某學校漿砌塊石擋土墻變形原因與加固方法研究

張 學 哲

(核工業江西工程勘察研究總院有限公司，江西 南昌 330096)

重力式擋土墻是依靠自身重力來抵抗側向土壓力、保持墻背土體穩定性的建筑物，廣泛用于公路、鐵路、水利、土木及礦山等工程中[1]。隨著使用年限的增長，其穩定性不斷衰減，甚至出現變形失穩現象，進而導致墻后土體滑移，造成重大的生命和財產損失。國內很多學者針對重力式擋土墻病害成因和加固措施投入大量精力。唐佳[2]通過分析交通荷載下擋土墻的失穩機理，提出土體注漿和預應力錨桿加固方法；朱彥鵬等[3,4]提出運用框架預應力錨桿加固技術對重力式擋土墻進行加固；方俊杰等[5]提出錨注聯合加固方法；何國善[6]通過分析擋土墻的一些病態和質量安全隱患表現及其成因，提出擴大墻基及墻身斷面、較小墻背土壓力、外設阻滑構筑物和施加外力等措施；張友葩等[7]提出采用加筋噴射混凝土，高壓注漿和預應力錨桿的聯合加固方式對失穩擋土墻進行加固。

筆者結合某學校漿砌塊石擋土墻的實況，開展該擋土墻的變形原因與加固方法研究，為類似擋土墻加固工程的設計提供了參考。

1 工程概況

某學校宿舍樓西側漿砌塊石擋土墻，長約60 m，高4.8 m～6.5 m(不含基礎，基礎埋深約1.5 m)，墻背垂直，墻面坡度1∶0.2，頂寬約0.5 m，底寬1.5 m～2 m。擋土墻自2005年建成使用后，已運行15年，目前，該擋土墻局部墻身凸出、墻體外傾，造成坡頂路面出現多條斷開裂縫和下沉位移現象。根據現場調查，墻頂護欄外傾，局部擋墻出現裂縫，部分冠梁斷裂，上部道路向擋墻一側偏移，路面被拉裂，縱向裂縫最大寬度可達5 cm，沉降差最大可達3 cm。如不及時采取加固措施，將產生大范圍倒塌破壞，后果嚴重。

