既有擋墻破壞分析及加固處理

劉興旺

云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650228

1 項(xiàng)目概況

某擋墻為移民安置點(diǎn)內(nèi)配套市政基礎(chǔ)設(shè)施工程，于2006年4月通過(guò)相關(guān)部門實(shí)地驗(yàn)收。該擋墻使用約10年后距地面0.5m處出現(xiàn)了長(zhǎng)約2m的細(xì)微水平裂縫，后受強(qiáng)降雨影響，裂縫進(jìn)一步加大，擋墻發(fā)生微小錯(cuò)位。相關(guān)部門委托某設(shè)計(jì)單位進(jìn)行擋墻加固設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案擬在現(xiàn)狀擋墻前方新建一道衡重式擋墻。準(zhǔn)備實(shí)施時(shí)發(fā)現(xiàn)原擋土墻裂縫明顯變寬，裂縫長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的十余倍，在破裂處出現(xiàn)了明顯外突。為確保安全，業(yè)主決定重新對(duì)該擋墻進(jìn)行專項(xiàng)地質(zhì)勘察及全面診斷分析，并調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

現(xiàn)狀擋墻位于安置點(diǎn)下方的坡角處，整體由西南向東北延伸，長(zhǎng)76.5m，擋墻出露地面最高處為6.5m，最低處為4.5m。擋墻下部及基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部為漿砌塊石結(jié)構(gòu)，屬于重力式擋土墻。現(xiàn)狀擋墻距地面0.5m處出現(xiàn)了由西向東的一條長(zhǎng)23.2m的逐漸變窄的裂縫，裂縫最窄處約0.5cm，最寬處約3cm。該擋墻局部地段所受壓力過(guò)大，墻面發(fā)生破裂外突，最明顯的突出在擋墻由西向東4.8m處，該處裂縫往外突出約4cm。

2 破壞原因定性分析

2.1 自然因素

該擋墻位于集鎮(zhèn)西南側(cè)斜坡中部，北東—南西向山脊右側(cè)一坡體上，斜坡前緣臨空面較高、陡，中后部是平緩的微地貌，相對(duì)高差約21m。坡體坡度總體地勢(shì)上緩、中部及下部較陡，約30～40°，局部近直立。

該擋墻所在地區(qū)降水量較為豐沛，擋墻周圍沒(méi)有排水系統(tǒng)，且周邊植被較少，降雨得不到有效的收集與統(tǒng)一排放，雨水下滲至填土與殘破積黏土層形成徑流，擋墻的泄水孔基本被堵塞，雨水滯留于土體內(nèi)，軟化了接觸面[1-3]。

2.2 人為因素

移民安置開(kāi)挖山體后堆填了大量棄土，土體較為松散，在受強(qiáng)降雨后逐漸飽和，一方面增加了土體容重和孔隙水壓力，另一方面雨水下滲至填土和原地面的接觸面，降低了接觸面土體的抗剪強(qiáng)度，形成軟弱面。邊坡失穩(wěn)形成的滑坡推力直接作用于擋墻上，滑坡推力水平分力超過(guò)擋墻抗剪強(qiáng)度，造成擋墻剪切破壞。

該擋墻上方斜坡有村民住房，房屋均為4～5層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有部分加蓋現(xiàn)象，這對(duì)地基的極限承載力造成了額外的負(fù)荷。此外，村民的生活用水基本上是排在擋土墻周圍，并且沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一收集管理，對(duì)擋土墻周邊的巖土穩(wěn)定性造成了不利影響。

3 破壞原因定量分析

3.1 滑坡模式的確定

根據(jù)專項(xiàng)勘察及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析可知，該擋墻不同地段遭到了不同程度的破壞，外沿緣剪出口明顯，滑體處于擠壓變形狀態(tài)，后緣變形跡象不明顯，現(xiàn)狀條件下，坡體整體處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過(guò)分析滑體結(jié)構(gòu)特征，判斷其變形破壞模式為上覆松散體沿巖土接觸界面產(chǎn)生的折線形滑動(dòng)。計(jì)算模型主要根據(jù)各剖面勘察資料，結(jié)合地質(zhì)條件和滑坡變形破壞特征確定滑坡最不利的滑動(dòng)面，在滑坡變形體的主滑方向上實(shí)測(cè)剖面進(jìn)行計(jì)算。

3.2 坡體穩(wěn)定計(jì)算

采用考慮地震作用、滲透壓力及孔隙水壓力的穩(wěn)定性計(jì)算公式[4-5]進(jìn)行計(jì)算，滑坡推力按傳遞系數(shù)法計(jì)算。該坡體已有明顯的滑動(dòng)跡象，其穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)c、φ的選取采用權(quán)重取值的方法，即采用試驗(yàn)值、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值和滑坡現(xiàn)狀為蠕動(dòng)變形階段的反演計(jì)算值進(jìn)行權(quán)重取值[6-7]。c、φ反演分析計(jì)算公式如下：

