既有擋墻破壞分析及加固處理

劉興旺

云南省設計院集團有限公司，云南 昆明 650228

1 項目概況

某擋墻為移民安置點內配套市政基礎設施工程，于2006年4月通過相關部門實地驗收。該擋墻使用約10年后距地面0.5m處出現了長約2m的細微水平裂縫，后受強降雨影響，裂縫進一步加大，擋墻發生微小錯位。相關部門委托某設計單位進行擋墻加固設計，設計方案擬在現狀擋墻前方新建一道衡重式擋墻。準備實施時發現原擋土墻裂縫明顯變寬，裂縫長度變為原來的十余倍，在破裂處出現了明顯外突。為確保安全，業主決定重新對該擋墻進行專項地質勘察及全面診斷分析，并調整設計方案。

現狀擋墻位于安置點下方的坡角處，整體由西南向東北延伸，長76.5m，擋墻出露地面最高處為6.5m，最低處為4.5m。擋墻下部及基礎為鋼筋混凝土結構，上部為漿砌塊石結構，屬于重力式擋土墻。現狀擋墻距地面0.5m處出現了由西向東的一條長23.2m的逐漸變窄的裂縫，裂縫最窄處約0.5cm，最寬處約3cm。該擋墻局部地段所受壓力過大，墻面發生破裂外突，最明顯的突出在擋墻由西向東4.8m處，該處裂縫往外突出約4cm。

2 破壞原因定性分析

2.1 自然因素

該擋墻位于集鎮西南側斜坡中部，北東—南西向山脊右側一坡體上，斜坡前緣臨空面較高、陡，中后部是平緩的微地貌，相對高差約21m。坡體坡度總體地勢上緩、中部及下部較陡，約30～40°，局部近直立。

該擋墻所在地區降水量較為豐沛，擋墻周圍沒有排水系統，且周邊植被較少，降雨得不到有效的收集與統一排放，雨水下滲至填土與殘破積黏土層形成徑流，擋墻的泄水孔基本被堵塞，雨水滯留于土體內，軟化了接觸面[1-3]。

2.2 人為因素

移民安置開挖山體后堆填了大量棄土，土體較為松散，在受強降雨后逐漸飽和，一方面增加了土體容重和孔隙水壓力，另一方面雨水下滲至填土和原地面的接觸面，降低了接觸面土體的抗剪強度，形成軟弱面。邊坡失穩形成的滑坡推力直接作用于擋墻上，滑坡推力水平分力超過擋墻抗剪強度，造成擋墻剪切破壞。

該擋墻上方斜坡有村民住房，房屋均為4～5層鋼筋混凝土結構，有部分加蓋現象，這對地基的極限承載力造成了額外的負荷。此外，村民的生活用水基本上是排在擋土墻周圍，并且沒有進行統一收集管理，對擋土墻周邊的巖土穩定性造成了不利影響。

3 破壞原因定量分析

3.1 滑坡模式的確定

根據專項勘察及現場實測分析可知，該擋墻不同地段遭到了不同程度的破壞，外沿緣剪出口明顯，滑體處于擠壓變形狀態，后緣變形跡象不明顯，現狀條件下，坡體整體處于基本穩定～欠穩定狀態。經過分析滑體結構特征，判斷其變形破壞模式為上覆松散體沿巖土接觸界面產生的折線形滑動。計算模型主要根據各剖面勘察資料，結合地質條件和滑坡變形破壞特征確定滑坡最不利的滑動面，在滑坡變形體的主滑方向上實測剖面進行計算。

3.2 坡體穩定計算

采用考慮地震作用、滲透壓力及孔隙水壓力的穩定性計算公式[4-5]進行計算，滑坡推力按傳遞系數法計算。該坡體已有明顯的滑動跡象，其穩定性計算參數c、φ的選取采用權重取值的方法，即采用試驗值、地區經驗值和滑坡現狀為蠕動變形階段的反演計算值進行權重取值[6-7]。c、φ反演分析計算公式如下：

