失穩多臺階自嵌塊加筋擋土墻的聯合加固技術

易平

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

自嵌塊加筋擋土墻是一種新型的復合擋土體系，由結構填土、土工格柵、自嵌擋土砌塊等組成。因其具有節省工程投資、生態和美化環境等方面的優點，在水利、交通、住宅小區等工程領域得到廣泛應用[1]。江西省某工程進行場地平整時，雙臺階加筋擋土墻采用自嵌塊結構型式，擋墻高度在18～25 m之間，采用的檔墻平均高度為20 m左右，最高處達到25 m。該自嵌塊加筋擋土墻建設完工不到2年的時間，其中約60 m長度擋土墻先后出現2次失穩現象，主要表現為面墻自嵌塊大面積脫落、面墻裂縫上下貫通、斷裂和加筋體變形外鼓等。擋墻失穩現象存在重大安全事故隱患，直接威脅到墻腳道路車輛與行人，以及附近居民的安全，必須及時采取擋墻加固安全措施。本文擬通過對該工程自嵌塊擋土墻失穩情況的現場調查，進行勘察鉆孔取樣、室內試驗和整體穩定性計算分析，分析自嵌塊加筋擋土墻失穩各種原因，提出工程聯合加固處理的安全技術方案，及時消除事故隱患。

1 概況

1.1 工程地質條件

依據勘察報告資料，工程地層主要為紫紅色加筋填土，呈濕、松散狀態，主要由全風化—中風化砂礫巖碎屑、碎塊及砼塊組成，均屬新近人工填筑土層。下臥紫紅色強風化砂礫巖，砂礫質結構，層狀構造，風化裂隙較發育，浸水易分解。加筋擋土墻各巖土層物理力學指標（建議值）見表1。

表1 巖土層主要物理力學性質指標

1.2 加固前自嵌塊加筋擋土墻設計

自嵌塊加筋擋土墻基礎均采用C20毛石砼結構，地基土座落在壓縮性低、強度較高的強—中風化砂礫巖層上。該段擋土墻全長為60 m，設計墻面板向后仰傾斜，傾斜角約為10°，下階墻高為11.0 m，上階墻高為9 m，墻后設多層單向復合土工格柵，下階每層土工格柵長度為10.0 m，上階每層土工格柵長度為8.0 m，層間距為0.4～0.6m，格柵采用單向聚乙烯土工格柵，一次拉伸成型，無焊接點的單向聚乙烯（PE）土工格柵，極限抗拉強度為170 kN/m，延伸率≤13%；錨固棒采用玻纖尼龍合成，縱向沖擊強度為20～50 MPa，縱向彎曲強度為550～900 MPa。其設計標準斷面見圖1。

圖1 自嵌塊擋土墻加固前設計標準斷面

1.3 質量檢測情況

1.3.1 擋墻變形監測

現場采用無人機、全站儀對該段擋土墻變形進行了全面監測。現場監測情況統計，施工完成兩年來，該段墻體的最大變形為0.858 m，最小變形為0.243 m。這種變形一方面是加筋土擋墻本身的變形，另一方面是擋墻下部毛石砼基礎發生的轉動造成的變形。

1.3.2 壓實度的檢測

壓實度直接影響加筋土的質量。一般設計要求該工程的壓實度為95%。技術人員在現場抽樣檢測了部分土工格柵位置處的干密度和含水率，同時進行室內試驗測出了填料的最大干密度和最優含水率。依據檢測結果，計算出壓實度在82.35%～97.29%之間，且大部分抽檢點不能滿足設計要求。

1.3.3 土工格柵的豎向布置及含水情況

在現場的上部加筋體、下部加筋體的頂部各鉆了3個孔，鉆孔的深度為加筋土擋墻的高度，以監測填料類型、土工格柵布置情況以及填料含水情況。從鉆孔情況來看，個別鉆孔揭露地下水，大部分鉆孔在加筋范圍內未發現積水現象。土工格柵鋪設基本與設計吻合，填料類型一致。下部加筋體的加筋長度，延伸至上部加筋體基礎位置。

2 失穩原因分析

2.1 墻體整體穩定性分析

技術人員依據勘察報告提供的物理力學參數，采用簡化Bishop圓弧穩定分析法，在天然工況下，得到擋墻的整體安全系數僅為1.014。說明擋墻處于欠穩定的極限平衡狀態狀態，不能滿足規范規定的整體穩定性系數不小于1.35的要求[3]。

2.2 加筋擋土墻失穩原因

由于加筋土擋土墻墻面是由多塊面板構成，面板預制塊之間僅采用玻纖尼龍合成的錨固棒連接，相對孤立。單塊面板難以承載施加的預應力，從而造成墻面的不均勻變形。在自嵌塊加筋擋土墻施工中，墻體砌塊體為逐層干砌而成，墻體產生了向后仰的角度。上層塊體自重逐層向下層傳遞，當最上層塊體重心線超出最下層自嵌塊后緣時，最上層自嵌塊重量對最下層的塊體已不起作用[1-2]。