2 工程地質條件

根據前期巖土工程勘察資料，擬加固擋土墻所在區域地層分布從新到老主要有：雜填土、粉質粘土、全風化千枚巖和強風化千枚巖。各巖土層的力學參數建議值見表1。

①雜填土：厚0.5 m～2.5 m。標貫擊數3擊～6擊，標準擊數4擊。

②粉質黏土：厚0.5 m～2.4 m，可塑。標貫擊數8擊～15擊，標準擊數9擊。

③全風化千枚巖：原巖結構基本破壞，呈粘土狀。厚5.80 m～10.20 m。標貫擊數30擊～48擊，標準擊數38擊。

④強風化千枚巖：千枚狀、片狀構造，巖體破碎，為極軟巖，風化厚度大。標貫擊數55擊～102擊。標準擊數85擊。

表1 各巖土層的力學參數建議值表

3 擋土墻變形原因分析

通過對擋土墻設計圖紙和施工技術資料的分析，結合現場情況的調查，導致擋土墻變形的主要原因是：

1)施工單位未按原設計圖施工，擋土墻全長未設一條變形縫，造成該擋土墻內產生的各種應力無法釋放。

2)墻身預設的泄水孔無出水痕跡，墻后填土未按設計要求設置反濾層，大部分排水孔已堵塞。極端降雨情況下，墻背土體飽和度增加，形成較大的側向土壓力[10]。

3)墻身砌筑質量偏差，塊石之間水泥砂漿灌縫不密實，墻身表面灰縫不平整，擋土墻整體性較差。

4)墻頂背側種植高大喬木，雖然其根系有一定固土作用，但對擋土墻產生了較大附加荷載，增大了側向土壓力。

5)坡頂道路車輛的不斷運行，使墻背填土始終處于一種擾動狀態，這種擾動改變了擋土墻的工作環境及受力條件，給擋土墻安全造成不利影響[2]。

4 擋土墻加固方案

4.1 加固方案比較

根據擋土墻結構特點及周邊環境條件，提出了以下幾個方案做比選。

1)拆除重建。可以徹底解決擋墻失穩問題，但需大范圍臨時放坡，土方開挖回填量大，投資金額高，花費時間長，且嚴重影響學校的正常教學秩序[9]。

2)加厚擋土墻。在現有擋土墻外側新建漿砌塊石擋土墻，與原擋墻連成一體，通過提高擋墻自重增加抗傾覆、抗滑移能力。但新增墻體將超出用地紅線，影響坡腳擬建道路規劃。

3)墻背微型樁加固。在現有擋土墻背側設置微型樁，通過擋土、減少擋土墻所受側壓力加固既有擋土墻。但需清除坡頂苗木，同時可能影響墻后各類管線，建設單位不同意。

4)格構式錨索擋土墻。墻后全、強風化片巖與水泥砂漿粘結性較好，有效錨固段能滿足要求。同時施工不需單獨占用場地，對周邊環境影響不大。設計采用該方法。

4.2 擋土墻加固方案

格構式錨索擋土墻是通過預應力錨索、格構梁和擋板聯合作用的一種加固方式。它可以減少預應力損失，和既有失穩擋土墻充分結合，形成一個有機的整體，共同抵抗外荷載，從而使失穩擋土墻恢復甚至超過原有的支擋能力[7]。

設計格構梁截面尺寸320 mm×320 mm，采用C30混凝土澆筑，錨索橫向和縱向間距2.5 m，采用3s15.2鋼絞線，孔徑130 mm，M30水泥砂漿灌漿，第一排長11.0 m，第二排長9.0 m，錨固段長5.0 m，預應力100 kN，第一錨點設于原擋墻坡頂以下2.0 m，錨索傾角15°～20°。格構梁內掛雙層雙向Φ10@200 mm HRB400級鋼筋網，噴射C20混凝土擋板，厚160 mm，每塊混凝土擋板內設泄水孔，穿過原有擋土墻，孔徑100 mm，孔后塞反濾包，外傾坡度5%。每隔15 m～20 m設置伸縮縫，縫寬2 cm～3 cm，填塞瀝青麻筋或瀝青木板[8]，采用混凝土壓頂，寬800 mm，厚320 mm，墻頂設置護欄，高1.5 m。設計擋土墻加固剖面圖見圖1，立面圖見圖2。

設計邊坡工程安全等級為二級，坡頂滿布均載，大小20 kPa。由于原漿砌塊石擋土墻已發生形變，忽略其承載能力，計算中將其視為墻后填土[11]，安全性更有保障。考慮錨桿層數、擋墻位移大小、支護結構剛度和施工方法等因素，將巖土自重及坡頂荷載產生的墻背側壓力分布近似按庫侖理論取為三角形分布，側向巖土壓力修正系數取1.2，將墻高范圍內土的指標加權平均后視為單層土，同時考慮墻背即為原重力式擋土墻，適當提高土的物理力學性質以及墻背與填土的摩擦角。立柱按支承于剛性錨桿上的連續梁計算內力，擋板簡化為支撐在立柱上的水平連續板，整體穩定驗算采用圓弧滑動法。借助于理正巖土6.5版軟件進行分析計算，格構梁和擋土板的配筋滿足要求。整體穩定性最小安全系數K=1.654>1.25，滿足要求。

5 結語

通過現場調查，分析了某學校漿砌塊石擋土墻變形原因，主要是擋墻全長未設變形縫、墻后填土未設反濾層、墻身砌筑質量偏差、坡頂種植高大喬木以及坡頂交通影響。結合現場實際情況，筆者提出4種針對性的加固方案，通過比選，采用了格構式錨索擋土墻加固方法，該方法無需單獨占用場地，對周邊環境影響較小，對類似擋墻加固工程具有一定參考意義。