關于巖土錨固工程的失效因子探究

謝興洋

摘要：本文主要論述了巖土錨固工程的失效因子這一問題。方法是通過對四個失敗的巖土錨固工程案例進行分析,從另一個方面來總結巖土錨固在勘察、設計、施工、運管等等階段中常為常見的13種失效因子,而且針對目前巖土錨固工程 中存在的問題,闡述了其應該在哪些方面有所加強。

關鍵詞：巖土錨固；錨固技術；失效因子

中圖分類號： C35 文獻標識碼： A

隨著我國經濟社會的快速發展，巖土錨固技術已經逐漸成為建筑工程中很重要的一個部分。之所以這樣，是因為首先其自身具有很多的優點，主要體現在：巖土錨其自身具有主動受力的機制,而且能夠充分調動巖土體的自穩能力。除此之外，還具有使用靈活、抗滑性能強等等優點。其次, 改革開放三十多年來，我國的基礎設施建設不斷完善，各個大型的工程項目雨后春筍般的興建起來，但是 伴隨著基礎設施建設不斷完善的同時，由于我國地質條件較為復雜，巖土問題廣泛存在于各個地方，因此也促使了巖土錨固技術的發展。

一、對于一些失敗巖土錨固工程案例的分析

（一）柏林煤礦的滑坡治理工程

1、工程概況

柏林煤礦滑坡治理工程屬于較為典型的失敗的巖土錨固工程，其滑坡治理是預應力錨索抗滑樁這一技術手段。但是，經過三年多的治理，煤礦的整體結構遭到破壞，因此，需要對之前采用的技術手段進行重新的考量。最終經過各方專家的論證，該項治理工程被確定為一項因重大勘察失誤而導致失敗的治理工程。

2、對該項工程的評價

針對該項失敗的治理工程，其調查報告已經形成。該調查報告對于該項工程失敗做了定性。該報告認為，該項工程無論是在滑坡類型和成因以及危險狀態判斷，包括對于滑坡的定量勘察以及計算等等方面都存在較大的錯誤。但是筆者通過對該報告進行了較為全面的分析，認為其報告中的一些內容是值得商榷的。

（1）滑坡范圍:對于柏林煤礦的滑坡范圍，該報告的解釋分為兩個階段，第一階段認為，柏林煤礦的巖窩至老林腳段為滑動體，但是在之后的第二個階段又認為其處于穩定狀態，而且沒有考慮其滑坡推力的計算。筆者認為，該篇報告所 提到的這一階段屬于巖崩堆積區。因為其屬于巖崩堆積區，因此大量的巖土由于洪水的作用，導致其不斷地坍滑，而且逐漸地堆積在整個滑坡后緣的敏感區域，因此導致滑坡的復活、發展以及推力不斷增大。因此，對于這一區域，不管是在對于其推力的計算還是治理上，都應該給予充分的重視，但是該篇報告所得出的結論卻與此相反。

（2）滑動面位置: 筆者人文：該篇報告對于滑動面的分析基本上是正確的。尤其是其對于滑動面滑坡滑動機理以及力學關系，分析都比較準確。但是需要注意到：該篇報告在對于滑動面位置進行具體分析時，認為滑動面產生于粘土層之中，而且其在招待所的圍墻外面剪出，因而劃分出了一個不合理的反翅滑動面。更為重要的是，其最后指出滑動面下段“近似穩定”筆者認為，這一分析不夠準確，甚至存在著一些錯誤。

（3）滑動面形狀以及深度: 在實際的滑動工程施工中，滑動面形狀以及深度是工程設計的重要依據。該篇調查報告認為該滑動面的反翅處深度為6. 8m,但是經過分析，實際深度應9. 8m。由于報告中所得出的結論與實際情況存在較大的出入，因此這種誤差會給整個抗滑工程帶來很大的影響，甚至會給抗滑工程造成成倍的誤差。

(4) 計算參數: 值得注意的是，該篇報告由于并未作有關殘余強度方面的實驗，因此其提供的參數僅僅只能被劃分為經驗參數，對于實際工作來說，只能提供參考；除此之外，該篇報告結論中所得出的關于主軸推力計算表的數值存在誤差，而且其所得出的有關主軸斷面的比例尺不符合相關要求, 因此想要用作推力復核計算是比較困難的。

3、重新設計

針對柏林煤礦的滑坡治理工程，想要做到有效正確的治理，首先對于其滑坡類型、成因以及發育階段要有一個正確的認識。簡而言之，就是在實際的工作中要做到對于滑坡周界，滑動面的性狀以及計算參數要有一個正確的認識。為了促進整個設計的安全性與可靠性，筆者在對原有調查報告較為詳細準確分析的基礎上, 結合其他相關資料， 從而形成以下看法:

