压力分散型锚索在唐河水库滑坡治理中的应用

王建文 昝伯阳

（1.山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原030024；2.山西省中部引黄工程建设管理局山西太原030021）

0 引言

已建成的山西省唐河水电站是我省实施的35 个应急新水源工程建设项目之一，该工程的实施，对缓解灵丘县工农业缺水矛盾，改善生态环境，具有十分重大的现实意义和极其深远的战略意义。唐河水电站规划建设中发现，库区右岸的大（同）-灵（丘）公路（S203 线）的K106～K111 段位于大坝淹没区，需要对该段公路整体进行改线和抬高，综合勘测和设计方案决定，将该段公路路面抬高并移到唐河南岸的山坡上，路基开挖完成后，该段山坡出现裂缝并发生轻度滑塌。在对滑坡地质资料、变形破坏机理，计算模型分析的基础上，决定采用压力分散性锚索为主的主要措施对唐河南岸山坡进行加固处理。下面将从地质情况、滑坡特征、锚索施工等几个方面予以详述。

1 工程地质情况

1.1 地形地貌及岩性

唐河南岸滑坡区坡脚在30°～35°，山体属于中低山地区，地形最大相对高差可达115 m，大部分边坡基岩裸露，岸坡较陡。

滑坡治理区发育的地层岩性按照形成顺序先后为太古界五台群老潭沟组变质岩、燕山期侵入岩和新生界第四系松散堆积层[1]。

其中五台群老潭沟组变质岩，以黑云斜长片麻岩、黑云角闪片岩（Arwl-2），花岗片麻岩（Arwl-3）为主。燕山期侵入岩主要为变辉绿岩。

第四系松散堆积层分布于唐河河床、河漫滩及阶地、山坡、山顶等不同地貌单元，其中唐河河床、河漫滩岩性属于全新统（Q4），以卵石混合土及粉土质砂层为主，厚度一般为6～10 m。唐河南岸山坡岩性属于上更新统（Q3），淡黄色低液限粉土为主，厚度很小，多为3～5 m。山顶岩性属于中更新统（Q2），以棕色低液限黏土为主，厚度不等，一般小于10 m。

1.2 地质构造及地震

滑坡治理区地质条件形成过程中各种地质活动频繁，节理裂隙发育，形成了复杂的地质构造。节理裂隙发育，主要发育走向有N75°W、N50°～60°W、N30°W。滑坡治理区地处山西强震带东部，地震活动相对较弱，地震基本烈度为Ⅶ度。

1.3 水文地质条件

滑坡治理区内存在以唐河为主要水源的地表水，以及赋存在基岩裂隙和松散岩类孔隙中的地下水。据地质钻孔资料显示，地下水位标高，低于公路标高，对滑坡体没有影响。

1.4 坡体物质及结构特征

坡体主要由五台群老潭沟组黑云斜长片麻状、燕山期侵入变辉绿岩脉及残坡积层组成。由于受多期构造活动形成的断层、节理的影响，同时受多期次侵入岩体的制约，岩体破碎、完整性差，风化深度较大，局部囊状风化深槽处厚度达十多米；地表出露的岩石风化程度较高，为全风化和强风化层。岩体强风化层厚度为15.0～30.0 m。

2 滑坡体基本特征

滑坡体初期实施过框架锚杆和坡面挂网喷混凝土封闭的应急加固措施，锚杆采用直径Φ32 mm 的螺纹钢以及Φ32 mm 的中空锚杆，锚孔直径Φ100 mm，锚杆深度12.0～26.0 m。

滑坡南北长约110 m，东西宽约70 m，滑体厚度10～20 m，平均厚度15 m，滑坡体积约10 万m3，滑动方向N6°W，属于中层、中型工程开挖型岩质滑坡。

急需处理的滑坡后缘位于山坡上部天然气输气管道南侧的截排水沟下方，存在多条东西向及北东向裂缝，宽度集中在1～5 cm 不等，其中最大裂缝宽度达10 cm。滑坡体东侧，发现纵向裂缝，最大裂缝宽度为2 cm，局部喷射混凝土表面已出现开裂和脱落。滑坡体西部、坡脚也有裂缝和喷射混凝土鼓裂现象。经模型计算分析，滑坡体主要受陡倾接力控制，各方向节理构成折线形滑动面造成剪切滑动破坏。

