某山區擋墻倒塌原因分析

喬克昌

（杭州市城建設計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況及地勘水文資料

四川省某自來水廠工程，廠內主要的建、構筑物有斜管沉淀池、無閥濾池、清水池、廢水池、加氯加藥間、生產綜合樓、門衛及進水廠路邊擋墻等。擬建場地位于山地上，進廠道路蜿蜒與廠區連接，道路與原狀地面形成了4～11 m的高差，因此在道路邊設置了重力式擋墻。根據本工程的地質勘察報告，地質情況如下：1素填土：褐、灰褐、黃褐等色，松散，稍濕。以黏性土為主，層厚0.20～5.50 m。4-1黏土：褐黃色，硬塑，稍濕，干強度高，韌性高，層底多含少量礫巖碎屑，層厚0.30～12.70 m。4-2粉質黏土：黃褐～褐黃色，可塑，稍濕，含灰白色高嶺土條斑，干強度高，韌性高，層底多含少量礫巖碎屑，層厚1.10～9.70 m。礫巖5-1：強風化，巨厚層狀構造，泥質結構，泥質膠結，風化裂隙極其發育，結構面不清晰，巖芯破碎，膠結物局部被風化呈土狀、塊狀，局部發育孔隙。揭露厚度為0.30～8.00m；礫巖5-2：中風化，巨厚層狀構造，泥質結構，泥質膠結，鉆孔未揭穿。地下水類型主要為分布于第四系松散土層中的極少量的上層滯水。擬建場地的抗震設防烈度為7度；基本地震加速度值為0.15 g，設計地震分組為第二組。

2 擋土墻結構

本工程沿道路邊線設置了重力式擋土墻，設計墻高4～8.6 m（凈高度），擋墻結構采用俯斜式擋墻，應當地要求，需就地取材，擋墻材料采用卵石。設計根據地形及道路標高，設計最高擋墻高度為8.6 m，基底落在4-1層黏土層上，地基承載力特征值為220 kPa。擋墻設計斷面見圖1、圖2。

圖1 設計擋墻斷面（一）（單位：mm）

圖2 設計擋墻斷面（二）（單位：mm）

3 擋墻施工及倒塌情況

施工單位于2010年9月初開始施工，由于地形不準的原因有些地方實際擋墻高度達到了10.6 m，施工單位為了趕工期對8.6 m擋墻擅自加高到10.6 m，并未與設計單位進行溝通，9月底由于連續降雨，在9月28日晚與水廠連接位置擋墻出現了大約30m范圍的倒塌，倒塌的擋墻為8.6～10.6m高的重力式擋墻，倒塌部分照片見圖3、圖4。

圖3 擋墻倒塌部分照片（一）

圖4 擋墻倒塌部分照片（二）

4 擋墻設計參數及計算結果

8.6 m高擋墻，設計采用俯斜式擋墻，漿砌卵石結構，抗震設防烈度為7度，基底摩擦系數取0.3，墻后填土內摩擦角為 35°，墻后填土容重:19 kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角:15°，墻背無水，修正后地基承載力特征值:220 kPa，土壓力計算方法采用庫侖理論，擋土墻車輛荷載采用2004路基規范的要求取用，采用理正擋土墻設計軟件計算結果如下：

滑移驗算:Kc=1.399＞1.300，滿足規范要求；傾覆驗算:K0=4.402＞1.600，滿足規范要求；墻趾處地基承載力驗算:壓應力=245.249≤1.5×220=330 kPa，滿足規范要求；墻踵處地基承載力驗算:壓應力=83.13≤1.625×220=357.5 kPa，滿足規范要求；地基平均承載力驗算:壓應力=164.189≤1.25×220=275 kPa，滿足規范要求；墻體抗剪強度及抗壓強度均滿足規范要求，因此8.6 m高擋墻設計上是安全的。

10.6 m加高擋墻，按照以上參數復核，仍采用理正擋土墻設計軟件，計算結果如下，滑移驗算:Kc=1.062＜=1.300，不滿足規范要求；墻趾處地基承載力驗算:壓應力=345.426＞ 330.000（kPa），不滿足規范要求；其余均滿足規范要求，因此10.6 m高擋墻在8.6 m高擋墻上直接加高是不安全的。

5 擋墻倒塌原因分析

擋墻倒塌范圍約30 m，在路面出現了多道縱向裂縫，裂縫寬度10～30 mm，倒塌擋墻的斷面高度為8.6～10.6 m，10.6 m加高擋墻出現了坍塌可以理解，8.6 m高擋墻經計算均滿足規范要求，為何8.6 m高度擋墻也出現了坍塌，我們從現場的情況來看，擋墻是沿著墻身中下部剪切破壞的，擋墻的抗剪強度無法抵抗墻背回填土形成的剩余下滑力造成了擋墻的破壞。

原因分析如下：

（1）設計要求為漿砌卵石，要求卵石尺寸200～300 mm，并互相搭接咬合，但從倒塌保留斷面照片看到，僅擋墻表面有砂漿勾縫，墻身內部砂漿很少，更談不上飽滿，而且卵石尺寸大多小于200 mm，墻身結構相當的松散，卵石之間相對光滑，咬合力非常小，不能形成一個整體結構，因此抗剪強度很低。

