关于岩土锚固工程的失效因子探究

谢兴洋

摘要：本文主要论述了岩土锚固工程的失效因子这一问题。方法是通过对四个失败的岩土锚固工程案例进行分析,从另一个方面来总结岩土锚固在勘察、设计、施工、运管等等阶段中常为常见的13种失效因子,而且针对目前岩土锚固工程 中存在的问题,阐述了其应该在哪些方面有所加强。

关键词：岩土锚固；锚固技术；失效因子

中图分类号： C35 文献标识码： A

随着我国经济社会的快速发展，岩土锚固技术已经逐渐成为建筑工程中很重要的一个部分。之所以这样，是因为首先其自身具有很多的优点，主要体现在：岩土锚其自身具有主动受力的机制,而且能够充分调动岩土体的自稳能力。除此之外，还具有使用灵活、抗滑性能强等等优点。其次, 改革开放三十多年来，我国的基础设施建设不断完善，各个大型的工程项目雨后春笋般的兴建起来，但是 伴随着基础设施建设不断完善的同时，由于我国地质条件较为复杂，岩土问题广泛存在于各个地方，因此也促使了岩土锚固技术的发展。

一、对于一些失败岩土锚固工程案例的分析

（一）柏林煤矿的滑坡治理工程

1、工程概况

柏林煤矿滑坡治理工程属于较为典型的失败的岩土锚固工程，其滑坡治理是预应力锚索抗滑桩这一技术手段。但是，经过三年多的治理，煤矿的整体结构遭到破坏，因此，需要对之前采用的技术手段进行重新的考量。最终经过各方专家的论证，该项治理工程被确定为一项因重大勘察失误而导致失败的治理工程。

2、对该项工程的评价

针对该项失败的治理工程，其调查报告已经形成。该调查报告对于该项工程失败做了定性。该报告认为，该项工程无论是在滑坡类型和成因以及危险状态判断，包括对于滑坡的定量勘察以及计算等等方面都存在较大的错误。但是笔者通过对该报告进行了较为全面的分析，认为其报告中的一些内容是值得商榷的。

（1）滑坡范围:对于柏林煤矿的滑坡范围，该报告的解释分为两个阶段，第一阶段认为，柏林煤矿的岩窝至老林脚段为滑动体，但是在之后的第二个阶段又认为其处于稳定状态，而且没有考虑其滑坡推力的计算。笔者认为，该篇报告所 提到的这一阶段属于岩崩堆积区。因为其属于岩崩堆积区，因此大量的岩土由于洪水的作用，导致其不断地坍滑，而且逐渐地堆积在整个滑坡后缘的敏感区域，因此导致滑坡的复活、发展以及推力不断增大。因此，对于这一区域，不管是在对于其推力的计算还是治理上，都应该给予充分的重视，但是该篇报告所得出的结论却与此相反。

（2）滑动面位置: 笔者人文：该篇报告对于滑动面的分析基本上是正确的。尤其是其对于滑动面滑坡滑动机理以及力学关系，分析都比较准确。但是需要注意到：该篇报告在对于滑动面位置进行具体分析时，认为滑动面产生于粘土层之中，而且其在招待所的围墙外面剪出，因而划分出了一个不合理的反翅滑动面。更为重要的是，其最后指出滑动面下段“近似稳定”笔者认为，这一分析不够准确，甚至存在着一些错误。

（3）滑动面形状以及深度: 在实际的滑动工程施工中，滑动面形状以及深度是工程设计的重要依据。该篇调查报告认为该滑动面的反翅处深度为6. 8m,但是经过分析，实际深度应9. 8m。由于报告中所得出的结论与实际情况存在较大的出入，因此这种误差会给整个抗滑工程带来很大的影响，甚至会给抗滑工程造成成倍的误差。

(4) 计算参数: 值得注意的是，该篇报告由于并未作有关残余强度方面的实验，因此其提供的参数仅仅只能被划分为经验参数，对于实际工作来说，只能提供参考；除此之外，该篇报告结论中所得出的关于主轴推力计算表的数值存在误差，而且其所得出的有关主轴断面的比例尺不符合相关要求, 因此想要用作推力复核计算是比较困难的。

3、重新设计

针对柏林煤矿的滑坡治理工程，想要做到有效正确的治理，首先对于其滑坡类型、成因以及发育阶段要有一个正确的认识。简而言之，就是在实际的工作中要做到对于滑坡周界，滑动面的性状以及计算参数要有一个正确的认识。为了促进整个设计的安全性与可靠性，笔者在对原有调查报告较为详细准确分析的基础上, 结合其他相关资料， 从而形成以下看法:

（1）从柏林煤矿的岩窝一直到老林脚，其整个的堆积物是以坍塌的形式而发生破坏,随着时间的推移，其堆积长度已经超过了最初的150 m, 由于目前已经坍滑了将近110 m， 而且这些坍塌的物体由于洪水的作用，都被冲到了位于整个滑坡后缘的部分，根据对目前资料的分析可知，整个后缘部分的滑体已经平均增高了2. 0 m，随着其高度的增高，其推力也由150T增加为230T。笔者认为，由于目前该段坍塌体还没有形成实际上的滑坡，因此可以通过实施边坡工程，来进行支挡, 从而增加其安全系数。

