重力式擋土墻綜合質(zhì)量檢測(cè)方法研究

劉 瑛 方龍建 姜 嘯

（1、鎮(zhèn)江市自然資源和規(guī)劃局京口分局，江蘇 鎮(zhèn)江212001 2、江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江212021）

1 概述

重力式擋土墻是用石砌、磚砌或者混凝土砌筑而成以自身的重力來(lái)保持墻體在側(cè)向荷載作用下的穩(wěn)定性的擋土墻，在治理土體滑坡等自然地質(zhì)災(zāi)害中被廣泛使用。但是擋土墻會(huì)在長(zhǎng)期的使用下受到自然或者人為因素的影響而發(fā)生失穩(wěn)或者破壞現(xiàn)象，其中自然因素的影響主要是指自然水文條件和自然地質(zhì)條件對(duì)重力式擋土墻本身長(zhǎng)時(shí)期的影響，人為因素的影響主要包括施工過(guò)程中遺留的問(wèn)題在長(zhǎng)時(shí)期作用下對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的影響和使用過(guò)程中承擔(dān)的各種載荷等產(chǎn)生影響[1～3]。這些不良因素的存在是導(dǎo)致?lián)跬翂υ谝欢ㄊ褂闷谙藓笃鋸?qiáng)度和穩(wěn)定性的不足，從而產(chǎn)生安全隱患，嚴(yán)重的還影響到周圍建筑物或者構(gòu)筑物的正常使用以及人身安全。

傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)布點(diǎn)取樣，但是在實(shí)際工程中，此類工程大多不符合擋土墻的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，且不能夠通過(guò)一套科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行維修和加固[4]；無(wú)損檢測(cè)方法在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)方法過(guò)多依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣的不科學(xué)性，但是無(wú)損檢測(cè)方法的使用范圍比較窄，無(wú)法進(jìn)行綜合質(zhì)量的檢測(cè)[5]。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，重力式擋土墻的結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生新的形式，其內(nèi)部構(gòu)造自然會(huì)隨之改變，因此找到一個(gè)更適應(yīng)新時(shí)代的重力式擋土墻質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是必然的趨勢(shì)。

針對(duì)以上問(wèn)題本文結(jié)合傳統(tǒng)檢測(cè)方法和無(wú)損檢測(cè)方法，提出了一套較為可行的重力式擋土墻綜合質(zhì)量檢測(cè)方法，以鎮(zhèn)江市京口區(qū)東吳路188 號(hào)11 棟和12 棟東側(cè)擋土墻為例進(jìn)行該方法的闡述和工程應(yīng)用，并通過(guò)有限元模擬來(lái)驗(yàn)證該方法的正確性，推動(dòng)了重力式擋土墻的檢測(cè)和加固技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

2 工程背景

2.1 項(xiàng)目概況

檢測(cè)目標(biāo)擋土墻的名稱：東吳路188 號(hào)擋土墻。擋土墻地點(diǎn)：鎮(zhèn)江市京口區(qū)東吳路188 號(hào)11 棟和12 棟東側(cè)。調(diào)查編號(hào)：D1（京口區(qū)），調(diào)查點(diǎn)坐標(biāo)：（E：119°28′10.88″）（N：32°13′5.55″）。

2.2 氣象、水文地質(zhì)條件

鎮(zhèn)江市位屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候濕潤(rùn)，降水量大，四季分明，無(wú)霜降時(shí)間比較長(zhǎng)，夏季的風(fēng)向以東、東南風(fēng)為主，而冬季則以北偏西風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，一年中最大的風(fēng)俗可達(dá)到16m/s。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

鎮(zhèn)江市坐落于長(zhǎng)江三角洲的頂端，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中南邊的地勢(shì)較高而北邊的地勢(shì)較低，中部為低山和丘陵，東部和北部為平原地帶。因地殼運(yùn)動(dòng)其斷裂構(gòu)造尤為顯著。鎮(zhèn)江市歷史上發(fā)生過(guò)的地震現(xiàn)象多為低頻小震，對(duì)周邊環(huán)境的破壞性不大，所以該地區(qū)的地質(zhì)情況相對(duì)穩(wěn)定。

