岩土锚固工程的长期性能与安全评价_程良奎

第27卷第5期岩石力学与工程学报V ol.27 No.5 2008年5月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2008 岩土锚固工程的长期性能与安全评价程良奎1，韩军2，张培文1(1. 中冶集团建筑研究总院，北京 100088；2. 长江科学院，湖北武汉 430030)摘要：岩土锚固在我国土木、水利和建筑工程中已得到广泛应用，其成效显著。

岩土锚固的长期性能与安全评价是当前岩土工程界普遍关注的一个热点问题，也是影响岩土锚固工程安全性的一个关键问题。

对国内外重力坝、边坡、地下洞室、码头、干船坞、结构抗浮与基坑等17项岩土锚固工程长期性能的分析研究后指出：锚杆设计具有足够的安全富裕度，对锚杆结构整个长度实施完善的防腐保护，采用和发展具有良好化学与力学稳定性的锚杆技术，认真履行高标准的锚杆验收试验和建立完整的岩土锚固工程长期监测与维护管理体系是提高岩土锚固长期性能的主要途径和有效方法。

初步建立了岩土锚固工程安全评价模式，还论述了锚固工程危险源的辨认方法，锚杆长期性能的监测与检测，岩土锚固安全工作临界指标以及岩土锚固病害的处治方法。

关键词：岩土工程；岩土锚固；长期性能；安全评价；承载力；防腐保护；初始预应力；病害处治中图分类号：TU 443 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)05–0865–08 LONG-TERM PERFORMANCE AND SAFETY ASSESSMENT OF ANCHORAGE IN GEOTECHNICAL ENGINEERINGCHENG Liangkui1，HAN Jun2，ZHANG Peiwen1(1. Central Research Institute of Building and Construction，China Metallurgical Group Corporation，Beijing100088，China；2. Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan，Hubei430030，China)Abstract：The ground anchorages have been widely used and significant achievements have been achieved in the civil engineering，hydraulic engineering and construction engineering in China. The long-term performance and safety assessment issues of the ground anchorages are widely focused，which are the key issues influencing the safety of ground anchorages. According to the research and analysis of long-term performance of seventeen domestic and international ground anchorage projects such as gravity dam，slope，underground opening，dock，shipyard，structure against floatation and foundation pit，the measures and means improving long-term performance of the ground anchorage are taken as follows：(1) allowable factor of safety for the design of ground anchor；(2) anticorrosion protection of the whole length of ground anchor；(3) research and development of new anchor system with mechanical and chemical stability；(4) strictly carrying out the acceptance test with the related code；and (5) setting perfect long-term monitoring and maintenance of ground anchor engineering systems. The safety assessment model is initially constructed；and the identification of potential dangerous sources，the long-term performance of monitoring and detection，the critical indices of safety and failure，and treatment methods for ground anchorages，are all described.Key words：geotechnical engineering；ground anchorages；long-term performance；safety assessment；loading capacity；anticorrosive protection；initial prestress；defect and failure treatment收稿日期：2007–10–10；修回日期：2008–02–02作者简介：程良奎(1935–)，男，1957年毕业于西安建筑工程学院工业与民用建筑专业，现任教授级高级工程师，主要从事岩土加固与隧道、边坡、• 866 • 岩石力学与工程学报 2008年1 引言近20 a来，岩土锚固技术在我国土木水利和建筑工程中得到空前广泛的发展。

其发展速度之快、应用规模之大，应用量之多已跃居世界之首，而且正以飞跃之势向工程建设的广度和深度推进。

在这种形势下，研究掌握岩土锚固工程的长期性能，对重大的锚固工程实施安全评价，对安全度不足或出现病害的锚固工程采取有效的处治措施，以保障岩土锚固工程的安全工作，是岩土工程工作者所面临的一项十分紧迫而重要的任务。

在国外，近年来对岩土锚固的长期性能研究已相当重视。

1997年在英国召开的“地层锚固与锚固结构”国际学术研讨会上，交流的54篇论文中，主要内容涉及岩土锚固长期性能的就有11篇[1]。

英国、南非和德国等国有关部门还专门对部分使用10～22 a的岩土锚固工程的长期性能进行了全面的调查与检测，并作出了安全评价，对避免工程风险和提高工程的安全性发挥了重要作用。

