某山區(qū)擋墻倒塌原因分析

喬克昌

（杭州市城建設(shè)計(jì)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(lái)水廠工程，廠內(nèi)主要的建、構(gòu)筑物有斜管沉淀池、無(wú)閥濾池、清水池、廢水池、加氯加藥間、生產(chǎn)綜合樓、門(mén)衛(wèi)及進(jìn)水廠路邊擋墻等。擬建場(chǎng)地位于山地上，進(jìn)廠道路蜿蜒與廠區(qū)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(shè)置了重力式擋墻。根據(jù)本工程的地質(zhì)勘察報(bào)告，地質(zhì)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(qiáng)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(zhì)黏土：黃褐～褐黃色，可塑，稍濕，含灰白色高嶺土條斑，干強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)化，巨厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，風(fēng)化裂隙極其發(fā)育，結(jié)構(gòu)面不清晰，巖芯破碎，膠結(jié)物局部被風(fēng)化呈土狀、塊狀，局部發(fā)育孔隙。揭露厚度為0.30～8.00m；礫巖5-2：中風(fēng)化，巨厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，鉆孔未揭穿。地下水類(lèi)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(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為7度；基本地震加速度值為0.15 g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。

2 擋土墻結(jié)構(gòu)

本工程沿道路邊線設(shè)置了重力式擋土墻，設(shè)計(jì)墻高4～8.6 m（凈高度），擋墻結(jié)構(gòu)采用俯斜式擋墻，應(yīng)當(dāng)?shù)匾螅杈偷厝〔模瑩鯄Σ牧喜捎寐咽ＴO(shè)計(jì)根據(jù)地形及道路標(biāo)高，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 設(shè)計(jì)擋墻斷面（一）（單位：mm）

圖2 設(shè)計(jì)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(kāi)始施工，由于地形不準(zhǔn)的原因有些地方實(shí)際擋墻高度達(dá)到了10.6 m，施工單位為了趕工期對(duì)8.6 m擋墻擅自加高到10.6 m，并未與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，9月底由于連續(xù)降雨，在9月28日晚與水廠連接位置擋墻出現(xiàn)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(jiàn)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(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

8.6 m高擋墻，設(shè)計(jì)采用俯斜式擋墻，漿砌卵石結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，基底摩擦系數(shù)取0.3，墻后填土內(nèi)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(wú)水，修正后地基承載力特征值:220 kPa，土壓力計(jì)算方法采用庫(kù)侖理論，擋土墻車(chē)輛荷載采用2004路基規(guī)范的要求取用，采用理正擋土墻設(shè)計(jì)軟件計(jì)算結(jié)果如下：

滑移驗(yàn)算:Kc=1.399＞1.300，滿足規(guī)范要求；傾覆驗(yàn)算:K0=4.402＞1.600，滿足規(guī)范要求；墻趾處地基承載力驗(yàn)算:壓應(yīng)力=245.249≤1.5×220=330 kPa，滿足規(guī)范要求；墻踵處地基承載力驗(yàn)算:壓應(yīng)力=83.13≤1.625×220=357.5 kPa，滿足規(guī)范要求；地基平均承載力驗(yàn)算:壓應(yīng)力=164.189≤1.25×220=275 kPa，滿足規(guī)范要求；墻體抗剪強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求，因此8.6 m高擋墻設(shè)計(jì)上是安全的。

10.6 m加高擋墻，按照以上參數(shù)復(fù)核，仍采用理正擋土墻設(shè)計(jì)軟件，計(jì)算結(jié)果如下，滑移驗(yàn)算:Kc=1.062＜=1.300，不滿足規(guī)范要求；墻趾處地基承載力驗(yàn)算:壓應(yīng)力=345.426＞ 330.000（kPa），不滿足規(guī)范要求；其余均滿足規(guī)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(xiàn)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(xiàn)了坍塌可以理解，8.6 m高擋墻經(jīng)計(jì)算均滿足規(guī)范要求，為何8.6 m高度擋墻也出現(xiàn)了坍塌，我們從現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)看，擋墻是沿著墻身中下部剪切破壞的，擋墻的抗剪強(qiáng)度無(wú)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(shè)計(jì)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(nèi)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(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)乃缮ⅲ咽g相對(duì)光滑，咬合力非常小，不能形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，因此抗剪強(qiáng)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(nèi)，說(shuō)明這個(gè)位置墻背后土體的剩余下滑力大于墻體的抗剪強(qiáng)度。

