某水閘左岸擋土墻開裂原因分析及處理措施

朱思軍，陳小丹，楊光華，杜秀忠

(廣東省水利水電科學研究院，廣東省巖土工程技術研究中心，廣東省山洪災害突發事件應急技術研究中心，廣東 廣州 510635)

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某水閘左岸擋土墻開裂原因分析及處理措施

朱思軍，陳小丹，楊光華，杜秀忠

(廣東省水利水電科學研究院，廣東省巖土工程技術研究中心，廣東省山洪災害突發事件應急技術研究中心，廣東 廣州 510635)

根據現場調查和位移監測資料，分析了導致水閘擋土墻開裂的可能原因，并通過極限平衡法計算分析得出擋土墻開裂的最可能原因為擋土墻外側存在較高邊坡，匯水面積較大，當遇強降水或連續降水時，從上部邊坡下滲的地下水會導致墻后水位增高，水土壓力增大，從而導致擋土墻發生滑移或錯動。針對擋土墻現狀，對常用的擋土墻加固方案進行比選，提出了采用旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿的方案進行加固處理，可為類似工程提供參考。

擋土墻；開裂；旋噴樁；微型鋼管樁；錨桿

1 工程概況

某水閘于1989年建成，1991年正式投入使用，工程等別為Ⅴ等，因工程地質條件復雜，根據規范規定2～5級建筑物可提高一級設計，但洪水標準不予提高，故主要建筑物為4級，設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為50年一遇。該水閘工程任務是攔截河流、壅高水位、引水發電及灌溉。

2016年3月份以來，水閘左岸擋土墻持續發現明顯位移，擋墻頂砼面產生很多裂縫，水閘管理人員采用瀝青灌注對表面裂縫作了臨時處理，現場照片見圖1。位移監測點平面布置示意圖見圖2，擋土墻頂監測點位移趨勢圖見圖3，護坡底監測點位移趨勢圖見圖4，護坡頂無位移。圖中左移量表示指向河流的方向，右移量表示背向河流的方向。

圖1 現場照片示意

圖2 位移監測點平面布置示意

圖3 擋土墻頂監測點位移趨勢圖曲線示意

圖4 護坡底監測點位移趨勢示意

從圖3可以看出，擋土墻頂各監測點的位移呈臺階上升，尚未趨于穩定，如任其發展下去，勢必會產生更大的位移，存在較大的安全隱患，若不妥善處理，存在倒塌的可能性，嚴重威脅水閘安全和正常運行，因此必須采取有效的工程措施進行處理。

2 地質情況

圖5 擋土墻處地質剖面示意

①-1人工填土：淺黃色，主要成分為花崗巖殘積土，含較多中粗砂和強-中風化塊石，塊徑為1～12 cm，約占30%，攔河壩兩側翼墻大部分鉆孔揭露。做標準貫入試驗3次，N=7～9擊，平均7.6擊。

①-2人工填砂：為中粗砂，淺黃色，含少量塊石和礫石，粒徑2～6 cm，呈中密狀。

①-3人工砌石：主要為翼墻擋土墻，灰色，塊石大小不等，塊徑多為10～30 cm，少量在10 cm以下，塊石多為中風化-微風化花崗巖，裂隙由水泥砂漿充填。

④-2強風化花崗巖：灰白色、灰褐色，巖芯呈碎塊狀，礦物成分以鉀長石、角閃石、石英等為主，部分風化呈中細砂，節理裂隙發育，結構破碎，巖塊較硬。本次勘察部分鉆孔見及，已揭露厚度為1.60～6.75 m，層頂埋深0.0～22.00 m，層頂標高-8.20～19.15 m。做標準貫入試驗3次，N=52.0～72.0擊，平均59.0擊。

④-3中風化花崗巖：灰白色，巖芯呈短柱狀，礦物成分以鉀長石、石英、白云母等為主，堅硬，完整，節理呈閉合狀，屬硬質巖類，粗粒花崗巖結構或隱晶質結構。本次勘察于部分鉆孔見及，該層未揭穿。已揭露厚度為0.80～9.20 m，層頂埋深-8.60～15.65 m，層頂標高-8.60～-15.65 m。

3 參數選取

選用巖土參數時，遵照下列原則：天然重度等物理性質指標選用平均值；巖土的抗剪強度指標選用標準值；當指標統計數量較少時，選用指標的最小值。各巖土體的巖土參數建議值見表1。