在我国，对岩土锚固长期性能的研究工作则刚刚起步，国家或行业标准对岩土锚固工程长期性能与安全评价的规定也不尽完善。

相当多的永久性岩土锚固工程的长期监测力度十分不足，部分岩土锚固工程潜伏着安全隐患，有的已经出现了失稳或破坏，这种情况若任其发展，后果极为严重。

因此，加强对岩土锚固工程长期性能研究，建立完善的岩土锚固安全评价方法，是我国当前岩土锚固技术健康发展和规避工程安全风险的一个重大课题。

2 岩土锚固工程的长期性能岩土锚固工程的长期性能是岩土锚杆(索)及被锚固的结构物在经历较长时间(一般在2 a以上)后，在不同工作与环境条件下的力学稳定性和化学稳定性的客观真实的反映，它直接关系着岩土锚固工程的安全状态。

检验岩土锚固工程的长期性能指标一般应包括锚杆锁定荷载(初始预应力)变化量、锚杆现有承载力的降低率、被锚固地层与结构物的变形以及锚杆的腐蚀损伤程度。

本文收集到的世界各国17项被监测和检测的良好的工程有7项，占41.2%；长期性能基本良好，但少量或个别锚杆长期性能弱化或出现缺陷的工程有5项，占29.4%；其余5项，即英国普利茅斯德文波斯皇家造船厂的干船坞锚固与泰晤士河挡土墙锚固，南非的德班外环线与萨尼亚道路立交桥边坡锚固和佛罗伦萨沃客斯特边坡锚固和瑞士管线桥桥墩锚固等工程，则出现了严重的长期性能恶化和工程病害，占29.4%。

从表1中还可看出，具有足够的设计安全度、全面而有效的防腐措施，并通过严格的规范化验收试验的岩土锚固工程，均呈现出良好的长期性能。

反之则会引发锚杆承载力显著降低、被锚固地层变形急剧发展并偏大、筋体与锚具锈蚀、筋体截面减小乃至断裂等长期性能恶化与工程病害。

英国泰晤士河挡墙工程工作21 a后，因锚杆杆体断裂引发钢板桩倾倒事故见图1，2，中国西南某大型边坡锚固工程因锚杆锚头保护层不足10～20 mm，导致锚杆锚头(锚具与筋体)腐蚀，见图3。

分析出现这些病害的原因有：(1) 锚杆安全度不足，导致被锚固的岩土体变形急剧发展，而裂隙的展开，又使锚杆遭受裂隙水的侵蚀；(2) 局部锚杆失效，而使邻近锚杆超载工作，从而引发大面积的锚杆破坏；(3) 锚杆杆体控制应力(锁定荷载)大于杆体抗拉强度标准值的60%，引起钢绞线应力腐蚀；(4) 锚头下一定范围内的自由段筋体裸露，封孔灌浆不到位；(5) 长期工作在海水或酸性水侵蚀环境中，且锚杆自由段筋体无套管防护；(6) 在工作范围内遭受杂散电流的侵蚀；(7) 锚头保护层不足，导致保护层开裂，大气水的入渗而腐蚀锚杆。

3 提高岩土锚固长期性能的途径与方法根据国内外岩土锚固技术的发展及部分被检验揭示的岩土锚固工程长期性能的状况分析，笔者认为要提高岩土锚固的长期性能，确保锚固工程的长期安全工作，应采取以下主要途径和方法。

第27卷第5期程良奎，等. 岩土锚固工程的长期性能与安全评价 • 867 •表1 国内外部分岩土锚固工程的长期性能[2～8]Table 1 Long-term performance of partial ground anchorages[2～8] at home and abroad国家或地区工程类型工程名称锚杆(索)安设年份锚杆锁定荷载/kN长期性能简要概述原因分析处治措施阿尔及利亚重力坝锚固切尔伐斯坝加高工程1934 10000使用35 a后锚杆荷载平均损失率5%(按国内外有关规范规定，锚杆荷载变化＜10%，都是容许的)法国重力坝锚固朱克斯坝工程19741300使用几个月后，有几根锚杆锚固段出现钢绞线断裂现象锚杆的应力水平为筋体抗拉强度极限值的67%，导致筋体在高拉伸状态下应力腐蚀挡土墙锚固普莱顿湾上游围堤1986～1989– 8a后检查(包括检测)所有锚杆状态良好优良的防护系统和完全有效的封孔灌浆，阻止了水和空气接触钢绞线与锚头高架桥锚固娄里爵士通道高架桥1983～19841 06210 a后对10%的锚杆进行了拉拔试验，情况良好。