3 檢測(cè)方法及結(jié)果

本文針對(duì)現(xiàn)有重力式擋土墻檢測(cè)方法的不足，提出了一套較為可靠的重力式擋土墻綜合檢測(cè)方法。該方法主要思想路線是：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)- 結(jié)果整理- 安全評(píng)估。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

針對(duì)既有擋土墻已有病害特征的總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)的理論分析，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的內(nèi)容主要包括擋土墻的外觀和實(shí)體檢測(cè)。

3.1.1 擋土墻的外觀檢測(cè)

擋土墻的外觀檢測(cè)主要針對(duì)墻身裂縫、墻面空鼓、伸縮縫、墻面平整度和墻頂?shù)陌踩晕鍌€(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.2 擋土墻的實(shí)體檢測(cè)

擋土墻的實(shí)體檢測(cè)是通過(guò)借助各種相關(guān)檢測(cè)器材對(duì)檢測(cè)主體進(jìn)行檢測(cè)并采集相關(guān)數(shù)據(jù)，是整個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的重要步驟。具體操作如下:

（1）墻背回填土檢測(cè)：該項(xiàng)檢測(cè)主要是針對(duì)擋土墻背面的回填土進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容主要有：土層的分布和厚度、各土層的性質(zhì)等。

（2）墻身斷面檢測(cè)：該項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容主要包括三個(gè)方面：墻身厚度、頂面高程和墻面坡度，采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)。

（3）墻體強(qiáng)度檢測(cè)：根據(jù)墻體本身的材質(zhì)和構(gòu)造選擇合適的檢測(cè)方法，比如：混凝土砌筑的擋土墻以無(wú)損檢測(cè)方法為主；塊石砌筑的擋土墻應(yīng)當(dāng)選用鉆芯抽樣檢測(cè)方法。

（4）砂漿強(qiáng)度檢測(cè)：工程中常用的砂漿強(qiáng)度計(jì)算方法是回彈法。

3.2 結(jié)果整理

本次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)用到的儀器型號(hào)分別為：拓普康GPT-300LNC 全站儀、南方RTK 移動(dòng)數(shù)據(jù)、引申儀、回彈儀、意大利IDS（INGEGNERIA DEI SISTEMI）公司生產(chǎn)的RIS 系列探地雷達(dá)等。

3.2.1 外觀檢測(cè)結(jié)果

該擋土墻為砌石砌筑的重力式擋土墻，墻高3.5m～7m，長(zhǎng)約27m，上部局部有磚墻，高約0.3m；墻身有新勾縫，新勾縫無(wú)脫落，舊勾縫有脫落現(xiàn)象，墻體無(wú)明顯移動(dòng)，墻身比較完好沒(méi)有裂痕、錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，僅有局部砂漿脫落情況，墻面約78°～80°；擋土墻上部的磚墻外傾有安全隱患；擋土墻的后面是一高約3m 的土坡，該土坡的土質(zhì)較好，無(wú)明顯裂縫；墻身的排泄孔距地面0.5m，間距2.5×3.0m，數(shù)量為2～3 個(gè)，墻頂未發(fā)現(xiàn)截排水措施。

3.2.2 實(shí)體檢測(cè)結(jié)果

表1 D1 擋土墻墻后土體計(jì)算參數(shù)

