某擋土墻險情分析及排危加固方案探討

胡清，胡勁，楊詠梅，胡先忠

（1重慶公用事業建設有限公司 重慶 4011202重慶市市政委路橋收費管理處重慶 400023 3重慶市瑞豐建筑勘察設計有限責任公司 重慶 400020）

1 引言

碧南河由北向南流經重慶市某縣城，長度超過1km。河床平均寬36.6m，城內高程為277.0m～283.0m，常年水位線為275.0m，最低 （河心）水位線為270.9m，防洪警戒水位線為277.5m（縣志記載）。1976年至1986年，在河兩岸修建了總長2712m的防洪擋土墻。為使璧南河水清污分流，1999年在河兩岸緊靠擋土墻外立面修建了總長約2610m排污混凝土箱涵（寬1.9m，高2.2m）。2006年在河兩岸上通長敷設排污管道（管埋設于擋土墻背后填土內，管徑700～900mm，埋深在地表下3m左右）。2007年遇特大洪災后，2008年政府投巨資整治璧南河，河道清淤后期擋土墻出現開裂甚至垮塌等險情，為此引起社會廣泛關注。

2 擋土墻險情分析

2.1 河道水文資料簡析

主河徑流長21.5km，集雨面積151.3km2，由北向南流經縣城內的和平橋（兩跨混凝土板橋）、小東門橋（空腹石拱橋）、彩虹人行橋（提欄橋）、大東門橋（混凝土勒拱橋）、文鼻嘴堰、文星橋（混凝土勒拱橋）和文風橋（5孔石拱橋），河道寬26m～47m。洪災頻發，近代發生的較大洪災見表1。

表1 近代小東門處洪水位（m）統計表

河道的流量分別按明渠均勻流的謝才—曼寧公式 {Q=A R2/3i1/2/n}、淹沒式實用堰流量公式{Q=εσsmb（2g）1/2H03/2}和小橋淹沒出流流量公式{Q=εmbh[2g（H0-h）]1/2}估算。河道的底坡i=1/741（朱家橋至文風橋距離4450m，高差6m），計算公式、符號和參數見水力學[1]。估算結果見表2。

表2 流量估算表 (注：按小東門警戒水位277.50m計)

由表2可知，文鼻嘴堰和文風橋的泄洪能力最低，泄洪量僅為最窄河道的16﹪～24﹪，其次是橋的泄洪量為最窄河道的38﹪～73﹪，因此河道上的橋堰是阻礙泄洪的主要因素。故改建文風橋和拆除文鼻嘴堰是完全必要的。箱涵對河道的泄洪能力影響僅9%～15%，且洪水位越高，它的影響力就越低，拆除與否應權衡利弊認真對待。

2.2 河道整治

2008年，政府投巨資2.38億元整治璧南河，改建文風橋為人行混凝土拱橋，拆除了文鼻嘴堰和排污混凝土箱涵，清除河道淤泥10多萬立方米，疏通了河道，提高了泄洪能力，降低了洪水對縣城的威脅。由于河道清淤時未對擋土墻采取保護措施，工程還未結束時，兩岸擋土墻出現多處險情（擋土墻外傾、下沉、開裂），2009年3月西岸彩虹橋下游一段約40m長的擋土墻垮塌。因此停止了清淤作業，并用袋裝土石方堆砌在擋土墻的基腳(墻趾)處，保護因清淤作業而外露的擋土墻基腳和地基，使險情得到一定控制。

原自然河床斷面呈V字型，修建防洪擋土墻后，河床斷面呈U字型，而清淤后河床斷面呈 П 型，這樣就將原保護擋土墻基礎（墻趾）上的覆土和排污混凝土箱涵清除了，使墻趾裸露甚至懸空，擋土墻處于極不利的受力狀態，見圖1所示。

圖1 擋土墻平均斷面

2.3 勘察資料統計分析

為查明擋土墻的現狀，于2009年初對2561m長的擋土墻進行了勘察（120個鉆孔），結果詳見表3。

表3 擋土墻勘察鉆孔統計分析表（單位：m，新河床平均高程：271.11m）

由表3可知，混凝土箱涵基底比擋土墻基底平均高1.38m。擋土墻總高為3.75m～11.8m，平均總高7.22m。墻基持力層60%為土質地基，40%為巖石地基。基底下持力土層厚0～5.40m，平均厚1.22m。基礎底面介于新河床線下3.20m至線上3.95 m之間，平均高于新河床線0.67m，即基礎外立面處于裸露且懸空狀態。詳見圖1。

