水堵漏，基坑支护等。具有施工简便，工期短，造价低，工程可靠等特点。参考文献1陈国亮.固结岩土体与滑动面新技术R.广东泰山岩土工程技术服务有限公司.19992陆鼎中,程家驹.路基路面工程M.上海:同济大学出版社,19923邵容光.结构设计原理M.北京:人民交通出版社,19904丁金粟等.土力学及基础工程M.北京:地震出版社.1992The Application of the Technology of Mortar Intrusionand Anchor Column in Rectification of Earth SlideLUO Qi-bei,LI Xiao-ke(Guizhou University of Technology,Guiyang 550003)Abstract：The technology of mortar intrusion and anchor column has been successfully adopted to dispose of diseased project.This paper introduces a