擋土墻墻后回填土對(duì)擋土墻的影響探討

范 偉，楊衛(wèi)星，吳立鵬，陳建斌

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023）

0 引言

擋土墻是指支承路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩(wěn)的構(gòu)造物。隨著城市化的快速發(fā)展，城市建設(shè)在道路邊坡、河道護(hù)岸和橋梁橋臺(tái)等方面都大量應(yīng)用擋土墻。然而，擋土墻滑塌事故時(shí)有所見，究其原因墻后填土好壞對(duì)擋土墻的強(qiáng)度及穩(wěn)定與否起著至關(guān)重要的作用。本文以武漢地區(qū)某渠道鋼筋混凝土懸臂式擋土墻為例，探討了擋土墻墻后回填土的質(zhì)量對(duì)擋土墻強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響。

1 工程概況

某渠道擋土墻墻凈高3m，基礎(chǔ)埋深0.8m，墻厚0.35m，基礎(chǔ)底寬3.5m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)。墻后為寬4m馬道及高2m一級(jí)邊坡，邊坡坡比為1∶3。擋土墻橫斷面見圖1。

圖1 擋土墻橫斷面（單位：mm）

該擋土墻采用大開挖方式施工。針對(duì)墻后需要回填土，設(shè)計(jì)文件中要求擋土墻墻背不得采用含淤泥、植物根莖、雜草等雜物回填，應(yīng)選擇透水性強(qiáng)的填料，且待墻體混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%以后方可分層填筑夯實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)不小于95%。

實(shí)際工程施工完成后在擋土墻位移監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)一段擋土墻水平位移較大，初步分析墻后填土施工質(zhì)量好壞是問題關(guān)鍵。為深入了解擋土墻墻后填土狀況，進(jìn)一步驗(yàn)證擋土墻水平位移的影響因素，擬通過室內(nèi)外試驗(yàn)手段以及經(jīng)驗(yàn)推算相結(jié)合的方式，測(cè)求擋土墻墻后填料的密實(shí)度與強(qiáng)度參數(shù)之間的關(guān)系。

2 擋土墻墻后回填土分析方法

（1）選擇有代表性標(biāo)段的擋土墻，對(duì)墻后填料進(jìn)行原位靜力觸探，觸探深度為馬道以下4m，試驗(yàn)點(diǎn)位置分別用試1、試2和試3表示。其中：試1處擋土墻墻頂部有一定變形，約1 cm，墻體未產(chǎn)生滑移現(xiàn)象；試2處發(fā)生滑移，滑移量50 cm以上；試3處未發(fā)生任何滑移或變形情況。

（2）采用坑探和輕型洛陽鏟鉆探的方式，查明上述標(biāo)段擋土墻墻后填料的主要成分和分布狀態(tài)，并對(duì)填料取環(huán)刀樣，以測(cè)試原狀樣的天然密度、天然含水率。取樣深度控制在馬道以下2.5m。

（3）取上述位置墻后填料擾動(dòng)樣，進(jìn)行液塑限以及室內(nèi)輕型擊實(shí)試驗(yàn)，以測(cè)求填料的最佳含水率和干密度，并以此為依據(jù)，計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)擋土墻墻后回填土的壓實(shí)度。

（4）根據(jù)原位靜力觸探結(jié)果，推算墻后回填料強(qiáng)度指標(biāo)和綜合內(nèi)摩擦角，以此建立填料強(qiáng)度和壓實(shí)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 擋土墻墻后回填土試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)填料取樣描述

試1和試3處墻后填料為（1-3）新近填土，主要由黏性土構(gòu)成，呈黃色（見圖2）。試2處墻后填料主要由建筑垃圾和淤泥質(zhì)黏土構(gòu)成，并夾有大量碎石和磚塊，密實(shí)度較差，呈松散狀（見圖3）。

圖2 試1和試3處土樣

圖3 試2處土樣

3.2 墻后填料室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)（輕型擊實(shí)）

試1處墻后填料擊實(shí)曲線見圖4；試3處墻后填料擊實(shí)曲線見圖5；試1、試3處擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表1；墻后填料基本物理參數(shù)見表2。

圖4 試1處墻后填料擊實(shí)曲線

圖5 試3處墻后填料擊實(shí)曲線

表1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

表2 墻后填料基本物理參數(shù)表

根據(jù)表2可知，試1處和試3處擋土墻墻后填料的天然含水率為27.2%～34.3%，壓實(shí)度為83%～92%，平均壓實(shí)度為86%～87%，略小于設(shè)計(jì)壓實(shí)度95%。從以上2處擋土墻情況來看，擋土墻運(yùn)行情況良好；試2處擋土墻墻后填料天然含水率為44.4%，壓實(shí)度為74%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壓實(shí)度95%。

3.3 墻后填料強(qiáng)度指標(biāo)分析

根據(jù)原位靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果，2.8m以上比貫入阻力Ps值為 0.55～0.60 MPa，2.8 m以下Ps值為 0.80～0.90MPa。

根據(jù)《鐵路路基支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（T B 10025—2006）中第4.2.5條文說明，綜合考慮本次現(xiàn)場(chǎng)原位靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果，采用式（1）推算墻后填料等效綜合內(nèi)摩擦角φ0。推算強(qiáng)度參數(shù)見表3。

式中：φ為土的內(nèi)摩擦角，(°)；c為土的黏聚力，kPa；γ 為土的容重，kN/m3；H為擋土墻高度，m。

表3 推算強(qiáng)度參數(shù)

根據(jù)上述等效綜合內(nèi)摩擦角計(jì)算擋土墻抗滑：試1、試3處計(jì)算得出抗滑系數(shù)kc=1.7，立墻最大彎矩M=121 kN·m，裂縫寬度w=0.10 mm；試2處計(jì)算得出抗滑系數(shù)kc=1.1，立墻最大彎矩M=185 kN·m，裂縫寬度w=0.24mm。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，墻后回填土壓實(shí)度（輕型擊實(shí)）為74%～92%，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的平均值分別為87%、74%和86%，低于設(shè)計(jì)要求的95%，這表明施工中，填土壓實(shí)度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求。

（2）墻后回填土料和回填質(zhì)量不同，擋土墻運(yùn)行情況有較大差異。試1和試3處擋土墻墻后回填土壓實(shí)度均值分別為87%和86%，回填料為黃色黏土，擋土墻未進(jìn)一步發(fā)生變形、傾斜或位移現(xiàn)象，運(yùn)行情況良好；而試2處擋土墻墻后回填土壓實(shí)度僅為74%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求，回填料為雜填土和淤泥質(zhì)土，在墻后回填到位后立即發(fā)生墻體滑移和開裂現(xiàn)象，在及時(shí)進(jìn)行墻前回填反壓后才能穩(wěn)定。

（3）根據(jù)強(qiáng)度指標(biāo)推算的回填土等效綜合內(nèi)摩擦角φ0的驗(yàn)算情況來看，當(dāng) φ0=27°時(shí)，擋土墻在無水工況條件下墻體的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和裂縫寬度均滿足規(guī)范要求；當(dāng) φ0=13°時(shí)，擋土墻在無水工況條件下墻體的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范要求的安全系數(shù)，實(shí)際墻體受力超出設(shè)計(jì)強(qiáng)度，必然發(fā)生擋土墻滑移、墻體變形乃至發(fā)生斷裂。這與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況非常吻合。

（4）擋土墻墻后回填土的質(zhì)量對(duì)擋墻強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響很大，在工程設(shè)計(jì)及施工過程中應(yīng)特別注意對(duì)回填土的成分及壓實(shí)度進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能保證擋土墻的安全穩(wěn)定。