2.4 擋土墻受力分析

2.4.1 擋土墻的設計施工

原河床斷面呈V字型，岸邊為砂石土河漫灘，也有巖石出露，高低不一。原擋土墻按墻肩綠化帶寬8m，人行道寬4m，不作行車考慮（建成后有部分通車）。擋土墻斷面尺寸是按照80年代的設計規范進行設計的，選用直立重力式條石擋土墻，詳見圖1。

直立重力式條石擋土墻的設計斷面為：墻頂寬0.6m，墻面坡1∶0.2，墻趾水平外伸0.3m，墻趾高0.9m～2.5m，墻身用M5水泥砂漿和MU20條石砌筑。墻基按原地貌就勢置于已經固結穩定的老填土或巖基上，除了高于常水位的巖基外，其余基礎（墻趾）均有1m左右的埋置深度，詳見圖1。根據擋土墻后填土的內摩擦角Φ=350，基底摩擦系數μ=0.3～0.5，均布荷載q=3.5kN/㎡，按當時的規范計算分析[2]或查擋土墻標準圖集[3]、[4]，當持力土層分別為土和巖石時，該擋土墻總高6m和7m以內時是安全的。理論上大于此高度時擋土墻的安全度不足并處于極限平衡狀態，事實上由于計算假設和參數與實際有一定的出入，故其計算結果不一定符合實際。

建擋土墻后原V字型河床變成了U字型，河床中心高程271.5m左右，河床邊高程273.0m左右，多數擋土墻在河床以上的高度僅6m左右，與設計吻合。有個別高8m左右的擋土墻，其裸露部分也只有7m左右，基礎埋深達數米，多數置于巖基上，此時基礎埋深1m以下部可視為換土地基，擋土墻的計算總高就從換土地基以上計起，擋土墻總高就降低了。實際上土的物理力學指標是變化的，也難以準確取值，因此借鑒已有的工程實踐很有必要。

1986年擋土墻建成后，1992年洪水沖刷掉了文鼻嘴堰兩岸邊擋土墻的土質地基，致使擋土墻垮塌，此后直至1999年擋土墻經過多次洪災考驗均安然無恙，由此見證了原擋土墻基本上是安全的（該時期內沒有建排污混凝土箱涵）。

2.4.2 排污混凝土箱涵

1999年在河兩岸緊靠擋土墻外立面修建了排污用的混凝土箱涵（大部分為鋼筋混凝土樁基，少量為天然土石地基），混凝土箱涵寬1.9m，高2.2m，壁厚0.2m，混凝土箱涵底高程273.16m左右，混凝土箱涵頂高程275.36m左右，混凝土箱涵上部只有高3.64m左右擋土墻出露于外，混凝土箱涵基底比擋土墻基底平均高1.38m。混凝土箱涵客觀上保護了墻身下部和基礎，增加了擋土墻抗滑移和抗傾覆的能力，遭遇2007年的特大洪災擋土墻卻無一毀損，混凝土箱涵是有作用的，見圖1。

2.4.3 擋土墻肩上排污管道

2006年在河兩岸上通長敷設排污管道（管埋于擋土墻背填土內，管徑700～900mm，埋深于地表下3m左右）。管道敷設開挖擾動了已經固結的墻后填土，有些回填不實的土后期沉降較大，使部分路面下沉開裂，進而拉壞地下管道產生滲漏，降低了土的內摩擦角和粘聚力，增加了土的容重，致使土壓力變大。如彩虹橋西橋頭的擋土墻垮塌和其他險情就與此有關。

2.4.4 河床清淤

2008年河床清淤后，使河床斷面由U字型變成了 П 型，正如勘察報告所描述的那樣，清淤鏟除保護擋土墻基礎的覆土和混凝土箱涵，使墻趾外立面處于裸露并處于懸空狀態，違反了 《建筑地基基礎設計規范》關于擋土墻基礎最低埋置深度（土質地基埋深≥0.5m，巖質地基埋深≥0.3m）的規定。清淤后擋土墻基底平均高程比新河床高程高出0.67m，新河床線岸邊的高程比原混凝土箱涵底高程還低2.05m，即擋土墻基礎裸露并處于懸空狀態，持力土層無側限受壓剪切失穩，導致擋土墻產生了險情。

