重力式擋土墻失穩破壞原因分析

陳躍起（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東日照　276800）

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重力式擋土墻失穩破壞原因分析

陳躍起
（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東日照276800）

摘要介紹了石家莊至磁縣段高速公路擴寬工程中一起重力式擋土墻失穩事故的原因和處理過程，以此為基礎，通過文獻調查、統計分析了近年來重力式擋土墻頻頻發生事故的原因。重力式擋墻工程事故的產生主要有設計、施工和不利的外界條件3個方面的原因，并對這些方面存在的問題提出了一些控制措施和建議，對類似工程的設計與施工有一定的參考價值。

關鍵詞重力式擋土墻；工程事故；調查；原因分析；積水

1　工程概況

京港澳高速公路石家莊至磁縣段改擴建項目，路線新建段起自石黃高速公路樞紐互通終點處，終點為冀豫界。全線除邯鄲東南環35 km采用雙向4車道（路基寬度28 m）標準外，其余路段均按雙向8車道（路基寬度42 m）標準建設，其中改擴建部分為雙向4車道改雙向8車道。全線擴建路段長165. 01 km，新建路段長79. 8 km。設計在部分路側陡坎（原取土坑邊緣）或臨近其他建筑物需收縮坡腳的路段，設置了重力式擋墻，全線重力式擋墻設計總長度超過20 km。

線路穿越區屬太行山前新沖洪積平原區，地形較平坦，擋土墻墻底地基土均為Q4沖洪積粉質黏土和Q4沖洪積粉土，擋土墻墻身范圍內路基填料為粉質黏土和砂土。

在K417 + 920—K418 + 020段左幅路基設計有仰斜式漿砌片石重力式擋土墻（路堤墻），平均墻高5. 5 m，設計埋深1. 0 m，實際埋深僅在0. 5 m左右。擋土墻于2013年9月27日施工完成，上面層于2014 年8月10日施工完成。在2014年9月11日—12日進行該段路基側向排水溝開挖，水溝距擋土墻墻底約1. 0 m左右，深度1. 1 m，采用反坡開挖方式，僅開挖50 m。2014年9月12日晚至2014年9月17日，該地區連續降雨，造成已開挖的水溝基坑嚴重積水。2014 年9月18日上午，技術人員發現路面近該段擋墻3. 5 m處、沿線路縱向產生長約40 m的裂縫，伴有路面沉降產生，并有發展趨勢。通過回填排水溝基坑，裂縫防滲措施處理，裂縫發展趨于穩定，最終裂縫寬度在3～4 cm，最大沉降在70 mm?，F場調查情況詳見圖1。

圖1　路面破壞情況調查照片

2事故原因分析及處理措施

2014年9月27日，在甲方組織下，聘請了相關專家以及施工各方召開現場調查討論會，進行了事故原因分析。現場調查時，又發現在對應裂縫、沉降發生的最大位置處，擋土墻墻身出現一條斷斷續續近似水平的裂縫，長度約7 m。裂縫位置在距墻底1 /3墻高處，裂縫沿砌縫發展，裂縫基本對應于路面沉降裂縫最大位置，見圖2。

圖2　擋土墻墻身裂縫調查照片

施工單位在發現路面裂縫后進行了墻頂水平位移監測，裂縫產生后的水平位移達到1. 2 cm。

通過對設計圖、地基條件、施工情況和病害情況的調查，基本可以確定，該段路面開裂、沉降是由于擋土墻發生失穩破壞所導致的。擋土墻失穩破壞的主要原因是由于排水溝在雨季采用反坡施工，未能及時排水，導致水溝基坑積水下滲，軟化了墻底粉質黏土、粉土地基，墻底地基土承載力降低，導致擋土墻發生不均勻沉降。另一個原因是擋土墻埋深小，距離排水溝近，開挖水溝引起墻前卸載，雖然設計中不考慮墻趾前被動土壓力，但降低了其安全貯備。

擋土墻失穩導致路基及路面發生沉降、開裂、變形，同時裂縫滲水，導致擋土墻背后主動土壓力增大，致使擋土墻1 /3墻高處產生沿施工縫的水平裂縫。

針對上述問題，首先要解決擋土墻的安全性問題，才能處理破壞的路基路面，同時還要考慮路面施工的時間。經多方討論之后，確定先在擋土墻墻底設1排斜向旋噴樁，加固擋土墻基底的地基土防止擋墻變形的繼續發展。隨后在路基路面破壞段長度兩側各外延10 m，臨近擋土墻的外側2個車道范圍內采用旋噴樁處理，處理長度60 m，寬度8 m，該措施可以大大減小擋土墻背后土壓力。施工過程中應加強施工監測，另外，后續水溝施工應采用順坡分段開挖，及時夯實溝底和溝側邊坡，防止溝槽積水。