表2 D1 東吳路188 號(hào)擋土墻墻身強(qiáng)度回彈值

表3 D1 東吳路188 號(hào)擋土墻砂漿強(qiáng)度回彈值

表4 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)擋土墻截面尺寸表

3.3 安全評(píng)估

鑒于已有擋土墻病害發(fā)生的多樣性及復(fù)雜性，目前已有的擋土墻評(píng)估方法尚且不夠完善也沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際檢測(cè)中缺乏知道標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)依據(jù)，本文針對(duì)已有問(wèn)題的出現(xiàn)，總結(jié)大量工程經(jīng)驗(yàn)，參照橋梁隧道相關(guān)規(guī)范，提出了一套相對(duì)完整的安全評(píng)估方法并將其運(yùn)用到上述檢測(cè)案例中以檢測(cè)其合理性和適用性。

3.3.1 安全評(píng)估方法

根據(jù)擋土墻的病害程度及安全性依照以下標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行安全等級(jí)劃分：

合格，目標(biāo)檢測(cè)擋土墻的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)符合既定的標(biāo)準(zhǔn)且無(wú)病害特征；

甲級(jí)不合格，擋土墻嚴(yán)重破壞，隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)滑坡或者破壞，需要立即修復(fù)整理的；

乙級(jí)不合格，擋土墻處于臨界破壞階段，由于外界因素的影響可能出現(xiàn)破壞，需要盡快修復(fù)整治的；

丙級(jí)不合格，目前來(lái)看擋土墻各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，但是存在諸多安全隱患的，需要對(duì)其加固的。

確定擋土墻的安全評(píng)估要素。根據(jù)目標(biāo)擋土墻的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，并對(duì)各安全評(píng)估要素進(jìn)行歸類和評(píng)估。

3.3.2 評(píng)估結(jié)果

運(yùn)用以上方法對(duì)本次檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行安全性綜合評(píng)定結(jié)果如表5 所示。

表5 D1 東吳路188 號(hào)擋土墻安全性單項(xiàng)評(píng)估結(jié)果

綜上可知，該擋土墻有部分砂漿脫落但是不影響安全性、穩(wěn)定性，所以綜合質(zhì)量合格。

4 有限元驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文所提出的綜合擋土墻安全性評(píng)估方法的正確性和合理性，對(duì)目標(biāo)擋墻建立有限元模型，如圖1 所示，結(jié)合3.2中目標(biāo)擋土墻的實(shí)際檢測(cè)得到的相關(guān)計(jì)算參數(shù)，通過(guò)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)擋土墻的自重及自重+暴雨兩種工況進(jìn)行有限元模擬計(jì)算得出整體的檢測(cè)結(jié)果與依據(jù)本文所提出的穩(wěn)定性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分析所得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。擋土墻材料選用剛體，重度22kN/m3。

圖1 擋土墻整體現(xiàn)狀穩(wěn)定性計(jì)算模型圖

4.1 自重工況模擬結(jié)果

在此工況下目標(biāo)擋土墻的墻厚土體計(jì)算參數(shù)如表1 所示。模擬結(jié)果如圖2a～2b 所示。

圖2a 下限剪切耗散圖

圖2b 上限剪切耗散圖

對(duì)比分析可知，目標(biāo)檢測(cè)擋土墻在自重工況下的上下限安全系數(shù)分別為：1.327 和1.269，符合安全穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 自重+暴雨工況模擬結(jié)果

在此工況下目標(biāo)擋土墻的墻厚土體計(jì)算參數(shù)如表6 所示。模擬結(jié)果如圖3a～3b 所示。

表6 暴雨工況下?lián)跬翂笸馏w的計(jì)算參數(shù)

圖3a 下限剪切耗散圖

對(duì)比分析可知，目標(biāo)檢測(cè)擋土墻在自重工況下的上下限安全系數(shù)分別為：1.264 和1.214，符合安全穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。

圖3b 上限剪切耗散圖

5 結(jié)論

綜上所述，有限元模擬結(jié)果與依據(jù)本文所提出的穩(wěn)定性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分析所得到的結(jié)果相吻合，說(shuō)明本文所提出的重力式擋土墻綜合檢測(cè)方法與安全評(píng)估方法是可行的，具有一定的參考價(jià)值。