某學校邊坡擋土墻破壞分析及加固

張 穎 張 磊

(1.邯鄲市成祥房地產開發有限公司，河北 邯鄲 056000；2.中勘冶金勘察設計研究院有限責任公司，河北 保定 071069)

1 工程概況

某中學6層教學樓樓后布置擋土墻，高度7.20 m～7.50 m，擋土墻為鋼筋混凝土板，間隔3.70 m布置一根0.35 m×0.35 m的鋼筋混凝土加強柱，加強柱進入下臥原狀土1.00 m，在回填土的施工過程中，發現擋土墻向外(教學樓方向)變形過大，故將回填土挖除，先后在擋土墻后設兩排樁徑0.60 m的灌注樁(抗拉樁)，通過連梁把擋墻的加強柱與混凝土抗拉樁連接，擋土墻后回填土分層壓實。回填土成分大部分為現場的黃土狀土，根據地區經驗，可能是濕陷性黃土。由于該部分回填土未按照規定要求進行回填，擋土后面布設的兩排灌注樁嵌固深度不夠，該擋墻在使用過程中墻體出現了嚴重的水平位移，局部墻面出現鼓脹。

2 擋土墻破壞情況

擋土墻后填土區域(寬度6.00 m)上覆鋼筋混凝土面層出現大量平行于擋土墻方向的裂縫，幾近貫通，裂縫寬度5 mm～20 mm，裂縫出現在離擋土墻面板1 m～2 m的范圍內，破除鋼筋混凝土面層后的探槽(0.5×1.0×6.5)顯示，擋墻后的第2排樁樁頂已向外(教學樓方向)傾斜，樁頂與后緣填土間裂縫寬度已達2 cm～4 cm。

3 擋土墻破壞原因分析

GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范[1]要求，壓實填土邊坡坡高在5 m～10 m范圍內的邊坡允許值在1∶1.75，不滿足要求時應進行專項設計與處理。

壓實填土由于破壞了土的原有結構，土的抗剪強度低，土的側壓力系數大，對支擋結構產生的水平力大，擋土墻原設計的加強柱、抗拉樁嵌入原狀土的深度淺，不能提供足夠大的水平抗力，在填土產生的水平側壓力作用下，整個支擋結構產生較大的水平與垂直方向變形，變形的后果是擋土墻后的抗拉樁、面板、壓頂梁上的鐵質欄桿向外傾倒，墻后填土不均勻下沉導致上覆鋼筋混凝土面層開裂。

4 擋土墻加固方案

教學樓后的填土邊坡高度為7.5 m，破壞后果嚴重，屬于一級永久邊坡。擋土墻后填土的抗剪強度較低，對擋土墻產生的側壓力較大，導致支擋結構變形較大，從坡頂卸載、增設錨拉結構以及對擋墻后填土的改良三種思路對擋墻進行加固，加固方案分別如下所示。

1)按照坡頂卸載(放坡)，坡腳加固的思路對原擋墻進行加固，具體方案按照坡底設寬度3.0 m，高度H=4.5 m的灰土擋墻，坡頂按1∶2放坡，坡面設臺階，見圖1。

2)通過對現有擋墻增設錨拉結構，通過錨桿把作用在擋墻后的土壓力傳到更遠的穩定土層中，同時對錨桿施加一定的預應力可以有效控制擋土墻的變形，擋土墻加固詳見圖2。

3)從改良擋土墻后填土的角度來進行加固，原擋墻后填土的抗剪強度較低，對鋼筋混凝土擋墻產生很大的側壓力，導致原支擋結構變形較大，采用水泥土樁通過對填土進行置換，形成復合地基來提高填土c(粘聚力)、φ(內摩擦角)值來提高擋土墻自身的穩定性，復合土層的抗剪強度提高公式計算如下：

tanφsp=mtanφp+(1-m)tanφs

(1)

csp=(1-m)cs+mcp

(2)

式中：φsp——復合土層內摩擦角，(°)；

m——面積置換率；

φp——樁體材料內摩擦角，(°)；

φs——樁間土內摩擦角，(°)；

csp——復合土層粘聚力，kPa；

cs——樁間土粘聚力，kPa；

cp——樁體材料粘聚力，kPa。

水泥土樁施工之前應進行水泥土樁的配合比試驗，水泥土樁的抗剪強度指標要滿足c≥290 kPa，φ≥31.5°的要求。

根據當地的經驗擋墻后填土內聚力cs=10 kPa，內摩擦角φs=10°；水泥土樁結合現場試驗結果及以往經驗可取內聚力cp=290 kPa，內摩擦角φp=31.5°加固后復合地基的內聚力要達到csp=65 kPa，內摩擦角達到φsp=15°，把上面的數值代入式(1)，式(2)可求得面積置換率m1=0.210,m2=0.196。

(3)

式中：d——樁身平均直徑，m;

de——一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑；

s——間距。

水泥土樁樁徑取d=600 mm，由式(3)求得：s1=1.158 m,s2=1.199 m，取樁間距為s=1.15 m，根據勘察報告，水泥土樁嵌固老土以下不少于1.0 m，最后水泥土樁長定位9 m，詳見圖3。

邊坡的穩定性分析模型采用瑞典條分法[2]來計算邊坡的滑動穩定安全系數：

式中：ci——第i土條在滑弧面處土的黏聚力,kPa;

φi——第i土條在滑弧面處土的內摩擦角,(°)；

li——第i土條的滑弧長度,m；

Wi——第i土條承擔的地面荷載和土條重力之和。

借助于理正巖土計算6.5版軟件[3]進行分析計算，對邊坡置換之前土體的穩定性及置換之后土體的穩定性對比計算詳見表1，表2。分析對比可得，水泥土樁置換邊坡之前滑動穩定安全系數Fs=0.413<1.35不滿足規范要求，水泥土樁置換邊坡后抗滑安全系數Fs=1.466>1.35滿足邊坡穩定安全要求。

表1 邊坡置換之前土體的穩定性計算結果

表2 邊坡置換之后土體的穩定性計算結果

5 結語

從擋墻加固的原理出發，筆者提出三種有針對性的加固方案，方案一通過加固坡腳，坡頂卸載的方法來加固邊坡，此方法的優點為經濟合理、便于施工，缺點為坡底加固和坡頂消坡(卸載)，都占用了很多的空間；方案二通過設置錨桿形成錨拉結構，通過對錨桿施加預應力來有效控制擋墻的位移，對擋墻的加固效果很明顯，缺點為在已經建造好的擋墻上施工錨桿有一定難度，屬于高空作業，對施工隊伍專業水平要求較高；方案三通過改良土層的方法來提高土體的參數，達到土體自身的穩定性。通過對土層改良的方法來加固擋墻，對現有的周圍環境影響較小，既經濟安全又便于施工，對今后類似的擋墻加固工程具有較高的借鑒價值。