重力式擋土墻安全性的評價方法研究

于貴

摘要：本文主要對重力式擋土墻評價標(biāo)準(zhǔn)、評價方法和評價流程進(jìn)行了分析，根據(jù)重力式擋土墻施工質(zhì)量的綜合安全等級，給出了擋土墻施工質(zhì)量的評價，根據(jù)重力式擋土墻運行狀況的綜合安全等級，給出了擋土墻相應(yīng)的整治措施。

Abstract： This paper mainly analyzes the evaluation criteria， evaluation methods and evaluation process of gravity retaining wall. According to the comprehensive safety grade of construction quality of gravity retaining wall， the evaluation of the construction quality of retaining wall is given. According to the comprehensive safety level of gravity retaining wall operating conditions， corresponding remedial measures for retaining walls are given.

關(guān)鍵詞：擋土墻；評價標(biāo)準(zhǔn)；評價方法；評價流程

Key words： retaining wall；evaluation criteria；evaluation method；evaluation process

中圖分類號：TU476+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）26-0163-02

1 概述

目前，對于擋土墻質(zhì)量安全評估，還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各檢測單位和人員均根據(jù)各自的經(jīng)驗對擋土墻的安全進(jìn)行評估分級。

萬國環(huán)（2004）通過對京九線259處擋墻的檢側(cè)評估，把擋墻分為合格和不合格兩種，擋墻無病變特征，檢測數(shù)據(jù)符合設(shè)計值的為合格；對于不合格的擋墻，提出以單項要素評分標(biāo)準(zhǔn)和多項要素評分總和對擋土墻的病害等級進(jìn)行評定。如果影響擋土墻安全評估的因素只有一個要素時，則以單項要素評分分級標(biāo)準(zhǔn)評定等級。如果多項要素影響擋墻安全評估，則先按單項要素評分分級標(biāo)準(zhǔn)評定等級后，再按多項要素評分分級評定，兩者取級別高的為最終評定。評定時考慮的要素包括墻體裂縫、墻面外臌、伸縮縫錯動、砌筑砂漿失效、擋土墻排水不暢、擋土墻頂平臺及邊坡開裂、擋土墻截面厚度減少、墻背回填松散、墻趾埋深不足、穩(wěn)定性和強度檢算共10項。根據(jù)相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)，把不合格的擋墻分為AA級失格、A級失格、B級失格和C級失格4級。

楊昊（2010）也提出了類似的擋墻安全評估方法。主要區(qū)別在于評定時考慮的要素為8項，分別為墻體裂縫、墻面外臌、伸縮縫錯動、擋土墻排水不暢、砌筑砂漿失效、擋土墻截面厚度減少、墻趾埋深不足、安全檢算，沒有考慮擋土墻頂平臺及邊坡開裂、墻背回填松散2項。根據(jù)相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)，把擋土墻分為合格、C級不合格、B級不合格和A級不合格4級。

對比分析上述2種擋土墻安全性的評價方法，2種方法考慮的影響擋土墻安全的要素均比較全面，從墻體、墻后填料以及地基多方面進(jìn)行了分析，并從擋土墻的病害特征和計算分析綜合評價擋土墻的安全等級。但是也存在著一定的問題，存在問題如：①評價要素把擋土墻已表現(xiàn)出來的病害和擋土墻的各項安全檢算并列在一起，實際上，二者是有相關(guān)性的。②各項要素的評分標(biāo)準(zhǔn)主觀性較強，缺少理論依據(jù)。③評分標(biāo)準(zhǔn)中把各項指標(biāo)的得分簡單地累加求和是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

2 重力式擋土墻評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 重力式擋土墻評價指標(biāo)

重力式擋土墻施工質(zhì)量和運行狀況的安全性應(yīng)結(jié)合擋土墻可能發(fā)生的破壞形式進(jìn)行綜合評價。重力式擋土墻的破壞形式主要包括由于基礎(chǔ)滑動而造成的破壞、墻身繞墻趾所引起的傾覆破壞、因基礎(chǔ)產(chǎn)生過大的或不均勻的沉陷而引起的墻身傾覆破壞和因墻身材料強度不足而產(chǎn)生的墻體破壞四種形式。因此，對于重力式擋土墻的安全性評價也需要從以下四個方面考慮：

①擋土墻的抗滑穩(wěn)定性?；瑒臃€(wěn)定性由抗滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc評價。②擋土墻的傾覆穩(wěn)定性。傾覆穩(wěn)定性由抗傾覆系數(shù)K0評價。③地基承載力。由基底的最大壓應(yīng)力σ與地基容許承載力[σ]的關(guān)系及基底的合力偏心距e0與基底寬度B的關(guān)系評價。④墻體的承載力。由檢算截面上的軸向力Nj與圬工抗壓能力ARa的關(guān)系及檢算截面合力偏心距e1與寬度B1的關(guān)系評價，必要時還需由檢算截面上的水平力Vj與圬工抗剪能力ARj的關(guān)系評價。