（2）擋墻的剪切破壞面處在擋墻的下部1/4～1/3范圍內，說明這個位置墻背后土體的剩余下滑力大于墻體的抗剪強度。

（3）從荷載方面來分析，設計要求墻背采用砂卵石分層夯實回填，實際施工中施工單位基本上采用了山體塘渣及開挖出來的粘性土回填，砂卵石的摻量很少，從照片中看到，塘渣中的粘性土含量也比較大，因此后背土體的內摩擦角就達不到35°，內摩擦角對土壓力大小的影響是很顯著的，因此造成了墻后土壓力的大大增加；同時，倒塌前又遭遇大降雨，使土體的含水量增加，抗剪強度降低，且土體重量大大增加，各種不利的因素綜合造成了擋墻的倒塌。

6 倒塌擋墻處理

倒塌的擋墻如何處理是擺在設計人員面前的一大問題，另外還需排查尚未倒塌部分擋墻的安全情況并進行風險評估。

經排查，與倒塌部分擋墻銜接的未倒塌部分擋墻墻體表面勾縫砂漿出現了一些水平裂縫，該段擋墻范圍約為15 m，剩余部分擋墻未出現裂縫，據此分析15 m范圍銜接部分擋墻也需采取加強措施。

根據不同部位采取不同的措施，對倒塌部分擋墻，由于原設計道路較寬，設計通過調整道路線型把道路往里平移，此時采取降低擋墻高度且頂部放坡處理，即采用路堤擋墻的形式，擋墻高度降低2.9 m，墻背回填采用砂卵石，擋墻頂按1∶2放坡至路邊線，同時坡面做一些防護，如坡面隔滲及綠化防護。對破壞擋墻以下基礎部分的處理，若全部挖除老基礎，則開挖面過大，并對原有擋墻造成不利的影響，經過現場勘察，擋墻基礎部分質量尚可，采取基底注漿的形式加強整個基礎，另外在剝除部分松動的老基礎后澆筑一塊1 000厚的鋼筋混凝土底板作為過渡加強，在底板上面先鋪平卵石，卵石與卵石之間水平距離約50～150 cm的間距，然后采用C25細石混凝土灌縫澆筑，混凝土漫過卵石頂面至少30 cm，然后再鋪卵石，并重復上述過程澆筑至擋墻頂部，見圖5。

圖5 加固擋墻斷面（單位：mm）

對加固部分擋墻設計計算驗算結果如下：滑移驗算:Kc=1.388＞1.300，滿足規范要求；傾覆驗算:K0=4.524＞1.600，滿足規范要求；墻趾處地基承載力驗算:壓應力=233.711≤330 kPa，滿足規范要求；墻踵處地基承載力驗算:壓應力=94.794≤357.5 kPa，滿足規范要求；地基平均承載力驗算:壓應力=164.253≤275 kPa，滿足規范要求；墻體抗剪強度及抗壓強度均滿足規范要求。

對15 m范圍銜接部分擋墻，同樣通過調整道路線型把道路往里平移，并采用路堤擋墻的形式，降低擋墻高度，并沿著擋墻頂 按1∶2放坡至路邊線，同時坡面做一些防護。擋墻墻趾外地基采取斜向注漿處理，擋墻后背也采取注漿處理。

通過以上的處理后，擋墻于2010年11月初加固完成至今，擋墻至今未出現開裂、滑移等不良情況，說明以上加固方案是可行的。

7 結論及建議

重力式擋土墻設計與施工密不可分，相輔相成，設計計算雖然滿足規范要求，但不合理的施工就會造成擋土墻的倒塌，因此擋土墻設計與施工需密切配合。一個考慮問題周到、精心的設計是保證擋土墻安全的前提，因此設計人員需認真對待，充分掌握擋土墻設計的要點，針對性地對擋土墻可能產生的問題加以研判和預防。同時施工單位應充分領會設計意圖，從砌體施工、回填土施工、排水措施施工等方面滿足設計的要求。

設計方面具體的措施有：（1）需根據各種工況計算擋土墻抗滑移、抗傾覆、砌體強度驗算、基礎設計等；（2）墻背填料要求非常重要，它與土壓力的計算息息相關，選擇好填料，不僅使設計合理，也更經濟安全。一般應選擇重度小，內摩擦角大的填料，以礫石、粗砂、砂卵石為好，這樣的填料透水性強，抗剪強度好，易排水，能顯著減少主動土壓力。當然為了節約投資，也采用開挖的塘渣作為填料的，如需應用時需控制黏土的含量，含量應小于5%。本工程施工采用的含泥量高的塘渣及黏土填料，黏土性能不穩定，遇水膨脹，干燥時收縮，在擋土墻上產生的側壓力無法正確考慮，故填料選擇一般不采用黏性土，采用塘渣時需嚴格控制含泥量。（3）墻體砌筑材料，建議就地取材，本工程采用卵石砌筑，由于卵石比較光滑，砌筑難以保證其抗剪強度，因此建議采用平鋪卵石，預留空隙再用細石混凝土澆筑能保證擋墻結構的抗剪強度。（4）排水設計，墻背排水極其重要，沿墻高及長度方向設置一定的泄水孔，泄水孔后面應設置反濾層及隔水層，保證只排除擋墻后面的水不排除泥沙。另外坡頂需設置隔水層防止地表水滲入，一般擋墻頂部范圍設置截水溝，坡腳設置排水溝使水體盡快的排除。