彩虹橋西橋頭下游西K0+450～490有40m擋土墻開裂垮塌，該段擋土墻總高僅6m，基礎下持力土層厚3.2m，清淤后基礎完全裸露并懸空1.7m左右，使持力土層無側限受壓剪切破壞失穩，導致擋土墻開裂直至垮塌，見圖2。其余還有247m長的擋土墻也出現了不同程度的險情。

圖2 垮塌段擋土墻

3 排危加固方案建議

經分析，擋土墻出現險情的主要原因是基礎裸露和持力土層遭破壞所致，故只要基礎和持力土層加固了，其險情就可得到控制和排除，為此提出以下排危加固方案供參考。因原擋土墻的設計未考慮行車，故應禁止重型車輛通行，以保安全。除了已經垮塌或險情極嚴重不能保的擋土墻拆除重建外，其余可按下述方案進行排危加固。

3.1 堆土護基

用袋裝土石方堆砌在擋土墻的基腳(墻趾)處，保護裸露的地基和基腳，堆砌至高程273.50m左右為宜，擋土墻墻身僅出露5～6m左右，如此擋土墻是安全的。本方案適合多數地段，簡單易行，投資較省，也有實踐經驗。但要注意堆土在枯水期可能外露的美觀問題和遇洪水堆土又可能被沖毀的可能，因此堆土必須美化和牢固。

3.2 錨桿噴射混凝土

墻基置于巖石地基上，且巖石地基表面高于河床較多的擋土墻，建議采用錨桿噴射混凝土支護技術，加固巖石地基和擋土墻。東岸：和平橋上游東K0+80～175段、彩虹橋下游東K0+705～759段、大東門橋至文鼻嘴堰間東K0+905～1045段、文風橋上游東K0+1325～1382段，西岸：和平橋下游西K0+60～108段較適宜用本法進行加固處理。本方案方便可行，較為經濟。

3.3 鋼筋混凝土墻板

墻基裸露，埋深低于河床的土石地基，可采用鋼筋混凝土墻板對墻基和地基進行帷幕封閉加固，墻板頂面至高程273.50m左右，底面埋深應不小于河床線下0.6m，基礎采用鋼筋混凝土樁基或可靠的天然地基。此方案施工難度較大，耗資較多，但可靠度較高。方案見圖3所示。

圖3 加固示意圖

3.4 П型剛架

П型剛架的內柱插于墻背填土內，外柱用凸榫錨于墻面上，上橫梁與內外柱剛性聯接。本法適于擋土墻的下部和基礎完好可靠，擋土墻的上部有外傾時采用，是經濟可行的。

4 結語

擋土墻是涉及土力學、水力學、磚石、混凝土等多學科領域的綜合學科，無論設計、施工、處理均應有十分嚴謹科學的態度。本擋土墻是上世紀80年代的作品，受當時經濟技術條件的限制，擋土墻的設計施工有一定的局限性。整治河道必須要考慮河道兩岸擋土墻等建（構）筑物的現狀，應事先查勘，對原有擋土墻應有加固保護的預案，針對影響河道泄洪的主要障礙（如文鼻嘴堰和文風橋），優化河床清淤方案。經測算，混凝土箱涵對河道的泄洪能力影響僅9%～15%，且洪水位越高影響力越小。當泄洪斷面相等時，采用接近最優的半圓形斷面，而不采用矩形斷面(П 型)，保留混凝土箱涵或僅拆除混凝土箱涵本體，不向下深挖就不會損傷擋土墻基腳護土，就能避免擋土墻產生險情和不良的社會影響。近年來，因土石方無序施工造成相鄰建（構）筑物毀損的事例不少，應當引以為戒，特別是決策者更應注意。

[1]柯葵，朱立明，李嶸.水力學[M].上海:同濟大學出版社，2000.

[2]周漢榮，趙明華.土力學地基與基礎[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[3]中國建筑標準設計研究院.擋土墻04J008(重力式衡重式 懸臂式)[M].中國計劃出版社，2006.

[4]長沙有色冶金設計研究院.重力式擋土墻(一般地區)95SJ008(一)[M].中國建筑標準設計研究所出版社，1996.