（3）從荷載方面來(lái)分析，設(shè)計(jì)要求墻背采用砂卵石分層夯實(shí)回填，實(shí)際施工中施工單位基本上采用了山體塘渣及開(kāi)挖出來(lái)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(nèi)摩擦角就達(dá)不到35°，內(nèi)摩擦角對(duì)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(shí)，倒塌前又遭遇大降雨，使土體的含水量增加，抗剪強(qiáng)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(shè)計(jì)人員面前的一大問(wèn)題，另外還需排查尚未倒塌部分擋墻的安全情況并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)裂縫，據(jù)此分析15 m范圍銜接部分擋墻也需采取加強(qiáng)措施。

根據(jù)不同部位采取不同的措施，對(duì)倒塌部分擋墻，由于原設(shè)計(jì)道路較寬，設(shè)計(jì)通過(guò)調(diào)整道路線型把道路往里平移，此時(shí)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(shí)坡面做一些防護(hù)，如坡面隔滲及綠化防護(hù)。對(duì)破壞擋墻以下基礎(chǔ)部分的處理，若全部挖除老基礎(chǔ)，則開(kāi)挖面過(guò)大，并對(duì)原有擋墻造成不利的影響，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，擋墻基礎(chǔ)部分質(zhì)量尚可，采取基底注漿的形式加強(qiáng)整個(gè)基礎(chǔ)，另外在剝除部分松動(dòng)的老基礎(chǔ)后澆筑一塊1 000厚的鋼筋混凝土底板作為過(guò)渡加強(qiáng)，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(xì)石混凝土灌縫澆筑，混凝土漫過(guò)卵石頂面至少30 cm，然后再鋪卵石，并重復(fù)上述過(guò)程澆筑至擋墻頂部，見(jiàn)圖5。

圖5 加固擋墻斷面（單位：mm）

對(duì)加固部分擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算驗(yàn)算結(jié)果如下：滑移驗(yàn)算:Kc=1.388＞1.300，滿足規(guī)范要求；傾覆驗(yàn)算:K0=4.524＞1.600，滿足規(guī)范要求；墻趾處地基承載力驗(yàn)算:壓應(yīng)力=233.711≤330 kPa，滿足規(guī)范要求；墻踵處地基承載力驗(yàn)算:壓應(yīng)力=94.794≤357.5 kPa，滿足規(guī)范要求；地基平均承載力驗(yàn)算:壓應(yīng)力=164.253≤275 kPa，滿足規(guī)范要求；墻體抗剪強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

對(duì)15 m范圍銜接部分擋墻，同樣通過(guò)調(diào)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(shí)坡面做一些防護(hù)。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(guò)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(xiàn)開(kāi)裂、滑移等不良情況，說(shuō)明以上加固方案是可行的。

7 結(jié)論及建議

重力式擋土墻設(shè)計(jì)與施工密不可分，相輔相成，設(shè)計(jì)計(jì)算雖然滿足規(guī)范要求，但不合理的施工就會(huì)造成擋土墻的倒塌，因此擋土墻設(shè)計(jì)與施工需密切配合。一個(gè)考慮問(wèn)題周到、精心的設(shè)計(jì)是保證擋土墻安全的前提，因此設(shè)計(jì)人員需認(rèn)真對(duì)待，充分掌握擋土墻設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，針對(duì)性地對(duì)擋土墻可能產(chǎn)生的問(wèn)題加以研判和預(yù)防。同時(shí)施工單位應(yīng)充分領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖，從砌體施工、回填土施工、排水措施施工等方面滿足設(shè)計(jì)的要求。

設(shè)計(jì)方面具體的措施有：（1）需根據(jù)各種工況計(jì)算擋土墻抗滑移、抗傾覆、砌體強(qiáng)度驗(yàn)算、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等；（2）墻背填料要求非常重要，它與土壓力的計(jì)算息息相關(guān)，選擇好填料，不僅使設(shè)計(jì)合理，也更經(jīng)濟(jì)安全。一般應(yīng)選擇重度小，內(nèi)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(qiáng)，抗剪強(qiáng)度好，易排水，能顯著減少主動(dòng)土壓力。當(dāng)然為了節(jié)約投資，也采用開(kāi)挖的塘渣作為填料的，如需應(yīng)用時(shí)需控制黏土的含量，含量應(yīng)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(wěn)定，遇水膨脹，干燥時(shí)收縮，在擋土墻上產(chǎn)生的側(cè)壓力無(wú)法正確考慮，故填料選擇一般不采用黏性土，采用塘渣時(shí)需嚴(yán)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(qiáng)度，因此建議采用平鋪卵石，預(yù)留空隙再用細(xì)石混凝土澆筑能保證擋墻結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度。（4）排水設(shè)計(jì)，墻背排水極其重要，沿墻高及長(zhǎng)度方向設(shè)置一定的泄水孔，泄水孔后面應(yīng)設(shè)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(shè)置隔水層防止地表水滲入，一般擋墻頂部范圍設(shè)置截水溝，坡腳設(shè)置排水溝使水體盡快的排除。