3 治理工程设计

3.1 滑坡整治原则

1）一次根治，不留后患。

2）经济实用，施工简便。

3）抗滑支挡和减滑加固工程综合整治:抗滑支挡工程措施先行实施，快速发挥作用；减滑工程措施高质量控制，充分发挥边坡岩土自身强度。

4）考虑全线工程的景观一致，美化环境。

3.2 整治措施选择

滑坡整治工程根据其发挥的作用包括减滑工程和抗滑工程。

减滑工程采用预应力锚索加固滑坡体内部岩体，挂网喷射混凝土对滑坡表面进行封闭，同时坡面设置截水沟，减少地表水、雨水渗入滑坡体内。通过以上减滑工程措施，以达到改善滑坡体内部岩性、土质、地下水条件，缓解剪切滑动破坏的影响。

抗滑工程则利用布置抗滑构筑物来支挡滑坡体运动，为滑坡体提供稳定支撑。

3.3 锚索、地梁、挂网喷砼设计

滑坡体治理根据不同区域在不同工况下的加固力计算[1]，按照区域划分为滑坡体上部、中部及底部三个部分，处理均采用六索的压力分散型锚索加固，通过不同的间排距布置，为各区域提供满足滑坡加固力要求的水平加固力。各区域锚索布置见表1。

表1 滑坡体各区域锚索布置

锚索长度确定原则为穿过中风化花岗片麻岩地层内8 m，由于地勘资料中物探勘测结果跟钻探结果反映的岩层分界面不一致，钻探所定的强风化花岗片麻岩和中风化花岗片麻岩分界面要较物探勘测测得的分界面深，出于安全起见，本次设计采用的是钻探所定的强风化花岗片麻岩和中风化花岗片麻岩分界面，如在施工时所揭露的地层岩性、滑动面（带）与勘探结果不符，应及时向设计方予以说明，在施工期间进行动态设计。

锚索之间采用截面积50 cm×50 cm 地梁连接，钢筋网采用Φ6 的钢筋制成，喷砼分两层施工，每层厚6 cm。截水沟采用倒梯形断面，排水沟采用矩形断面，采用浆砌片、块石砌筑，在陡坎或者落差较大的地段采取多级跌水坎的结构形式。

4 锚索的施工

4.1 施工准备

开工前，工程技术人员应充分理解设计意图，熟悉设计图纸，并向全体施工人员进行技术交底。

4.2 施工顺序

第三级（底部）、第二级（中部）斜坡锚索施工完后才可进行第一级（上部）斜坡锚索施工和天然气管道上方削坡卸载的工作。

4.3 施工测量放线

利用全站仪将施工图中设计的锚索点位进行测量放线，并在滑坡坡面对确定的锚索点位进行标记和编号，锚索点位的允许偏差控制在±50 mm。

4.4 成孔

钻孔是锚索施工中控制工期的关键工序，采用风动式凿岩机，钻孔孔径Φ130 mm，方法采用干钻，严禁水钻。由于坡体比较破碎普通风钻存在塌孔和埋钻事故，经试验本次钻孔施工采用跟管钻进的钻孔工艺:套管前部加工跟管管靴，钻进采用冲击器加击管器一体的风钻形式，在钻进过程中套管同时跟进，钻进达到设计深度后，继续稳钻，保持3～5 min。钻孔工序结束后，为保证灌浆效果，保证后续水泥砂浆灌浆时与岩体的粘结强度，利用高压空气（风压0.2～0.4 MPa）吹孔，对成孔中的岩分、水及其他杂质进行清理。为了验证设计孔深是否符合实际地质情况，采用自行研制的ZKDS-2 型钻孔电视设备对对底部滑坡体部位进行精确扫描，经主要分段区抽取3%孔检查发现设计孔深和实际地质情况基本吻合，故未对设计孔深进行变更。

钻孔工序完成后，为避免成孔长时间搁置形成袒孔，应在24 h 以内安装锚索杆体并进行注浆。

4.5 锚索制作、安放

1）锚索材料选用高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，为了准确区分锚索外露段、自由段、内锚固段三个单元，在锚索体各段顶部分别采用三种颜色予以区分，锚索技术标准为270 级，直径Φ=15.24 mm，极限强度1 860 MPa。钢绞线各段长度根据设计要求，严格控制，误差控制在±50 mm 范围之内。