（2）从柏林煤矿的老林脚一直到简塘河沟,，其属于一个完整的粘土滑坡, 因为两个岩层的交界面会产生滑坡面。对于这个滑坡面来说，其滑体厚度不完全相同，其中矿车道处的滑体厚度约为10m，而且整个滑体其上部属于农田，滑体粘土目前来说已经基本处于饱和状态，考虑到该处地区部分属于矿车道，因此需要对其进行保护，笔者认为，应该设计一道抗滑工程来对该段滑坡面进行保护。

（3）虽然滑坡出口的位置不尽相同，但是其有一个共同的特点，那就是必然处在整个滑舌部位强度的软弱面上，由于该处滑体自身处于塑性状态, 而且滑体呈现推移式，因此整个滑体的变形在翻沙厂附近表现的较大，而且对于该处滑坡来说，其显著的特点是下部的变形小而且滞后，只有当等到滑坡完全发育, 其剪出口的变形才会明显。考虑到该处附近有进矿公路以及简槽河，因此，笔者认为该段滑坡应该为其设置一道支挡的结构，从而防止堵塞。而且由于有阻抗段的作用, 整体施工也更加易于进行。

（二）陈列馆滑坡治理工程

1、工程概况

某陈列馆位于某大桥南桥头的古滑体上，由于施工需要，该大桥南桥头的桥台部位需要进行施工开挖，因此需要对公路修建切坡，由于这一系列工程，导致原本的古滑坡问题再一次地出现。由于整个工程设计不当，导致抗滑能力不足，进而影响了整个施工进度。甚至导致了整个抗滑结构在该地区雨季到来之前还没有完工，由于原本的古滑坡出现大面积的复活，因此不得不对整个陈列馆进行重新选址，因而造成了很大的经济损失以及人工浪费。笔者认为，造成这一系列后果的主要原因在于对预应力锚索抗滑桩的设计不当。

2、滑坡的成因以及机理

首先对于该陈列馆的位置进行分析，该所陈列馆拟建于某大桥南桥头的古滑体上。由于该处古滑体长度较长（纵长约为200m）, 宽度约为500m。而且特殊之处在于其滑动面位于堆积物和基岩之间的接触面上,整个滑体厚度约为15～21m，属于堆积层滑坡中较厚的滑坡。笔者认为，从该滑坡所处地区的地质地貌、岩性以及地形进行分析，该古滑坡最初是在坡脚的100m范围之内形成，随着时间的推移，逐步向外扩展，而且在扩展的过程中，由于其滑坡面前部逐渐变缓，从而在一定程度上形成了有效的阻抗段，因而整个滑坡逐渐地趋于稳定。但是，笔者认为，这种稳定状态并不是无条件的、绝对的。而是一种特殊的极限状态,其保持稳定的基本条件如下：

（1）对于该滑坡来说，想要保持稳定，就要要求主滑段堆积物不能大量增加。

（2）想要使整个滑坡保持稳定，那么阻抗段就不能被大面积的削弱。

（3）想要保持滑面稳定，还需要保证滑动面不能被雨水侵入。

3、滑坡治理工程设计失败的原因

由于陈列馆建设的需要，当施工位置到达大桥南桥头引道时，由于要对阻抗段进行路基的开挖，因此一定程度上来说，破坏整个古滑坡维持稳定的条件，因而导致了主滑段出现滑动,即古滑坡出现局部的复活。对于该滑坡的治理，目前的工程设计同样是采用了预应力锚索抗滑桩，但是笔者认为，之所以该项工程出现失败，主要是由于其预应力锚索抗滑桩的设计不当。该项抗滑工程，预应力锚索抗滑桩的基本技术参数是: 桩径1000mm、桩间距5m， 锚索采用的是600kN级的预应力锚索。然而，经过验算，该段古滑坡下滑力能够达到1398kN/ m，该项工程采所用的一排预应力锚索抗滑桩以及其附属的桩基础重力式挡墙其承受力根本不足以抵挡滑坡的下滑力。

（三）武警医院后边坡治理工程

1、工程概况

我国南方某城市的武警医院其后边坡出现塌滑，因此采用预应力锚索抗滑桩板墙技术手段来进行治理。

2、事故过程

整体施工从下到上逐步进行，对两级预应力锚索抗滑桩板墙分别进行施工。先进行第一级的预应力锚索抗滑桩板墙的施工，然后进行第二级预应力锚索抗滑桩板墙的施工。

当整体施工进度达到第一级板墙完工后,执行该项治理工程的施工单位处于加快施工进度的考虑，在对第二级板墙进行施工时，调整了整个板墙的施工次序

但是，正是因为这一次不当的施工次序调整，造成了整个滑坡治理工程的失败，也造成了很大的损失。主要表现在当时的实际施工过程中，对挡墙实行填土工作，填土仅仅不到挡墙高度的三分之二时，第二级的预应力锚索抗滑桩板墙就倾覆倒塌了。