表1 巖土參數建議值

4 變形開裂原因分析

導致擋土墻變形開裂的影響因素很多，根據現場調查及位移監測資料進行初步分析，以下5個原因可能性較大。

1) 2008年發現左側擋土墻內部有濁水冒出，延續1 h左右，說明底板底有局部土體沖蝕，導致不均勻沉降。

2) 左側擋土墻排水管堵塞導致排水不暢，擋土墻承擔的水土壓力增加，導致擋土墻變形開裂。

3) 左側擋土墻存在較嚴重的繞壩滲流現象，滲流量較大，目前上游水頭高，滲透力增大，滲透穩定性不足，導致擋土墻變形開裂。

4) 擋土墻外側存在較高邊坡，匯水面積較大，當遇強降水或連續降水時，從上部邊坡下滲的地下水會導致墻后水位增高，水土壓力增大，從而導致擋土墻安全性降低，變形增大。

5) 左側擋土墻在干濕交替和溫度等綜合作用下老化，出現裂縫。

目前對擋土墻穩定計算分析的方法有很多，常用的方法有極限平衡法，有限元法，有限差分法，強度折減法，局部強度折減法[1]等。現采用常規極限平衡法對現有擋土墻進行整體穩定性、抗滑移和抗傾覆穩定性分析。

4.1 擋土墻整體穩定性驗算

采用理正巖土軟件進行計算，選擇瑞典條分法和簡化Bishop法進行分析。

將擋土墻及其上部邊坡進行整體穩定分析，現將不同方法計算的擋土墻的整體穩定安全系數結果列于表2。

表2 不同方法計算得到的安全系數

擋土墻整體穩定性安全系數遠大于1.0，不會整體失穩。根據監測資料知，護坡頂無位移，護坡底位移與擋土墻位移相反，可見不屬于整體失穩。

4.2 擋土墻抗滑抗傾覆穩定性驗算

采用理正巖土軟件計算擋土墻抗滑抗傾覆穩定性，基底摩擦系數取0.5，計算結果如表3所示。

表3 不同工況下計算得到的安全系數

以上計算分析可知，擋土墻背側無水時，擋土墻抗滑和抗傾穩定安全系數均大于1.0，擋土墻處于穩定狀態；在強降雨期間或上游繞壩滲流嚴重時，若擋土墻排水管堵塞導致排水不暢，擋土墻背側充滿水時，擋土墻的抗滑和抗傾穩定均小于1.0，擋土墻處于失穩狀態。

綜上分析，該擋土墻出現變形開裂的原因屬滑移或錯動。

5 方案比選

目前類似工程常用的處理措施有鉆孔灌注樁+錨索方案、重建擋土墻方案、錨桿+格梁方案、旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案[2-10]等，下面對這些方案分別進行可行性分析。

1) 鉆孔灌注樁+錨索方案

鉆孔灌注樁+錨索方案廣泛用于基坑工程和邊坡工程中，具有可靠性好，施工方便，施工工藝成熟，位移控制能力強等優點。但鉆孔灌注樁施工對土體擾動較大，機械較重，且需要較大的安全穩定的工作面，本項目中，場地狹小，且擋土墻已經開裂，在施工機械的重量和擾動下，擋土墻可能會加速開裂，甚至突然傾覆，危險性極大，故該方案不適宜用于本工程。

2) 重建擋土墻方案

現有擋土墻出現較多裂縫，具有較大的安全隱患，可將其拆除，然后新建擋土墻，該方案安全可靠，效果較好，但也具有一定的缺點，首先，在拆除舊擋土墻時難以保證后方邊坡的穩定性；其次，此方案需要修建圍堰，目前正處于洪水期，水量大，流速大，修建圍堰較困難，工作量較大，且工期較長，對本工程不利。故本方案也不適宜用于本工程。

3) 錨桿+格梁方案

該加固方案具有施工簡便，無需修建圍堰，無需開挖等優點。但施工錨桿需要鉆孔打穿現有的擋土墻，施工較困難，且施工擾動會加劇擋土墻的開裂，現有裂縫無法消除，工程隱患仍然存在。錨桿如處理不當容易腐蝕，該方案實施后不利于后期采用重建擋土墻加固處理。綜合分析后可知本方案可行，但不推薦采用。

4) 旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案

旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案施工機械輕便小巧，對擋土墻擾動較小，且無需修建圍堰即可施工，可克服鉆孔灌注樁+錨索方案的施工擾動大，機械大且重等缺點，也可克服重建擋土墻方案需要修建圍堰的缺點，并且可以對已經處于臨界破壞狀態的擋土墻分級拆除，消除工程隱患。支護面離擋墻有足夠位置，后期的除險加固工程若按備選方案采用擋土墻重建方案，既不會影響其施工，又不需要對上部邊坡進行土方開挖，提高施工安全性。

該方案常用于基坑支護工程中，本工程推薦采用，但要注意該方案用于永久工程時，錨桿和鋼管需采取防腐蝕措施。

6 加固方案

本工程采用旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案對現狀擋土墻進行加固處理，加固方案平面圖、剖面圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 加固方案平面示意

