關于病害重力式擋土墻支擋問題修復的討論

許 敬

(成都市建筑設計研究院，四川 成都 610015)

1 概述

重力式擋土墻是以墻身自重來維持擋土墻在土壓力下的穩定，由于該種擋土墻一般不配鋼筋或只在局部范圍配置少量鋼筋，墻身材料就地取材，施工簡單，施工速度快，在邊坡高度不大(一般小于6 m)的情況下較為經濟，所以，在工程邊坡中廣泛應用。然而，由于種種原因，在工程實際中，重力式擋土墻建成運營后出現了各種各樣的病害，導致了一些工程隱患，甚至出現了一些工程事故。為防止重力式擋土墻病害惡化導致工程事故，采取的工程措施不外乎有兩種：1)撤除原重力式擋土墻，重新設計和實施；2)對既有病害重力式擋土墻進行綜合整治和修復。在工程實踐中，病害重力式擋土墻由于種種原因(維持運營等)不能撤除，只能對病害重力式擋土墻支擋進行綜合整治和修復。針對此問題，本文就國內目前整治措施進行了歸納和比較，以便在工程實踐中，根據具體的病害以及實際條件，提出切實可行、經濟合理的整治措施。

2 重力式擋土墻病害的現象

重力式擋土墻在自重的作用下，應滿足：1)墻身材料在土壓力和自重的作用下不發生破壞，即墻身強度驗算；2)重力擋土墻基底實際應力不應大于地基承載力，即地基承載力驗算；3)重力式擋土墻在土壓力、自重等的作用下不發生傾覆，即抗傾覆穩定驗算；4)重力式擋土墻在土壓力、自重等的作用下不發生滑移，即抗滑移穩定驗算。根據重力式擋土墻的受力原理，其病害的現象可歸納為以下四種：1)重力式擋土墻整體傾覆而破壞，如山西某學校操場邊的重力式擋土墻[1]。2)重力式擋土墻發生滑移，墻頂上部土體沿縱向有開裂現象。此現象在工程中較為常見。3)墻身發生開裂，出現豎向裂縫，甚至折斷。4)墻身材料發生脹鼓現象，甚至墻身中的一部分被土壓力擠出。

3 重力式擋土墻出現病害的原因

既有重力式擋土墻出現的病害，究其原因，可以主要歸納為以下幾類：

1)重力式擋土墻施工時擅自減小擋土墻斷面和降低砂漿標號。

2)施工時未按設計要求做好擋土墻的泄水孔和墻背反濾層。

3)墻后填料不符合設計要求，且沒有分層夯實，以及未達到設計密實度要求。

4)未按原設計要求每隔一定的距離設置變形縫。

5)施工時為搶進度，組砌方式不正確，未按施工驗收規范要求施工，存在砂窩、孔洞、干粘縫。

6)施工過程中局部未做地基承載力復核，便進行墻體的施工，導致運營后地基失穩。

7)擋土墻在運營后擅自增加墻頂荷載，如增加墻頂填土高度，未做任何穩定驗算，便重新投入運營。

8)擋土墻坡腳臨近處開挖基坑，導致擋土墻基底應力出現重分布，導致擋土墻出現裂縫等病害。

4 病害重力式擋土墻支擋問題的整治措施

根據重力式擋土墻的受力特點，以墻體的自重來維持擋土墻在土壓力的作用下的穩定，在地基承載力滿足的前提下，為提高既有病害重力式擋土墻在土壓力作用下的穩定，本文歸納起來有以下兩類方法：一類是采取措施增加擋土墻“抵抗”能力，這類方法在工程實踐中應用較為廣泛，這類方法本文稱之為“被動防護”；第二類是主動減少土體對重力式擋土墻墻背的壓力，改善墻背填料的力學性能，這類方法本文稱之為“主動防護”。

4.1 被動防護

對既有病害重力式擋土墻，最為直接的方法就是增加擋墻的“抵抗”能力，即可增加擋墻的穩定性，常用的方法有以下幾種。

4.1.1加厚既有病害重力式擋土墻的厚度

病害重力式擋土墻就是該墻背的土壓力相對較大，從而降低了既有擋土墻的穩定性，在條件允許的情況下，可加大現有擋墻的截面尺寸，即加大自重提高其穩定性。從加固的位置可以將這類方法分為兩種：一種是從內側加厚擋土墻，這種方法可以保持其重力式擋土墻的受力特點(即不改變墻背形式)，僅加厚內側擋墻的厚度[1]，如圖1所示,這種方法也可以改變原擋墻的受力特點，將改變墻背形式，使原重力式擋土墻變為衡重式擋土墻[2]，如圖2所示。另一種則是從外側加厚擋土墻，保持原擋土墻的受力特點，如圖3所示。

采用這類方法應注意以下幾點：1)復核新擋墻的基底應力是否大于地基承載力；2)應采用梅花狀鋼筋結合新舊擋墻；原擋墻應戳毛、清洗干凈等；3)加固部分的擋墻應預留泄水孔，保持原泄水孔的排水暢通;4)新擋墻在原擋墻伸縮縫處設置伸縮縫。

4.1.2預應力錨束加固既有病害重力式擋土墻

在我國既有病害重力式擋土墻加固工程中，為改善擋墻的受力狀態，減少墻身的內力和位移，對擋土墻施加一定的預應力錨束穿過土體錨固于巖體(或土體)中。該種方法的步驟是：1)計算作用在錨束結構物上的荷載，比較邊坡失穩的剩余下滑力和結構物的側向土壓力，取其大者。2)根據上述荷載，計算設計錨固力，初步確定預應力錨束的根數。3)根據錨固體與孔壁的抗剪強度、鋼絞線與水泥砂漿的粘結強度、鋼絞線的強度，最終共同確定鋼束的錨固長度、根數和總長。這種方法常用于墻背后有穩定巖層的擋墻中[3]；也用于墻背為土體的擋墻中[4]。