2）锚索编束前，要检查每根钢绞线是否顺直，无扭曲、死弯、机械损伤、交叉、油污、锈蚀等现象，一旦发现上述问题，应立即处理后才能进入下一工序。

3）为保证钢绞线顺直，钢绞线沿锚索体轴线方向设置一架线环，保证锚索体保护层厚度不小于20mm，锚固段架线环间距1 m，自由段架线环间距2 m。

4）安装锚索前，再次核对锚孔编号，确认无误人工缓缓将锚索体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度（误差控制在50 mm 范围内），确保锚固长度。下放过程中应避免钢绞线粘附油脂、泥土等物。注浆管随锚索安放时一并准确放入钻孔设计位置，注浆管底段下放至距孔底10 cm 位置。

4.6 注浆

锚索注浆材料采用水灰比0.4～0.5 的纯水泥浆，注浆体强度不低于30 MPa，施工前应进行室内浆液配比试验和现场注浆试验，以确定注浆压力和检验施工方法及设备。

注浆过程中，应密切关注锚固段岩性变化，如在锚固段中发现强风化岩层或丰富的地下水，应及时增加锚固段长度，并采用高压劈裂灌浆，加固岩层。

注浆选用检验合格的原材料，并严格按照配比要求拌合均匀，利用注浆孔底进行返浆灌注，观察孔口浆液变化，灌注过程中严禁抽拔注浆管。孔口溢出浆液后，观察浆液高度变化，若浆液出现回落，应立即对注浆孔进行补浆灌注，直至孔口浆液饱满稳定。浆体未达到设计强度的70%前，不得在杆体端头施加外力，影响灌浆效果。

为保证注浆管路通常，应在注浆前及间歇时间长重新灌注前，应采用水货水泥稀浆对注浆管进行清理和润滑。

注浆过程应认真做好现场注浆记录，浆体强度检验用试块的数量每30 根锚索不少于一组，每组试块应不少于6 个。

4.7 张拉、锁定

1）张拉作业开始前，应对张拉机具设备进行标定，重复三次取平均值。张拉前，应确保锚索注浆段强度和锚墩混凝土强度均达到设计强度的80%以上。

2）锚索张拉按照分次分级、对称张拉的原则进行。唐河水电站滑坡治理锚索张拉为保证张拉过程中应力均匀，分两次进行张拉，第一次张拉力为预拉力值的一半，第二次张拉直接张拉至预定吨位。每次张拉按照张拉荷载不同分五级，并分别记录每一级钢绞线的伸长量。具体要求见表2。

3）张拉到位后，即锁定，机械切除多余的钢绞线，严禁电割、氧割，并应留长5～10 cm 的钢绞线以防滑，锚索锁定后48 h 内，若发现明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。

表2 预应力锚索分次分级张拉要求

5 监测

本次监测采用地表位移监测、测斜孔、锚索张拉后受力监测三部分，地表位移监测采用高精度全站仪观测，测斜仪采用国航天科工集团三十三所的CX-03钻孔测斜仪。

通过监测:地表位移监测由从开工到施工结束后一个月一直进行，锚索张拉前局部滑坡方向位移最大5.5 mm，张拉开始后发生最大8.7 mm 的反向位移，张拉结束后2 个月左右趋于稳定。测斜孔中有代表性的2#和锚索施工同时进行经监测，在张拉前一月于孔深1 m 产生滑坡方向1.33 mm 的位移，在一月后锚索张拉开始，及发生4.5 mm 的反向位移，且锚索拉力对岩体的影响深度为8 m，8 m 以下的岩体基本没有变化。通过锚索拉力监测发现拉力随时间推移产生衰减:在张拉完成后初期7～10 天的初始阶段为速降阶段，之后为缓降阶段，2 个月后趋于平稳。

6 结语

压力分散型锚索对完整性差非常破碎的滑塌岩体的使用无疑是一种非常有效的处理方案。前期勘察和设计需对滑坡体的深度精确勘探和模型计算，在施工中严格按设计文件要求从底部开始、锚索钻孔跟管钻进、钻孔电视复核滑坡体后缘深度，确保施工中的安全。最后通过对滑坡体综合监测，为设计提供有效参数以利于对将来的应用提供科学参照。