圖7 加固方案剖面示意

該方案分以下幾步進行施工：

第一步：在距離護坡底0.1～3 m處施工一排旋噴樁，樁長9 m，直徑為500 mm，樁間距為350 mm；示意圖見圖8。

圖8 施工旋噴樁示意

第二步：施工微型鋼管樁，鉆孔直徑150 mm，鋼管長9 m，外徑為114 mm，壁厚3 mm，間距為700 mm。在旋噴樁施工完成7 d后方可施工。示意圖見圖9。

圖9 施工微型鋼管樁

第三步：拆除旋噴樁外側的擋土墻至擋土墻頂以下1 m處，在0.5 m高處施工第一道錨桿，鉆孔直徑為150 mm，錨桿采用一根直徑為25 mm的HRB 400鋼筋，間距為1 500 mm，然后現澆混凝土板；示意圖見圖10。

圖10 施工第一排錨桿示意

第四步：拆除旋噴樁外側的擋土墻至擋土墻頂以下2.5 m處，在墻頂以下2.0 m處施工第二道錨桿，指標與第一道錨桿相同，然后現澆混凝土板；示意圖見圖11。

圖11 施工第二排錨桿示意

第五步：拆除旋噴樁外側的擋土墻至擋土墻頂以下4 m處，在墻頂以下3.5 m處施工第三道錨桿，指標與第一道錨桿相同，然后現澆混凝土板；示意圖見圖12。

圖12 施工第三排錨桿示意

7 結語

根據擋土墻的現場實際情況及位移觀測數據初步確定了導致其出現變形開裂的各種可能的原因。根據常規極限平衡法對現有擋土墻進行整體穩定性、抗滑移和抗傾覆穩定性進行分析，可確定擋土墻出現變形開裂的原因屬滑移或錯動。

根據方案比選，推薦采用“旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿”的加固方案。

[1] 楊光華，鐘志輝，張玉成. 用局部強度折減法進行邊坡穩定性分析[J]. 巖土力學，2010(11):53-58.

[2] 徐小麗，張玉成，胡海英,等. 某山體滑坡原因分析及加固措施探討[J]. 廣東水利水電，2014(1):26-29.

[3] 婁紅巖. 重力式擋土墻失穩原因及加固措施分析[J]. 廣東水利水電，2010(11):86-88.

[4] 鐘斌強. 巖質高邊坡的加固與整治措施[J]. 廣東水利水電，2008(6):19-20.

[5] 葉永巧，王晶，張玉成,等. 微型樁在某住宅樓基礎加固中的應用[J]. 廣東水利水電，2014(5):40-44.

[6] 葉成林，徐夢華. 百花林水庫大壩除險加固設計[J]. 廣東水利水電，2007(3):28-30.

[7] 朱思軍，楊光華，陳富強,等. 某水閘不均勻沉降原因分析及處理措施[J]. 廣東水利水電，2013(9):41-43.

[8] 方大勇，杜秀忠，楊光華,等. 軟土地區某水閘基礎加固研究[J]. 廣東水利水電，2015(9):54-57.

[9] 馬全珍，鐘秀梅，張寶華. 失穩重力式擋土墻加固方法的探討與應用[J]. 山西建筑，2011(12):71-72.

[10] 吳順川，高永濤，王金安. 失穩加筋土擋土墻加固方案及技術評價[J]. 巖石力學與工程學報，2007(7):3 086-3 091.

(本文責任編輯 馬克俊)

Causes Analysis and Treatment Measures of a Sluice's Left Retaining Wall Cracked

ZHU Sijun, CHEN Xiaodan, YANG Guanghua, DU Xiuzhong

(Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower;Guangdong Research Center of Geotechnical Engineering; Emergency Technical Research Centre of Guangdong Province Mountain Flood Emergencies，Guangzhou 510635，China)

According to the field investigation and displacement monitoring data, the possible cracked causes of the sluice wall have been analyzed, and by using the limit equilibrium method, it is known that the most likely reason for retaining wall cracked is higher outside slope. The catchment area is large, when heavy rainfall or continuous precipitation falls, the water level after the wall will increase causing by the seepage from upper slope, and the water pressure increases, resulting in retaining wall sliding or dislocation. In view of the current situation of retaining wall, compared with the common reinforcement schemes of retaining wall, broach the measure of jet grouting pile and micro steel pipe pile and bolt is proposed to strengthen the wall, which provides a reference for similar projects.

retaining wall； crack； jet grouting pile； micro steel pipe pile； bolt

2016-08-05;

2016-08-25

朱思軍(1986)，男，碩士，工程師，主要從事巖土工程設計及咨詢工作。

TU476+.4

B

1008-0112(2016)09-0011-05