關(guān)于病害重力式擋土墻支擋問題修復(fù)的討論

許 敬

(成都市建筑設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610015)

1 概述

重力式擋土墻是以墻身自重來維持擋土墻在土壓力下的穩(wěn)定，由于該種擋土墻一般不配鋼筋或只在局部范圍配置少量鋼筋，墻身材料就地取材，施工簡(jiǎn)單，施工速度快，在邊坡高度不大(一般小于6 m)的情況下較為經(jīng)濟(jì)，所以，在工程邊坡中廣泛應(yīng)用。然而，由于種種原因，在工程實(shí)際中，重力式擋土墻建成運(yùn)營(yíng)后出現(xiàn)了各種各樣的病害，導(dǎo)致了一些工程隱患，甚至出現(xiàn)了一些工程事故。為防止重力式擋土墻病害惡化導(dǎo)致工程事故，采取的工程措施不外乎有兩種：1)撤除原重力式擋土墻，重新設(shè)計(jì)和實(shí)施；2)對(duì)既有病害重力式擋土墻進(jìn)行綜合整治和修復(fù)。在工程實(shí)踐中，病害重力式擋土墻由于種種原因(維持運(yùn)營(yíng)等)不能撤除，只能對(duì)病害重力式擋土墻支擋進(jìn)行綜合整治和修復(fù)。針對(duì)此問題，本文就國(guó)內(nèi)目前整治措施進(jìn)行了歸納和比較，以便在工程實(shí)踐中，根據(jù)具體的病害以及實(shí)際條件，提出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的整治措施。

2 重力式擋土墻病害的現(xiàn)象

重力式擋土墻在自重的作用下，應(yīng)滿足：1)墻身材料在土壓力和自重的作用下不發(fā)生破壞，即墻身強(qiáng)度驗(yàn)算；2)重力擋土墻基底實(shí)際應(yīng)力不應(yīng)大于地基承載力，即地基承載力驗(yàn)算；3)重力式擋土墻在土壓力、自重等的作用下不發(fā)生傾覆，即抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算；4)重力式擋土墻在土壓力、自重等的作用下不發(fā)生滑移，即抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算。根據(jù)重力式擋土墻的受力原理，其病害的現(xiàn)象可歸納為以下四種：1)重力式擋土墻整體傾覆而破壞，如山西某學(xué)校操場(chǎng)邊的重力式擋土墻[1]。2)重力式擋土墻發(fā)生滑移，墻頂上部土體沿縱向有開裂現(xiàn)象。此現(xiàn)象在工程中較為常見。3)墻身發(fā)生開裂，出現(xiàn)豎向裂縫，甚至折斷。4)墻身材料發(fā)生脹鼓現(xiàn)象，甚至墻身中的一部分被土壓力擠出。

3 重力式擋土墻出現(xiàn)病害的原因

既有重力式擋土墻出現(xiàn)的病害，究其原因，可以主要?dú)w納為以下幾類：

1)重力式擋土墻施工時(shí)擅自減小擋土墻斷面和降低砂漿標(biāo)號(hào)。

2)施工時(shí)未按設(shè)計(jì)要求做好擋土墻的泄水孔和墻背反濾層。

3)墻后填料不符合設(shè)計(jì)要求，且沒有分層夯實(shí)，以及未達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度要求。

4)未按原設(shè)計(jì)要求每隔一定的距離設(shè)置變形縫。

5)施工時(shí)為搶進(jìn)度，組砌方式不正確，未按施工驗(yàn)收規(guī)范要求施工，存在砂窩、孔洞、干粘縫。

6)施工過程中局部未做地基承載力復(fù)核，便進(jìn)行墻體的施工，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)后地基失穩(wěn)。

7)擋土墻在運(yùn)營(yíng)后擅自增加墻頂荷載，如增加墻頂填土高度，未做任何穩(wěn)定驗(yàn)算，便重新投入運(yùn)營(yíng)。

8)擋土墻坡腳臨近處開挖基坑，導(dǎo)致?lián)跬翂讘?yīng)力出現(xiàn)重分布，導(dǎo)致?lián)跬翂Τ霈F(xiàn)裂縫等病害。

4 病害重力式擋土墻支擋問題的整治措施

根據(jù)重力式擋土墻的受力特點(diǎn)，以墻體的自重來維持擋土墻在土壓力的作用下的穩(wěn)定，在地基承載力滿足的前提下，為提高既有病害重力式擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，本文歸納起來有以下兩類方法：一類是采取措施增加擋土墻“抵抗”能力，這類方法在工程實(shí)踐中應(yīng)用較為廣泛，這類方法本文稱之為“被動(dòng)防護(hù)”；第二類是主動(dòng)減少土體對(duì)重力式擋土墻墻背的壓力，改善墻背填料的力學(xué)性能，這類方法本文稱之為“主動(dòng)防護(hù)”。