施工過程中自嵌塊擋土墻砌筑不平整，施工質量不高。加之墻體及后堆放棄土未經層層壓實，孔洞率高，隨著降雨入滲，增加了墻體的水平推力，使得擋土墻失穩概率迅速增加。下部加筋體壓實度不夠，變形較大，直接導致上部加筋體基礎不穩，這也是上部加筋體變形較大的原因。

3 加固方案及實施效果

3.1 加固方案的選擇

擋土墻加固方案分為對下部加筋體和上部加筋體的加固兩個部分，其綜合加固措施既具有各自獨特的作用，又需要彼此結合、相互依托，共同形成承載體系。設計方案以“經濟合理、技術可靠、施工方便”為原則，充分考慮被保護對象的使用功能及現狀地形。

常用的加筋土擋土墻加固方法是在墻體外側壓土或附加一個重力擋墻作為外支撐。該項目下部加筋體擋墻坡腳位置道路上，無法實施填土，但有重力擋處在墻施工的場地。考慮到重力式擋土墻施工工藝相對簡單、施工速度快，最后選擇采用重力式擋土墻反壓來提高下部加筋體擋墻的整體穩定性。

上部加筋體無法采用重力式擋土墻反壓，對其所實施的加固方案不能破壞原工程的基本結構，既要完全保留加筋土擋土墻的優越性，又不影響其使用功能。綜合比較后，選擇采用“鋼筋混凝土面板+預應力錨索+格構梁”的方案進行防護。

3.2 加固方案設計

1）下部重力式擋土墻設計。重力式擋土墻墻身采用C20素砼澆筑，墻高為14.2 m，面坡坡度為1∶0.35，背坡坡度為1∶0.09，墻頂寬為1.0 m，基礎埋深為3.2 m，基礎底寬為5.6 m，從下往上分層澆筑，基底落于強—中風化巖。每10～15 m設置一道寬20～30 mm的沉降縫（伸縮縫），自墻頂做到基底，縫中填塞瀝青麻筋，填塞深度不應小于150 mm。沿墻體橫向設泄水孔，泄水孔的尺寸為100 mm的PVC圓管，網度為2.5 m×2.5 m，外斜坡度5%，泄水孔應保持暢通無阻；擋墻基礎必須分段跳槽開挖，嚴禁一次性全面開挖，分段長度不超過10 m。平臺平鋪500 mm厚黏土壓實防滲，防止雨水下滲進入下部擋土墻內部。

2）上部預應力錨索。根據現場情況，在失穩擋土墻部位設置鋼筋混凝土面板，混凝土面板厚0.20 m，其間配間隔150 mm的雙層雙向鋼筋，橫豎向主筋均采用Ф14 mm HRB400鋼筋，節點采用Ф10 mm的支撐筋連接。板身混凝土采用C30，混凝土保護層厚度不小于35 mm，沿墻體橫向設泄水孔，泄水孔的尺寸為100 mm的PVC圓管，網度為2.5 m×2.5 m，外斜坡度為5%，泄水孔應保持直通無阻。

錨索格構梁橫梁與豎向肋柱截面尺寸采用0.40 m×0.40 m，橫梁和肋柱的水平與豎向間距均為3.0 m。在橫梁和肋柱節點設置預應力錨索，預應力錨索長度為25～30 m，錨固段長度為10 m，錨索孔孔徑為150 mm，錨索與水平線夾角為15°，錨索孔成孔過程中出現塌孔，應跟管鉆進。錨索采用4根Ф15.24 mm的鋼絞線制作，注漿材料用純水泥漿，水灰比（0.45～0.55）∶1，采用P.O42.5強度等級的普通硅酸鹽水泥，加適量的早強劑，其28 d無側限抗壓強度應不小于25 MPa。錨索的軸向拉力設計值為300 kN，鎖定值為200 kN，自嵌塊擋土墻加固設計標準斷面如圖2所示。

圖2 自嵌塊擋土墻加固設計標準斷面

3.3 實施效果分析

依據勘察報告提供的物理力學參數，采用簡化Bishop圓弧穩定分析法，在天然工況下，得到加固后的擋墻整體安全系數為1.847，能滿足規范規定的整體穩定性系數不小于1.35的要求。

加筋土擋墻加固歷經4個多月結束。隨后展開了1個水文年的現場監測，其監測結果表明錨索預應力值穩定，上下部擋墻墻面位移變形值基本為0，對工程原設計的使用功能無不良影響，加筋擋墻工程加固效果顯著。

4 結論

1）對失穩多臺階自嵌塊加筋擋土墻采用“重力式擋土墻+鋼筋混凝土面板+預應力錨索+格構梁+注漿”聯合加固技術合理有效，使墻面脫落和弧形外鼓得到約束，擋土墻位移得到了有效地控制，整體穩定性系數從1.014提升到1.847。

2）由于多臺階加筋擋土墻自身的缺陷和施工問題，自嵌塊面板之間沒有相應的結構聯系，相對孤立存在，不適合采用自嵌塊面板。建議采用抗剪能力和適應變形能力較好的鋼筋混凝土面板或格賓面板，以保證墻面的整體穩定性。

3）加筋土工程需加強日常監測、巡查。一旦發生變形等失穩前兆，須派專人進行實時監測，同時分析原因，采取相應措施，及時消除事故隱患。否則發生坍塌，威脅生命安全。