2.2 評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)

本項目首先根據(jù)擋土墻在工程使用年限內(nèi)出現(xiàn)失穩(wěn)破壞的概率和地質(zhì)條件是否會惡化把擋土墻的安全狀況分為安全、基本安全、欠安全、不安全和很不安全五級；然后考慮擋土墻可能發(fā)生的各種破壞模式，根據(jù)擋土墻檢測出的表征指標(biāo)計算出相應(yīng)的評價指標(biāo)，并通過與規(guī)范給出的評價指標(biāo)容許值的對比，確定出擋土墻安全狀況的單項指標(biāo)分級。

①滑動穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)。將計算出的抗滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc和規(guī)范容許值[Kc]進(jìn)行比較，根據(jù)Kc小于[Kc]的范圍進(jìn)行效果評價。根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》，Kc值取為1.3。

②傾覆穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)。將計算出的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0和規(guī)范容許值[K0]進(jìn)行比較，根據(jù)K0小于[K0]的范圍進(jìn)行效果評價。根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》，[K0]值取為1.5。

③地基安全性分級標(biāo)準(zhǔn)。將計算出的基底壓應(yīng)力σ和地基承載力容許值[σ0]進(jìn)行比較，根據(jù)σ小于[σ0]的范圍進(jìn)行效果評價。

④基底不均勻沉降分級標(biāo)準(zhǔn)。基底合力的偏心距過大，基底會產(chǎn)生較大的不均勻沉陷，進(jìn)而影響到擋土墻的穩(wěn)定。將計算出的基底合力的偏心距e0和規(guī)范容許的基底合力的偏心距[e0]進(jìn)行比較，根據(jù)e0小于[e0]的范圍進(jìn)行效果評價。

⑤墻體完整性分級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)分項報告二的研究，若墻體砌筑質(zhì)量能嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計要求進(jìn)行施工，墻體厚度的減小及土壓力的增大對墻體自身的抗剪和抗壓承載力影響較小，對擋土墻的抗拉承載力有一定的影響，但是，只要控制截面合力的偏心距不超限，則影響較小。因此，若墻體完整性很好，可不考慮墻體自身的破壞。只有墻體存在質(zhì)量缺陷時才會對自身的承載力有影響。因重力式墻體的圬工材料及性質(zhì)、砌筑要求、施工質(zhì)量等影響因素眾多，目前尚沒有一種能實現(xiàn)擋墻強度快速檢測的技術(shù)，實際檢測中，一般采用彈性波法，通過彈性波速在擋墻中傳播速度的變化來判斷墻體的完整性。

⑥墻體外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)。墻體開裂、墻面外臌、伸縮縫錯動是擋土墻病害的直觀體現(xiàn)，一旦出現(xiàn)這現(xiàn)這些病害，說明擋土墻墻體的強度或穩(wěn)定性不能得到滿足，是擋土墻失穩(wěn)破壞的前兆。

墻頂平臺開裂與塌陷主要是由墻后填土引起，墻后填土土料不符合設(shè)計要求，填方不密實，或運營中的超載，都會造成填土塌陷，導(dǎo)致土壓力加大，嚴(yán)重時會使擋土墻出現(xiàn)明顯的變形、開裂。如果擋土墻排水孔堵塞或設(shè)置不當(dāng)、墻背反濾層未做或設(shè)計不合理、坡體有地下水或者地表水大量滲入等，都會造成擋土墻排水不暢，在墻背產(chǎn)生的動水和靜水壓力，另外，墻體和巖土體浸在水中，其強度也會降低，這些都對擋土墻的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。