式中：WRi為阻滑段滑體的重力，kN；Wci為下滑段滑體的重力，kN；αRj為阻滑段的滑面傾角，°；αcj為下滑段的滑面傾角，°；ci為第i條塊內聚力，kPa；LRi為阻滑段的滑面長度，m；Lci為下滑段的滑面長度，m。

穩定系數K根據下列情況確定：若滑坡體處于整體暫時穩定～欠穩定狀態，K=1.00～1.05；若滑坡體處于整體變形～滑動狀態，K=0.95～1.00。根據滑坡發生、發展的過程及現狀以及c、φ反演分析方法，取K=1.02反演計算c、φ。根據反演計算值、試驗值及該地區的經驗值，經對比分析，最后綜合確定該滑坡潛在滑面的抗剪強度指標如表1所示。

表1 滑面參數表

3.3 計算結果分析

按照滑坡防治工程等級三級的劃分，其安全系數的選取如下：工況Ⅰ（天然工況）為1.10～1.20，工況Ⅱ（暴雨工況）為1.02～1.05，工況Ⅲ（暴雨+地震工況）為1.02～1.05。由于該滑坡體靠集鎮區，且坡體上方房屋密集，一旦發生滑動將嚴重威脅坡體上方居民的生命和財產安全。因此，此次針對防治工程的設防安全系數將采用相對較大的《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）[8]中表5.3.2中推薦的安全系數，按照二級邊坡安全工程等級。此次防治工程設防安全系數的選取如下：工況Ⅰ（自重+地下水）為1.30，工況Ⅱ（自重+暴雨）為1.15，工況Ⅲ（自重+地震）為1.05。

根據地勘報告提供的3個斷面逐個進行穩定性計算，結果如表2所示。

表2 坡體穩定性計算匯總表

根據計算結果可知，坡體在天然工況條件下整體上處于基本穩定～欠穩定狀態，在暴雨工況及暴雨+地震工況條件下均處于不穩定狀態。

4 加固處理方案

根據定性及定量分析結果，在深入分析該邊坡的形態特征、活動性狀、危險性、發展趨勢、影響因素、危害特征等的基礎上，結合實施條件決定采用“支擋加固+抗滑錨索+回填反壓+排水措施”綜合處理方案。

（1）支擋加固工程。因為該邊坡擋墻目前已處于極限平衡狀態，多種因素尤其是降雨作用下隨時可能導致邊坡失穩破壞，且墻后建筑與擋墻距離較近，所以墻后挖土卸載方案無法實施，且也不能開挖墻前土體，以防止支擋防護發揮作用前擋墻垮塌，導致工程失敗。項目的實施條件對設計方案提出了新的要求，經綜合比較考慮后決定采用墻前間隔設置扶壁方案，在扶壁遠離擋墻的端部設置微型鋼管樁群，在群樁頂部澆筑承臺用來支撐扶壁，以扶壁、承臺、微型樁群組成的支擋結構體系來抵抗剩余下滑力。微型樁采用地質鉆引孔，加之微型樁設置得離擋墻較遠，從而可以保證施工不會對既有擋墻產生不利影響。

（2）抗滑錨索工程。在扶壁、承臺、微型樁群組成的支擋結構體系施工完成后，在擋墻頂與坡頂房屋之間的斜坡區域設置預應力錨索，穿過滑動面，對滑動面提供正應力，從而增大抗滑力。

（3）回填反壓。在墻前扶壁之間區域回填透水性材料，并壓實，從而對擋墻臨空面提供反壓力，進一步提高擋墻的安全性。

（4）排水措施。一是疏通現有擋墻泄水孔，使墻后土體中的水能盡快排出；二是修建截水溝、排水溝將地表散排至擋墻坡面的水引排至天然水系內。

目前工程已經竣工，經過了一個雨季，從監測資料來看，坡體及擋墻未再產生新的位移，擋墻裂縫未再產生，坡體及擋墻均處于穩定狀態，加固處理方案取得了預期效果。