這類方法應注意以下幾點：1)預應力錨束施工工序復雜，技術要求高，高素質的施工管理人員和嚴密的施工組織是保證工程質量和進度的關鍵。2)來自錨桿錨頭的“點力”應借助于錨梁、噴錨網轉換成在墻面上的“面力”作用于整個墻體，以維持整個墻體的穩定。3)為土層錨固技術時，必須采取措施確保預應力的錨固，如高壓注漿錨固技術[4]。

4.1.3錨桿注漿技術

這種方法就是將擋土墻的力傳遞給錨桿，錨桿(大多數為粗鋼筋)作為拉桿并灌漿的方法，它是用水泥砂漿將一組粗鋼筋深入地層內部的鉆孔中，鉆孔深度須超過構筑物背后的主動土壓力區，并須在穩定地層中達到足夠的有效錨固長度。既有擋墻將力傳遞給肋柱或噴錨網，再傳遞給錨桿，錨桿所承受的拉力首先通過拉桿周邊握裹力傳遞給水泥砂漿中，然后在通過錨固段周邊的摩擦傳遞到錨固區的穩定地層中，從而利用地層的錨固力來維持既有重力式擋土墻的穩定。這種錨桿的設計計算基本同預應力錨束加固既有病害重力式擋土墻的設計計算方法。

今年來，自鉆式注漿錨桿以及自鉆式中空注漿錨桿的應用，極大推動了錨桿注漿技術在加固既有病害重力式擋墻中的應用。當然，在實施的過程中應注意錨固體范圍內的穩定，以及錨頭處將集中力以“面力”傳遞到既有擋墻上。

4.1.4在既有病害重力式擋土墻外側增加抗滑樁支撐

這種方法的力學機理就是通過擋土墻與立柱、樁基、土體的共同作用，增加原擋土墻的穩定性。原擋土墻通過面板將力傳遞給樁基上的立柱，再通過立柱傳遞給具有較好豎向和水平承載力的樁基。該方法原理簡單，傳力途徑明確。該方法如圖4所示。

這種方法在設計和施工中應注意：1)樁基成孔對擋土墻地基有局部影響，所以，在施工時最好跳樁開挖，將影響降低到最低。2)伸出地面的柱一定要通過面板與既有擋墻“緊密”結合，因為只有樁基上的立柱和擋土墻共同變位，才可能起到共同作用的效果。3)既有擋土墻在變形縫處保持擋墻的自由變形。

4.2 主動防護

主動減小土體對墻背的作用，從而可增加擋土墻的穩定，以朗金土壓力理論為例：

(1)

其中,Ka為朗金主動主壓力系數。

(2)

根據式(1)，式(2)，提高墻背填料的粘聚力c和內摩擦角φ，可以主動減小土體對墻背的作用，為此，此類方法采取相關措施提高墻背填料的綜合內摩擦角φ。

4.2.1換填墻后填料

施工時墻后填土不符合設計要求，甚至淤泥、草根、樹皮、生活垃圾等雜質填于墻背后，這樣，墻背后填料的綜合內摩擦角較設計小，而且透水性較差，在條件許可的情況下，可將此類填料換成綜合內摩擦角相對較大的且透水性相對較好的填料，如換填成連槽石等填料，換填范圍應根據主動狀態的破裂角確定。這種施工方法較為方便，但在施工時必須墻頂不能有運營荷載，且有施工空間。

4.2.2采用復合地基改善土體力學性能

采用復合地基，如加筋土、土工布土體、置換樁類等，均可改善和提高土體的抗剪強度，由于既有病害擋土墻已經投入運營，采用置換樁的方法較為方便，故本文提出在既有擋土墻的墻背后土體運用置換樁類的方法(即復合地基)提高原墻后填土的綜合抗剪強度，從而主動減少墻后填土對擋土墻的主動土壓力。

置換樁類的方法很多，常用的如剛性樁(人工挖孔鋼筋混凝土樁、預應力混凝土管樁等)、半剛性樁(噴粉樁、CFG樁等)、柔性樁(碎石樁、砂石樁等)等置換方法。針對既有重力式擋墻支護邊坡的特點，在實際工程運用中，應根據墻后地質條件，選擇合適的柔性或半剛性樁來進行置換。文獻表明，此類復合地基的抗剪強度與置換率、樁體直徑、樁長、級配、密度、樁體含泥量、施工質量有關，但其計算模型還有待進一步研究，如王保田等在“大粒徑碎石樁加固超軟弱土河道邊坡的現場試驗”中提出的面積加權平均法來計算的碎石樁復合土體抗剪強度是在特定條件下建立的。

本文僅提出采用墻后土體置換樁類的方法來主動減少對擋墻的主動土壓力的概念。在實際的設計和施工中應注意：1)針對墻后的地質條件采取適宜的置換方法；2)針對特定的置換方法，采取可靠的計算模型和適當的施工措施，如成孔方式采用水沖、沖擊還是人工挖孔等方法。當然，此類復合地基方法(置換樁類法)的計算模型以及怎樣評價此類方法的施工質量是否合格，在工程實踐中還有待進一步研究。

5 結語

1)對既有病害重力式擋土墻應因地制宜，主動防護和被動防護相結合，選擇切實可行的修復措施，進行病害綜合整治。

2)重力式擋土墻應重視輔助項目的設計和施工，如泄水孔、反濾層、變形縫等。

3)重力式擋土墻加強運營后的后期健康監測，防隱患于未然。