3國內重力式擋土墻事故調查分析總結

這一工程案例提醒業內人士，在設計與施工環節如不充分、細致地考慮到現場施工的影響因素，即使是不復雜的工程，也會出現意料不到的問題。通過文獻調查發現，近20多年來重力式擋土墻設計施工中出現的問題很多，這里進行匯總分析。幾個典型的例子見表1。

從理論上說影響重力式擋土墻穩定性的因素很多，如擋土墻的形狀、墻體材料、地基土類別、承載力、墻后填土類別、地下水位高度等［1］，但不排除特殊環境因素、突發事件和人為影響。從表1所列各重力式擋土墻破壞原因來看，從技術層面看大致存在3個方面問題：①設計方面，主要有設計計算方法選擇不當，地質條件不明或沒弄清楚，參數選取未考慮不利因素等。②施工方面，主要包括施工隊伍技術水平低，未按圖施工甚至擅自修改設計尺寸；擋土墻砂漿未達到設計要求，墻后排水系統施工不規范等。③不利的外界條件成為誘發因素，如暴雨沖刷軟化地基土體、墻頂過載、臨近墻趾開挖破壞土體平衡等。

針對以上分析，筆者建議在重力式擋土墻的設計與施工中應注意以下幾點。

1）參建各方應統一認識，注意工程質量安全是前提，任何工程無小事。從招投標、勘察、設計、施工以及監理各方在工作中都要規范、細致，樹立強烈的質量意識，體會質量就是生命的內涵，并貫穿于工程建設全過程。

2）建設方要明確在確保工程質量的前提下，合理降低工程造價，不要因小失大?？辈?、設計和施工招標嚴格按照規范執行，委托有資質、有實力的公司來進行相關工作。

3）勘察、設計與施工方都應對擋土墻工程的地質條件、周圍地形和氣候條件進行調查了解，特別是擋土墻范圍內水源和地表徑流情況，充分考慮自然因素，尤其是雨季強降雨對擋土墻周邊環境的影響而可能引發的工程事故要有所考慮并制訂應急預防措施。從上述調查不難發現水是一個極其重要的事故誘發因素。

4）施工方與監理方應嚴格按照施工規范施工、檢查，防微杜漸。從上述事故原因分析可看出，重力式擋土墻與其它建筑結構相比，其墻體砌筑質量、墻背反濾層、回填土和壓實質量更難于保證。墻后反濾層、前后填土和墻體施工任何環節不合格都是導致工程事故發生的隱患。施工中臨時堆載的位置、大小也可能引發擋土墻的失穩破壞。既有擋墻附近施工，要注意對既有擋墻周邊環境的影響，避免其穩定性降低。

5）設計方應注意工程經驗的積累和設計計算理論的研究突破，不要在已有的設計方法上心安理得地進行常規設計，就認為這就是工作的全部，只有不斷總結、探索，才能完善和改進設計理論方法，確保設計結果的安全經濟，要知道保證工程的安全經濟是一個設計者應負有的責任。

表1　國內重力式擋土墻工程事故［2-10］

例如，重力式擋土墻設計沿用擋土墻土壓力分布的朗金或庫侖公式，其理論計算值與實際不盡符合，有時可能導致嚴重后果。這一結論不但為理論推導所證明，而且為現場試驗和模型試驗的大量實測數據所證實［11］。同時，擋土墻土壓力計算參數（如黏聚力C和內摩擦角φ）的不確定性和可變性，使設計結果往往難以考慮到最不利的結果，導致擋土墻的失事［12］。

4　結語

當前，由于我國基礎設施建設發展很快，建設項目過多，較多的非專業化隊伍由于各種原因，加入了施工建設中來，這些隊伍專業施工水平有限，不僅既有工程存在問題，而且會給后續工程帶來很多問題。因此，建議建設主管部門和參建各單位應加強安全監督、檢查，以杜絕事故隱患。

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（責任審編趙其文）

Cause Analysis on Instability and Failure of Gravity Retaining Wall

CHEN Yueqi
（The 1st Engineering Development Co.，Ltd.，China Railway 14th Bureau Group，Rizhao Shandong 276800，China）

AbstractT he cause analysis and treatment of gravity retaining wall instability accident in the widening project of Shijiazhuang-Cixian expressway were introduced. On this basis，the causes of the frequent accidents of gravity retaining wall in recent years were analyzed by literature investigation and statistical analysis，it mainly included design，construction，adverse external conditions. T he control measures and suggestions of some problems in those aspects were put forward in this paper. It has certain reference value for the design and construction of similar pojects.

Key wordsGravity retaining wall；Engineering accident；Investigation；Cause analysis；Ponding

中圖分類號TU476

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 30

文章編號：1003-1995（2016）06-0112-04

收稿日期：2016-03-02；修回日期：2016-04-26

作者簡介：陳躍起（1965—），男，高級工程師。