式中：WRi為阻滑段滑體的重力，kN；Wci為下滑段滑體的重力，kN；αRj為阻滑段的滑面傾角，°；αcj為下滑段的滑面傾角，°；ci為第i條塊內(nèi)聚力，kPa；LRi為阻滑段的滑面長(zhǎng)度，m；Lci為下滑段的滑面長(zhǎng)度，m。

穩(wěn)定系數(shù)K根據(jù)下列情況確定：若滑坡體處于整體暫時(shí)穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)，K=1.00～1.05；若滑坡體處于整體變形～滑動(dòng)狀態(tài)，K=0.95～1.00。根據(jù)滑坡發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程及現(xiàn)狀以及c、φ反演分析方法，取K=1.02反演計(jì)算c、φ。根據(jù)反演計(jì)算值、試驗(yàn)值及該地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值，經(jīng)對(duì)比分析，最后綜合確定該滑坡潛在滑面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)如表1所示。

表1 滑面參數(shù)表

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

按照滑坡防治工程等級(jí)三級(jí)的劃分，其安全系數(shù)的選取如下：工況Ⅰ（天然工況）為1.10～1.20，工況Ⅱ（暴雨工況）為1.02～1.05，工況Ⅲ（暴雨+地震工況）為1.02～1.05。由于該滑坡體靠集鎮(zhèn)區(qū)，且坡體上方房屋密集，一旦發(fā)生滑動(dòng)將嚴(yán)重威脅坡體上方居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，此次針對(duì)防治工程的設(shè)防安全系數(shù)將采用相對(duì)較大的《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）[8]中表5.3.2中推薦的安全系數(shù)，按照二級(jí)邊坡安全工程等級(jí)。此次防治工程設(shè)防安全系數(shù)的選取如下：工況Ⅰ（自重+地下水）為1.30，工況Ⅱ（自重+暴雨）為1.15，工況Ⅲ（自重+地震）為1.05。

根據(jù)地勘報(bào)告提供的3個(gè)斷面逐個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 坡體穩(wěn)定性計(jì)算匯總表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，坡體在天然工況條件下整體上處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況及暴雨+地震工況條件下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 加固處理方案

根據(jù)定性及定量分析結(jié)果，在深入分析該邊坡的形態(tài)特征、活動(dòng)性狀、危險(xiǎn)性、發(fā)展趨勢(shì)、影響因素、危害特征等的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)施條件決定采用“支擋加固+抗滑錨索+回填反壓+排水措施”綜合處理方案。

（1）支擋加固工程。因?yàn)樵撨吰聯(lián)鯄δ壳耙烟幱跇O限平衡狀態(tài)，多種因素尤其是降雨作用下隨時(shí)可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞，且墻后建筑與擋墻距離較近，所以墻后挖土卸載方案無(wú)法實(shí)施，且也不能開(kāi)挖墻前土體，以防止支擋防護(hù)發(fā)揮作用前擋墻垮塌，導(dǎo)致工程失敗。項(xiàng)目的實(shí)施條件對(duì)設(shè)計(jì)方案提出了新的要求，經(jīng)綜合比較考慮后決定采用墻前間隔設(shè)置扶壁方案，在扶壁遠(yuǎn)離擋墻的端部設(shè)置微型鋼管樁群，在群樁頂部澆筑承臺(tái)用來(lái)支撐扶壁，以扶壁、承臺(tái)、微型樁群組成的支擋結(jié)構(gòu)體系來(lái)抵抗剩余下滑力。微型樁采用地質(zhì)鉆引孔，加之微型樁設(shè)置得離擋墻較遠(yuǎn)，從而可以保證施工不會(huì)對(duì)既有擋墻產(chǎn)生不利影響。

（2）抗滑錨索工程。在扶壁、承臺(tái)、微型樁群組成的支擋結(jié)構(gòu)體系施工完成后，在擋墻頂與坡頂房屋之間的斜坡區(qū)域設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，穿過(guò)滑動(dòng)面，對(duì)滑動(dòng)面提供正應(yīng)力，從而增大抗滑力。

（3）回填反壓。在墻前扶壁之間區(qū)域回填透水性材料，并壓實(shí)，從而對(duì)擋墻臨空面提供反壓力，進(jìn)一步提高擋墻的安全性。

（4）排水措施。一是疏通現(xiàn)有擋墻泄水孔，使墻后土體中的水能盡快排出；二是修建截水溝、排水溝將地表散排至擋墻坡面的水引排至天然水系內(nèi)。

目前工程已經(jīng)竣工，經(jīng)過(guò)了一個(gè)雨季，從監(jiān)測(cè)資料來(lái)看，坡體及擋墻未再產(chǎn)生新的位移，擋墻裂縫未再產(chǎn)生，坡體及擋墻均處于穩(wěn)定狀態(tài)，加固處理方案取得了預(yù)期效果。