（1）從柏林煤礦的巖窩一直到老林腳，其整個的堆積物是以坍塌的形式而發生破壞,隨著時間的推移，其堆積長度已經超過了最初的150 m, 由于目前已經坍滑了將近110 m， 而且這些坍塌的物體由于洪水的作用，都被沖到了位于整個滑坡后緣的部分，根據對目前資料的分析可知，整個后緣部分的滑體已經平均增高了2. 0 m，隨著其高度的增高，其推力也由150T增加為230T。筆者認為，由于目前該段坍塌體還沒有形成實際上的滑坡，因此可以通過實施邊坡工程，來進行支擋, 從而增加其安全系數。

（2）從柏林煤礦的老林腳一直到簡塘河溝,，其屬于一個完整的粘土滑坡, 因為兩個巖層的交界面會產生滑坡面。對于這個滑坡面來說，其滑體厚度不完全相同，其中礦車道處的滑體厚度約為10m，而且整個滑體其上部屬于農田，滑體粘土目前來說已經基本處于飽和狀態，考慮到該處地區部分屬于礦車道，因此需要對其進行保護，筆者認為，應該設計一道抗滑工程來對該段滑坡面進行保護。

（3）雖然滑坡出口的位置不盡相同，但是其有一個共同的特點，那就是必然處在整個滑舌部位強度的軟弱面上，由于該處滑體自身處于塑性狀態, 而且滑體呈現推移式，因此整個滑體的變形在翻沙廠附近表現的較大，而且對于該處滑坡來說，其顯著的特點是下部的變形小而且滯后，只有當等到滑坡完全發育, 其剪出口的變形才會明顯?？紤]到該處附近有進礦公路以及簡槽河，因此，筆者認為該段滑坡應該為其設置一道支擋的結構，從而防止堵塞。而且由于有阻抗段的作用, 整體施工也更加易于進行。

（二）陳列館滑坡治理工程

1、工程概況

某陳列館位于某大橋南橋頭的古滑體上，由于施工需要，該大橋南橋頭的橋臺部位需要進行施工開挖，因此需要對公路修建切坡，由于這一系列工程，導致原本的古滑坡問題再一次地出現。由于整個工程設計不當，導致抗滑能力不足，進而影響了整個施工進度。甚至導致了整個抗滑結構在該地區雨季到來之前還沒有完工，由于原本的古滑坡出現大面積的復活，因此不得不對整個陳列館進行重新選址，因而造成了很大的經濟損失以及人工浪費。筆者認為，造成這一系列后果的主要原因在于對預應力錨索抗滑樁的設計不當。

2、滑坡的成因以及機理

首先對于該陳列館的位置進行分析，該所陳列館擬建于某大橋南橋頭的古滑體上。由于該處古滑體長度較長（縱長約為200m）, 寬度約為500m。而且特殊之處在于其滑動面位于堆積物和基巖之間的接觸面上,整個滑體厚度約為15～21m，屬于堆積層滑坡中較厚的滑坡。筆者認為，從該滑坡所處地區的地質地貌、巖性以及地形進行分析，該古滑坡最初是在坡腳的100m范圍之內形成，隨著時間的推移，逐步向外擴展，而且在擴展的過程中，由于其滑坡面前部逐漸變緩，從而在一定程度上形成了有效的阻抗段，因而整個滑坡逐漸地趨于穩定。但是，筆者認為，這種穩定狀態并不是無條件的、絕對的。而是一種特殊的極限狀態,其保持穩定的基本條件如下：

（1）對于該滑坡來說，想要保持穩定，就要要求主滑段堆積物不能大量增加。

（2）想要使整個滑坡保持穩定，那么阻抗段就不能被大面積的削弱。

（3）想要保持滑面穩定，還需要保證滑動面不能被雨水侵入。

3、滑坡治理工程設計失敗的原因

由于陳列館建設的需要，當施工位置到達大橋南橋頭引道時，由于要對阻抗段進行路基的開挖，因此一定程度上來說，破壞整個古滑坡維持穩定的條件，因而導致了主滑段出現滑動,即古滑坡出現局部的復活。對于該滑坡的治理，目前的工程設計同樣是采用了預應力錨索抗滑樁，但是筆者認為，之所以該項工程出現失敗，主要是由于其預應力錨索抗滑樁的設計不當。該項抗滑工程，預應力錨索抗滑樁的基本技術參數是: 樁徑1000mm、樁間距5m， 錨索采用的是600kN級的預應力錨索。然而，經過驗算，該段古滑坡下滑力能夠達到1398kN/ m，該項工程采所用的一排預應力錨索抗滑樁以及其附屬的樁基礎重力式擋墻其承受力根本不足以抵擋滑坡的下滑力。