4.1 被動(dòng)防護(hù)

對(duì)既有病害重力式擋土墻，最為直接的方法就是增加擋墻的“抵抗”能力，即可增加擋墻的穩(wěn)定性，常用的方法有以下幾種。

4.1.1加厚既有病害重力式擋土墻的厚度

病害重力式擋土墻就是該墻背的土壓力相對(duì)較大，從而降低了既有擋土墻的穩(wěn)定性，在條件允許的情況下，可加大現(xiàn)有擋墻的截面尺寸，即加大自重提高其穩(wěn)定性。從加固的位置可以將這類方法分為兩種：一種是從內(nèi)側(cè)加厚擋土墻，這種方法可以保持其重力式擋土墻的受力特點(diǎn)(即不改變墻背形式)，僅加厚內(nèi)側(cè)擋墻的厚度[1]，如圖1所示,這種方法也可以改變?cè)瓝鯄Φ氖芰μ攸c(diǎn)，將改變墻背形式，使原重力式擋土墻變?yōu)楹庵厥綋跬翂2]，如圖2所示。另一種則是從外側(cè)加厚擋土墻，保持原擋土墻的受力特點(diǎn)，如圖3所示。

采用這類方法應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)復(fù)核新?lián)鯄Φ幕讘?yīng)力是否大于地基承載力；2)應(yīng)采用梅花狀鋼筋結(jié)合新舊擋墻；原擋墻應(yīng)戳毛、清洗干凈等；3)加固部分的擋墻應(yīng)預(yù)留泄水孔，保持原泄水孔的排水暢通;4)新?lián)鯄υ谠瓝鯄ι炜s縫處設(shè)置伸縮縫。

4.1.2預(yù)應(yīng)力錨束加固既有病害重力式擋土墻

在我國(guó)既有病害重力式擋土墻加固工程中，為改善擋墻的受力狀態(tài)，減少墻身的內(nèi)力和位移，對(duì)擋土墻施加一定的預(yù)應(yīng)力錨束穿過土體錨固于巖體(或土體)中。該種方法的步驟是：1)計(jì)算作用在錨束結(jié)構(gòu)物上的荷載，比較邊坡失穩(wěn)的剩余下滑力和結(jié)構(gòu)物的側(cè)向土壓力，取其大者。2)根據(jù)上述荷載，計(jì)算設(shè)計(jì)錨固力，初步確定預(yù)應(yīng)力錨束的根數(shù)。3)根據(jù)錨固體與孔壁的抗剪強(qiáng)度、鋼絞線與水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度、鋼絞線的強(qiáng)度，最終共同確定鋼束的錨固長(zhǎng)度、根數(shù)和總長(zhǎng)。這種方法常用于墻背后有穩(wěn)定巖層的擋墻中[3]；也用于墻背為土體的擋墻中[4]。

這類方法應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)預(yù)應(yīng)力錨束施工工序復(fù)雜，技術(shù)要求高，高素質(zhì)的施工管理人員和嚴(yán)密的施工組織是保證工程質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵。2)來自錨桿錨頭的“點(diǎn)力”應(yīng)借助于錨梁、噴錨網(wǎng)轉(zhuǎn)換成在墻面上的“面力”作用于整個(gè)墻體，以維持整個(gè)墻體的穩(wěn)定。3)為土層錨固技術(shù)時(shí)，必須采取措施確保預(yù)應(yīng)力的錨固，如高壓注漿錨固技術(shù)[4]。

4.1.3錨桿注漿技術(shù)

這種方法就是將擋土墻的力傳遞給錨桿，錨桿(大多數(shù)為粗鋼筋)作為拉桿并灌漿的方法，它是用水泥砂漿將一組粗鋼筋深入地層內(nèi)部的鉆孔中，鉆孔深度須超過構(gòu)筑物背后的主動(dòng)土壓力區(qū)，并須在穩(wěn)定地層中達(dá)到足夠的有效錨固長(zhǎng)度。既有擋墻將力傳遞給肋柱或噴錨網(wǎng)，再傳遞給錨桿，錨桿所承受的拉力首先通過拉桿周邊握裹力傳遞給水泥砂漿中，然后在通過錨固段周邊的摩擦傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中，從而利用地層的錨固力來維持既有重力式擋土墻的穩(wěn)定。這種錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)算基本同預(yù)應(yīng)力錨束加固既有病害重力式擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

今年來，自鉆式注漿錨桿以及自鉆式中空注漿錨桿的應(yīng)用，極大推動(dòng)了錨桿注漿技術(shù)在加固既有病害重力式擋墻中的應(yīng)用。當(dāng)然，在實(shí)施的過程中應(yīng)注意錨固體范圍內(nèi)的穩(wěn)定，以及錨頭處將集中力以“面力”傳遞到既有擋墻上。