因此，墻身裂縫、墻面外臌、伸縮縫錯動、墻頂平臺開裂與塌陷、墻面潮濕程度是擋土墻外觀狀況檢查的主要內(nèi)容。

3 重力式擋土墻評價方法

3.1 重力式擋土墻安全性的評價流程

①資料收集和分析。收集與擋土墻相關(guān)各種資料，如勘察、設(shè)計資料，施工、竣工驗收資料，監(jiān)測、養(yǎng)護(hù)資料等，了解施工和運行過程中出現(xiàn)的災(zāi)害地質(zhì)情況和處理方法，并記錄其準(zhǔn)確位置。②現(xiàn)場踏勘，制定檢測方案。檢測前進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，了解工作條件，保證檢測工作能夠順利進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場具體情況制定合理的檢測方案，包括測線布置、檢測指標(biāo)、檢測方法、采用的儀器設(shè)備等。③進(jìn)行現(xiàn)場檢測，獲得表征指標(biāo)。④擋土墻安全性的單項指標(biāo)分級。根據(jù)得到的擋土墻施工質(zhì)量和運行狀況的表征指標(biāo)，采用相應(yīng)的計算得到反映擋土墻穩(wěn)定性的各種評價指標(biāo)，按照單項指標(biāo)對擋土墻的安全性進(jìn)行分級。⑤擋土墻安全性的綜合分級。根據(jù)各單項指標(biāo)的分級結(jié)果，對擋土墻安全性的進(jìn)行綜合分級，并制定相應(yīng)的處治措施。擋土墻安全性綜合分級原則為：1）按照各單項指標(biāo)劃分的擋土墻的最低安全等級為擋土墻的綜合安全等級；2）若有兩個單項指標(biāo)劃分的擋土墻的最低安全等級相同，則擋土墻的綜合安全等級降一級。

3.2 重力式擋土墻施工質(zhì)量和運行狀況的評價方法

①重力式擋土墻施工質(zhì)量的評價方法。影響重力式擋墻施工質(zhì)量的因素眾多，如墻體圬工材料的性質(zhì)、砌筑的密實性，墻體截面的形狀和幾何尺寸（墻頂寬度、面坡坡度、背坡坡度、底坡坡度、墻體高度等），墻體的設(shè)置位置，墻后反濾層和回填料的性質(zhì)，地基土層的性質(zhì)，基底隔水層和墻面排水孔的設(shè)置等。

對于擋土墻施工質(zhì)量的評價，不可能做到面面俱到，考慮到所有因素。另外，上述對于各項目的檢查在擋土墻施工過程已均由監(jiān)理單位承擔(dān)。本處的施工質(zhì)量檢查僅是針對施工中主要存在的問題進(jìn)行抽檢。根據(jù)分項報告二的研究，對于重力式擋土墻施工質(zhì)量的檢測項目主要包括墻體厚度、墻體完整性和墻后填料質(zhì)量。一般情況下，新施工完的擋土墻外觀質(zhì)量都會符合要求，因此，不需要做專門做外觀質(zhì)量檢測。

②重力式擋土墻運行狀況的評價方法。對于重力式擋土墻運行狀況的檢測項目主要包括墻體外觀質(zhì)量、墻體厚度、墻體完整性和墻后填料質(zhì)量。

檢測出上述指標(biāo)后，以擋土墻的設(shè)計及竣工資料為準(zhǔn)，根據(jù)實際的檢測，調(diào)整參數(shù)，計算出控制擋土墻發(fā)生破壞的各種評價指標(biāo)，如抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)、墻體完整性系數(shù)等，計算時，若墻后填土為黏性土且未設(shè)反濾層，填土取飽和狀態(tài)的物理力學(xué)參數(shù)；然后按照擋土墻單項安全性分級標(biāo)準(zhǔn)，確定土墻單項安全性分級；最后給出擋土墻的擋土墻的綜合安全等級；確定擋土墻的應(yīng)對措施。

4 小結(jié)

①通過對現(xiàn)有的擋土墻安全性評價方法的分析，總結(jié)了現(xiàn)有方法存在的問題為：1）評價要素中把擋土墻病害類型和擋土墻的各項安全檢算并列考慮不妥；2）各項要素的評分標(biāo)準(zhǔn)主觀性較強，缺少理論依據(jù)；3）評分標(biāo)準(zhǔn)中把各項指標(biāo)的得分簡單地累加求和不恰當(dāng)。

②給出了重力式擋土墻安全性的評價流程，根據(jù)重力式擋土墻施工質(zhì)量的綜合安全等級，給出了擋土墻施工質(zhì)量的評價，根據(jù)重力式擋土墻運行狀況的綜合安全等級，給出了擋土墻相應(yīng)的整治措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬國環(huán).既有線擋土墻安全性評估探討[J].路基工程，2003.

[2]楊昊，鐘志明，馮維忠，陰可.重力式擋土墻質(zhì)量檢測與安全評估方法[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2011.

[3]郝明，李瑋，郭志強.采用物探技術(shù)進(jìn)行路基擋土墻質(zhì)量檢測的研究與應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2003.

[4]雷華陽，周駿，賀彩峰.既有線重力式擋土墻綜合安全評估方法研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2015.

[5]陳祖煜，黎康平，李旭.詹成明重力式擋土墻抗滑穩(wěn)定容許安全系數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)初探[J].巖土力學(xué)，2018.