3、原因分析

笔者认为，之所以出现挡墙坍塌，主要原因在于回填土的顺序问题。简而言之，作为一项抗滑技术，预应力锚索抗滑桩板墙其本质上来说是一种轻型的支挡结构。其具有这样的特点：当挂锚之前, 其整体呈现的是一种大悬臂的轻型结构，重点在于其轻型的特质上，由于其本身是一种轻型的结构，所以抗滑的能力相当小。也就决定了其填土的顺序，即挂锚之前是不能回填土的。该项滑坡面治理工程的失败之处就在于此。正是由于在实际的操作中，没有注意到这一关键问题，才导致了因为所回填土的压力促使了抗滑桩板墙的倾覆倒塌。因此，在实际的工作过程中，要特别注意回填土的顺序问题。

（四）某小区道路挡墙

1、工程概况

某小区道路为了抗滑，采用了预应力锚索抗滑桩板墙。其预应力锚索抗滑桩板墙的设计参数为：500mm钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩间距为2m， 其嵌固的深度大于5m，预应力锚索为600kN级，孔径130mm，13mm镀锌钢绞线以及长度为6m的中风化岩层内锚固段，还包括厚度为16cm的钢筋混凝土挡土板等等。

2、事故分析

该抗滑挡墙1993年6月竣工，其竣工投入后使用情况正常。事故原因在于工程投入使用之后的1997年3月，主要原因是，当地的地产开发商在对挡墙前趾的土地进行开发的时候，没有严格按照设计方案中要求的开挖面来进行开挖， 盲目施工，由于盲目的施工，导致实际的开挖面要比设计方案要求的开挖面深达3m之多，从而导致抗滑桩板墙剪断，引起事故的发生。

二、常见岩土锚固工程的失效因子

由于篇幅有限，本文仅以以上所述的4个岩土锚固工程的失败案例，作为原型，进而阐述岩土锚固工程的失效因子。由于我国国土面积广大，人口众多，而且随着近年来岩土锚固工程的不断应用，因此在实践中，有关岩土锚固工程的案例远远不止这些，由于篇幅关系，在此不一一列举。

通过对以往岩土锚固工程失败案例的分析，笔者得出以下结论：导致岩土锚固工程失败的原因众多，而且往往都不是单一的原因导致了工程的失败。而且众多原因之间还存在着错综复杂的关系。本文通过对以往一些岩土锚固工程失效因子的总结，列出以下表格，希望能够简要地涵盖一些岩土锚固工程失效的原因。（见表1）

工程阶段

失效因子

典型特征

勘查 灾害性质判断失误 滑坡与边坡的区别

灾害范围 滑体厚度定量不准确 滑动面与破裂面

岩土体力学指标 值的确定

设计 下滑力计算 滑体厚度几何参数

结构型式选择及结构计算失误 点锚

锚固设计 锚索类型锚固地层

施工 材料 锚具防腐材料

机具 成孔 灌浆 张拉设备

施工工藝 施工次序 填料及施工方法

施工管理 工程质量低劣 偷工减料

运营 维护 维修不当 检测外锚具的防护

临近土地开发环境条件恶化 乱填 乱挖

不可抗力 战争超过设防烈度的地震

表1 岩土锚固工程失效因子

结束语：

表1简要列出了几大能够导致岩土锚固工程失效的原因，主要是从勘察、设计、施工、运营四个工程阶段来说明可能导致岩土锚固工程失效的原因，所有的失效因子都是建立在对以往事故的分析总结上面，具有一定的借鉴意义和指导作用。

在实际的工作中，为了避免发生岩土锚固工程事故,笔者需要各方密切配合，政府有关部门、建筑行业协会以及岩土锚固工程界三方缺一不可，而且三方应该做到协同负责。

首先三方应该建立严格的岩土锚固工程施工的单位准入制度。

其次要深入地开展有关岩土锚固技术的研究，集中力量解决诸如岩土工程勘探、锚固材料、以及材料的防腐处理、岩土锚固机具设备、整体施工工艺等施工问题，还包括质量检测、安全评价、修复技术等竣工后的工程检验问题。从而做到整体提升我国岩土锚固工程的技术水平。

而且，要重视有关岩土锚固工程知识的普及工作，要做到让施工单位真正地掌握岩土锚固的相关理论。

参考文献：

[1] 程良奎. 岩土锚固研究与新进展[J]. 岩石力学与工程学报，2005.

[2] 程良奎，范景伦，韩军，等. 岩土锚固[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 程良奎，韩军. 单孔复合锚固法的理论和实践[J]. 工业建筑，2001.

[4] 陈奕奇，郭红仙，宋二祥，等. 岩土锚固结构腐蚀程度的评估[J]. 岩石力学与工程学报，2007.