4.1.4在既有病害重力式擋土墻外側(cè)增加抗滑樁支撐

這種方法的力學(xué)機(jī)理就是通過擋土墻與立柱、樁基、土體的共同作用，增加原擋土墻的穩(wěn)定性。原擋土墻通過面板將力傳遞給樁基上的立柱，再通過立柱傳遞給具有較好豎向和水平承載力的樁基。該方法原理簡(jiǎn)單，傳力途徑明確。該方法如圖4所示。

這種方法在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意：1)樁基成孔對(duì)擋土墻地基有局部影響，所以，在施工時(shí)最好跳樁開挖，將影響降低到最低。2)伸出地面的柱一定要通過面板與既有擋墻“緊密”結(jié)合，因?yàn)橹挥袠痘系牧⒅蛽跬翂餐兾?，才可能起到共同作用的效果?)既有擋土墻在變形縫處保持擋墻的自由變形。

4.2 主動(dòng)防護(hù)

主動(dòng)減小土體對(duì)墻背的作用，從而可增加擋土墻的穩(wěn)定，以朗金土壓力理論為例：

(1)

其中,Ka為朗金主動(dòng)主壓力系數(shù)。

(2)

根據(jù)式(1)，式(2)，提高墻背填料的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ，可以主動(dòng)減小土體對(duì)墻背的作用，為此，此類方法采取相關(guān)措施提高墻背填料的綜合內(nèi)摩擦角φ。

4.2.1換填墻后填料

施工時(shí)墻后填土不符合設(shè)計(jì)要求，甚至淤泥、草根、樹皮、生活垃圾等雜質(zhì)填于墻背后，這樣，墻背后填料的綜合內(nèi)摩擦角較設(shè)計(jì)小，而且透水性較差，在條件許可的情況下，可將此類填料換成綜合內(nèi)摩擦角相對(duì)較大的且透水性相對(duì)較好的填料，如換填成連槽石等填料，換填范圍應(yīng)根據(jù)主動(dòng)狀態(tài)的破裂角確定。這種施工方法較為方便，但在施工時(shí)必須墻頂不能有運(yùn)營(yíng)荷載，且有施工空間。

4.2.2采用復(fù)合地基改善土體力學(xué)性能

采用復(fù)合地基，如加筋土、土工布土體、置換樁類等，均可改善和提高土體的抗剪強(qiáng)度，由于既有病害擋土墻已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，采用置換樁的方法較為方便，故本文提出在既有擋土墻的墻背后土體運(yùn)用置換樁類的方法(即復(fù)合地基)提高原墻后填土的綜合抗剪強(qiáng)度，從而主動(dòng)減少墻后填土對(duì)擋土墻的主動(dòng)土壓力。

置換樁類的方法很多，常用的如剛性樁(人工挖孔鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等)、半剛性樁(噴粉樁、CFG樁等)、柔性樁(碎石樁、砂石樁等)等置換方法。針對(duì)既有重力式擋墻支護(hù)邊坡的特點(diǎn)，在實(shí)際工程運(yùn)用中，應(yīng)根據(jù)墻后地質(zhì)條件，選擇合適的柔性或半剛性樁來進(jìn)行置換。文獻(xiàn)表明，此類復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度與置換率、樁體直徑、樁長(zhǎng)、級(jí)配、密度、樁體含泥量、施工質(zhì)量有關(guān)，但其計(jì)算模型還有待進(jìn)一步研究，如王保田等在“大粒徑碎石樁加固超軟弱土河道邊坡的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)”中提出的面積加權(quán)平均法來計(jì)算的碎石樁復(fù)合土體抗剪強(qiáng)度是在特定條件下建立的。

本文僅提出采用墻后土體置換樁類的方法來主動(dòng)減少對(duì)擋墻的主動(dòng)土壓力的概念。在實(shí)際的設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意：1)針對(duì)墻后的地質(zhì)條件采取適宜的置換方法；2)針對(duì)特定的置換方法，采取可靠的計(jì)算模型和適當(dāng)?shù)氖┕ご胧绯煽追绞讲捎盟疀_、沖擊還是人工挖孔等方法。當(dāng)然，此類復(fù)合地基方法(置換樁類法)的計(jì)算模型以及怎樣評(píng)價(jià)此類方法的施工質(zhì)量是否合格，在工程實(shí)踐中還有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)語

1)對(duì)既有病害重力式擋土墻應(yīng)因地制宜，主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合，選擇切實(shí)可行的修復(fù)措施，進(jìn)行病害綜合整治。

2)重力式擋土墻應(yīng)重視輔助項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工，如泄水孔、反濾層、變形縫等。

3)重力式擋土墻加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)后的后期健康監(jiān)測(cè)，防隱患于未然。