某擋墻失穩原因分析及加固設計

李遠輝,陳小丹,馬 勇

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635；2.廣東省巖土工程技術研究中心，廣東 廣州 510635)

1 工程概況

某小區距河涌邊約7.6 m新建一擋墻，擋墻大致與河岸平行，順水流方向長約260 m。在擋墻墻趾處有一村道，路面高程為6.0 m，擋墻墻頂高程為8.0 m～9.0 m，并在擋墻頂布置一消防車道，寬為4.0 m。擋墻墻高為3.0～4.0 m的，為懸臂式擋墻，墻頂寬為0.25 m，底寬為2.09 m(墻趾寬為0.77 m，墻踵寬為0.93 m)，底坡為1:5。現狀河底高程為3.50 m，河岸高程為6.0 m。根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330—2013)[1]第3.2.1條及場地周邊情況，確定該邊坡工程安全等級為3級，永久邊坡一般工況邊坡穩定安全系數Fst為1.25，地震工況邊坡穩定安全系數Fst為1.05。擋墻設計斷面示意如圖1所示。

2 地質條件

根據鉆探揭露，場地地層為第四系人工填土層(Qml)、海陸交互相沉積層(Qmc)及基巖層下古生界混合花崗巖(Z)組成。第四系人工填土層以雜填土為主，次為素填土；海陸交互相沉積層(Qmc)珠江三角洲海陸交互相沉積物，以粘性土及砂土為主，包括淤泥，淤泥質粉、細砂，淤泥質土，中砂，淤泥質粉、細砂，粉質粘土，礫砂；第四系殘積層為混合花崗巖風化殘積土，約混20%石英質級配砂，包括砂質粘性土；古生界混合花崗巖為混合花崗巖，根據巖石風化程度的不同分為全風化、強風化、中風化及微風化巖。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10 g。各土層物理力學參數建議值如表1所示。

3 擋墻失穩原因分析

懸臂式擋墻澆筑完成達到設計強度后，進行墻后土方回填。其中一段擋墻墻后土方回填至墻頂高程時突然失穩，長約80 m。發生這一現象后現場立即啟動應急預案，卸載墻后回填土方，并對失穩原因進行分析，以便對未失穩的擋墻進行加固處理，防止失穩再次發生。

本次擋墻失穩原因分析從兩個方面入手，一方面復核擋墻自身抗滑穩定是否滿足要求，另一方面復核擋墻整體抗滑穩定是否滿足要求。

擋墻自身抗滑穩定計算時，基底摩擦系數取0.35，墻后回填土粘聚力為18 kPa，內摩擦角為15°，墻頂消防車輛荷載為20 kPa，計算結果如表2所示。

擋墻整體抗滑穩定計算按邊坡穩定計算，采用理正巖土6.5PB4版進行邊坡穩定計算。計算時假定滑動面不從鋼筋混凝土擋墻穿過，即鋼筋混凝土擋墻粘聚力及內摩擦角足夠大。計算典型斷面及各土層參數如圖2所示，計算結果如表2及圖3所示。

圖3 滑動面位置示意(單位：高程m，尺寸mm)

在進行現場查勘時，發現擋墻失穩部位河涌中有一處河涌底略高于水面，現場情況如圖4所示。

從表2及表3計算結果可知，擋墻自身抗滑穩定安全系數大于1.0，且滿足規范要求，擋墻自身是穩定的；邊坡穩定安全系數小于1.0，邊坡處于滑動狀態，擋墻整體失穩。根據圖4，滑動面出口位置在河涌底，這與現場河涌底隆起情況是相符的。從多個方面論證分析結論是一致的，即擋墻失穩是深層滑動造成的。表面上直接看到了擋墻變形過大，擋墻失穩，究其內因是擋墻底部存在軟土層，抗剪強度低造成深層滑動所致。因此加固處理所要針對的問題在于深層滑動，關鍵在于軟土層的處理。

4 加固方案設計

4.1 加固方案選擇與設計

軟土地基加固處理的方法有很多，按加固的原理可分為置換、擠密、排水和加筋等幾類，主要包括換填法、排水固結法、灰土擠密法、CFG樁法、混凝土預制樁法、靜壓注漿法、高壓噴旋噴樁法、水泥攪拌樁法等[2]。但本次加固是需要在上部主體結構及周邊建筑物主體結構完成的情況下進行，受到外部條件的約束且施工工期短，可選擇的加固處理方案不多。結合現場實際情況，綜合考慮，本次加固方案推薦采用高壓旋噴樁處理方案。

地基處理采用Φ600旋噴樁，擋墻底板范圍為矩形布置，間距1.3 m×1.0 m，樁端入中粗砂層不小于1.0 m，樁長18.33～20.45 m。擋墻外為長短樁正方形布置，間距1.3 m×1.3 m。短樁樁長應不小于最危險滑動面以下2.0 的深度[3]且須處理完整個淤泥層，樁長8.0～10.33 m；長樁樁端置于中粗砂層頂部，樁長17.33～19.46 m。旋噴樁布置如圖5～6所示。

旋噴樁采用雙管法施工，采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量不少于36%(重量比)且每延米旋噴樁水泥用量不少于200 kg。

4.2 加固后擋墻深層抗滑穩定計算

加固后復合土體粘聚力、內摩擦角按下列公式[4]計算。

Cc=Cs(1-m)+mCp

(1)

tanφc=tanφs(1-m)+mtanφp

(2)

式中Cc為加固后土體凝聚力,kPa；φc為加固后土體內摩擦角,°；m為置換率，擋墻底板下為0.27，短樁范圍為0.167，短樁與長樁之間范圍為0.084；Cp為樁體粘聚力,kPa，取200 kPa；φp為樁體內摩擦角,°，取25°。

計算成果如表4所示，加固后各土層參數如表5所示。

從表4可以看出，經過加固后，擋墻整體抗滑穩定滿足規范要求，由此可見加固方案是滿足要求的。

5 工程實施情況

2019年7月開始旋噴樁的實施，旋噴樁施工完成后，對旋噴樁進行鉆孔取芯檢測，抽檢數量為總樁數的10%。根據現場取芯情況，旋噴樁成樁質量總體情況較好，芯樣抗壓強度2.6～3.2 MPa，滿足設計要求。待現場檢測完成后進行墻后土方回填，于2019年10月回填至墻頂高程。根據施工以來現場監測數據，擋墻頂部沉降量在11 mm以內，擋墻頂部水平位移在16 mm以內，沉降量及水平位移未發現增大的趨勢，基本達到設計要求。

6 結語

1) 通過工程地質勘察和計算分析并結合現場情況找到了擋墻失穩原因是擋墻地基下的軟土層造成的，針對地基軟土層采取了合理可行的加固措施，達到了預期效果。

2) 加固方案針對不同建筑物對承載力及變形的要求不同，采用長短樁布置，既滿足安全需要又可節省工程投資。

3) 在進行擋墻設計時不僅要關注擋墻自身的穩定，還應關注擋墻邊坡整體抗滑穩定，尤其遇到擋墻底部存在軟土層的情況。

4) 本工程竣工到現在僅運用3個月的時間，地基軟土變形需要較長時間才能趨于穩定，應加強監測，不應臨時堆放超重荷載。