（三）武警醫院后邊坡治理工程

1、工程概況

我國南方某城市的武警醫院其后邊坡出現塌滑，因此采用預應力錨索抗滑樁板墻技術手段來進行治理。

2、事故過程

整體施工從下到上逐步進行，對兩級預應力錨索抗滑樁板墻分別進行施工。先進行第一級的預應力錨索抗滑樁板墻的施工，然后進行第二級預應力錨索抗滑樁板墻的施工。

當整體施工進度達到第一級板墻完工后,執行該項治理工程的施工單位處于加快施工進度的考慮，在對第二級板墻進行施工時，調整了整個板墻的施工次序

但是，正是因為這一次不當的施工次序調整，造成了整個滑坡治理工程的失敗，也造成了很大的損失。主要表現在當時的實際施工過程中，對擋墻實行填土工作，填土僅僅不到擋墻高度的三分之二時，第二級的預應力錨索抗滑樁板墻就傾覆倒塌了。

3、原因分析

筆者認為，之所以出現擋墻坍塌，主要原因在于回填土的順序問題。簡而言之，作為一項抗滑技術，預應力錨索抗滑樁板墻其本質上來說是一種輕型的支擋結構。其具有這樣的特點：當掛錨之前, 其整體呈現的是一種大懸臂的輕型結構，重點在于其輕型的特質上，由于其本身是一種輕型的結構，所以抗滑的能力相當小。也就決定了其填土的順序，即掛錨之前是不能回填土的。該項滑坡面治理工程的失敗之處就在于此。正是由于在實際的操作中，沒有注意到這一關鍵問題，才導致了因為所回填土的壓力促使了抗滑樁板墻的傾覆倒塌。因此，在實際的工作過程中，要特別注意回填土的順序問題。

（四）某小區道路擋墻

1、工程概況

某小區道路為了抗滑，采用了預應力錨索抗滑樁板墻。其預應力錨索抗滑樁板墻的設計參數為：500mm鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁間距為2m， 其嵌固的深度大于5m，預應力錨索為600kN級，孔徑130mm，13mm鍍鋅鋼絞線以及長度為6m的中風化巖層內錨固段，還包括厚度為16cm的鋼筋混凝土擋土板等等。

2、事故分析

該抗滑擋墻1993年6月竣工，其竣工投入后使用情況正常。事故原因在于工程投入使用之后的1997年3月，主要原因是，當地的地產開發商在對擋墻前趾的土地進行開發的時候，沒有嚴格按照設計方案中要求的開挖面來進行開挖， 盲目施工，由于盲目的施工，導致實際的開挖面要比設計方案要求的開挖面深達3m之多，從而導致抗滑樁板墻剪斷，引起事故的發生。

二、常見巖土錨固工程的失效因子

由于篇幅有限，本文僅以以上所述的4個巖土錨固工程的失敗案例，作為原型，進而闡述巖土錨固工程的失效因子。由于我國國土面積廣大，人口眾多，而且隨著近年來巖土錨固工程的不斷應用，因此在實踐中，有關巖土錨固工程的案例遠遠不止這些，由于篇幅關系，在此不一一列舉。

通過對以往巖土錨固工程失敗案例的分析，筆者得出以下結論：導致巖土錨固工程失敗的原因眾多，而且往往都不是單一的原因導致了工程的失敗。而且眾多原因之間還存在著錯綜復雜的關系。本文通過對以往一些巖土錨固工程失效因子的總結，列出以下表格，希望能夠簡要地涵蓋一些巖土錨固工程失效的原因。（見表1）

工程階段

失效因子

典型特征

勘查 災害性質判斷失誤 滑坡與邊坡的區別

災害范圍 滑體厚度定量不準確 滑動面與破裂面

巖土體力學指標 值的確定

設計 下滑力計算 滑體厚度幾何參數

結構型式選擇及結構計算失誤 點錨

錨固設計 錨索類型錨固地層

施工 材料 錨具防腐材料

機具 成孔 灌漿 張拉設備

施工工藝 施工次序 填料及施工方法

施工管理 工程質量低劣 偷工減料

運營 維護 維修不當 檢測外錨具的防護

臨近土地開發環境條件惡化 亂填 亂挖

不可抗力 戰爭超過設防烈度的地震

表1 巖土錨固工程失效因子

結束語：

表1簡要列出了幾大能夠導致巖土錨固工程失效的原因，主要是從勘察、設計、施工、運營四個工程階段來說明可能導致巖土錨固工程失效的原因，所有的失效因子都是建立在對以往事故的分析總結上面，具有一定的借鑒意義和指導作用。

在實際的工作中，為了避免發生巖土錨固工程事故,筆者需要各方密切配合，政府有關部門、建筑行業協會以及巖土錨固工程界三方缺一不可，而且三方應該做到協同負責。

首先三方應該建立嚴格的巖土錨固工程施工的單位準入制度。

其次要深入地開展有關巖土錨固技術的研究，集中力量解決諸如巖土工程勘探、錨固材料、以及材料的防腐處理、巖土錨固機具設備、整體施工工藝等施工問題，還包括質量檢測、安全評價、修復技術等竣工后的工程檢驗問題。從而做到整體提升我國巖土錨固工程的技術水平。

而且，要重視有關巖土錨固工程知識的普及工作，要做到讓施工單位真正地掌握巖土錨固的相關理論。

參考文獻：

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