老舊擋土墻破壞類型及治理實例探析

林 樞

(福建省地質(zhì)工程勘察院 福建福州 350002)

0 引言

重力式擋土墻，是依靠墻體自身重力抵抗土體側(cè)壓力使邊坡保持穩(wěn)定的支護結(jié)構(gòu)。由于其取材方便，施工簡單，是我國常用的一種支護結(jié)構(gòu)。在上個世紀(jì)，福州市區(qū)內(nèi)需要削坡支護的區(qū)域，幾乎都采用重力式擋土墻進行支護，其墻身一般為干砌或漿砌塊石，形狀一般做成簡單的梯形，高度大部分在8 m以下。隨著時代發(fā)展，因地質(zhì)環(huán)境因素影響或各種不利的外力作用，一些老舊擋土墻開始顯現(xiàn)失穩(wěn)破壞的跡象。如墻身鼓脹開裂、砌體局部掉塊、甚至整體倒塌等，說明擋土墻存在有安全隱患，需及時進行加固治理或者翻新重建。

1 市區(qū)老舊擋土墻常見破壞類型

筆者對福州市區(qū)內(nèi)老舊擋土墻出現(xiàn)的破壞跡象進行了調(diào)查，總結(jié)出3種主要破壞類型：土壓力作用破壞、地基沉降變形破壞、植物根系劈裂破壞。

1.1 土壓力作用破壞

在外觀上，主要表現(xiàn)為墻身鼓脹拱起，鼓脹位置主要在墻身中下部，這是因為墻后土壓力的合力位于此部位所致。導(dǎo)致此類破壞的主要原因有：a.墻體本身設(shè)計施工質(zhì)量問題，早期修建擋土墻由于缺失設(shè)計經(jīng)驗，實施的墻身尺寸偏小或擋土墻施工中塊石壘砌不合格，導(dǎo)致墻體無法攔擋土壓力；b.墻身排水不暢或生活用水長期滲漏，導(dǎo)致墻后土體軟化，土壓力增大，甚至導(dǎo)致?lián)跬翂ν蝗坏顾籧.后期墻頂?shù)孛嫣钔良痈撸瑢?dǎo)致墻后土壓力增加。

1.2 地基沉降變形破壞

在外觀上，擋墻墻身會出現(xiàn)“正八字形”裂縫，墻角出現(xiàn)“倒八字”形裂縫，此類裂縫往往是上下平齊的，沒有前后錯位，但在部分實例中，由于存在土壓力共同作用，裂縫也會出現(xiàn)前后錯位現(xiàn)象。導(dǎo)致此類破壞主要原因，是修建擋土墻時，忽略對擋土墻地基的處理，導(dǎo)致部分擋土墻基礎(chǔ)落在填土上面，隨著填土密實下沉，導(dǎo)致墻身開裂。

1.3 植物根系劈裂破壞

在外觀上主要表現(xiàn)為墻頂2 m以內(nèi)區(qū)域鼓脹開裂，勾縫掉落，甚至部分石塊松動。此類大部分由墻頂喬木根系劈裂作用導(dǎo)致，喬木主要為榕樹、構(gòu)樹、毛竹、白玉蘭等。早期為了景觀綠化，人們往往在墻頂?shù)孛婵拷鼡跬翂ξ恢梅N植喬木，經(jīng)過四五十年的生長，樹木根系發(fā)達膨脹，根系擠壓附近的擋土墻，使墻身鼓脹開裂。該類破壞由于變形位置在擋墻上部，可采用移植喬木及重修上部擋土墻等措施進行治理。

2 老舊擋土墻的治理實例

對老舊擋土墻的加固治理措施，有地基及基礎(chǔ)加固、墻身加固、墻背填土置換[1]、錨桿框架加固[2]、化學(xué)灌漿，或水泥攪拌樁改善墻后填土區(qū)[3]、墻身注漿[4]等。對市區(qū)內(nèi)老舊重力式擋土墻的治理，往往會受到既有建筑物或地下管線的布置、地形地貌、地質(zhì)條件等諸多方面因素的限制，應(yīng)根據(jù)不同的破壞類型與環(huán)境條件采用不同的治理方案。現(xiàn)筆者選取四個老舊擋土墻加固實例分析介紹，并評述其方案特點和設(shè)計計算模型。

2.1 墻身錨桿框架加固

擋土墻位于某小區(qū)西側(cè)，高約6 m，厚約1.2 m，修建于1996年，為干砌塊石仰斜式重力擋土墻。擋墻面有水泥勾縫，墻面苔蘚遍布，現(xiàn)狀擋墻中部已出現(xiàn)鼓漲變形，部分勾縫脫落，最大鼓脹約8 cm，范圍寬約5 m，擋墻頂磚砌圍墻已出現(xiàn)開裂變形。跡象表明，該擋土墻區(qū)域多水潮濕，墻后土壓力變大導(dǎo)致墻體出現(xiàn)變形破壞跡象。

該實例屬于第一種破壞類型。根據(jù)勘察資料，該處擋土墻地基滿足要求，但擋土墻上方為另一小區(qū)道路，沿道路分布有自來水、電力、電信及煤氣等管道，坡體不能開挖，因此采用錨桿框架加固治理方案。錨桿穿過擋土墻，錨固于殘坡積礫質(zhì)粘性土層，外側(cè)與鋼筋混凝土框架梁連接，框架梁不僅可傳遞錨桿的力至墻體，增加墻體的穩(wěn)定性，還可把墻體緊密連接在一起，增加干砌塊石墻身的整體性；同時坡體設(shè)置深部仰斜排水管，墻頂設(shè)置輕質(zhì)鐵柵欄，如圖1～圖2所示。該方案對場地的擾動最小，且能對擋土墻進行有效加固，治理效果明顯。

圖1 錨桿框架加固剖面示意圖

圖2 加固治理后的擋土墻

該方案計算模型為邊坡穩(wěn)定性計算，計算公式采用簡化Bishop法。由于雜填土與擋土墻無法取樣得到其準(zhǔn)確的抗剪強度指標(biāo)，因此，先根據(jù)邊坡現(xiàn)狀的穩(wěn)定性，反算得到其抗剪強度，再對邊坡施加錨桿再進行穩(wěn)定性驗算，使其計算得到的穩(wěn)定系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)。

2.2 拆除重建擋土墻

擋土墻總長約75 m，高6 m～8 m，厚約1.5 m，為干砌塊石仰斜式重力擋土墻，墻腳為某老年公寓，距最近公寓樓約5.5 m，墻頂空地為某駕校訓(xùn)練場地。場地原為一處山間溝地，1998年填土造地，在溝谷橫向砌筑一道擋土墻，墻前后填土造地，由于地形為山間谷地，場地整平后，墻前填土厚度0 m～4 m不等。推測填土厚的區(qū)域擋墻基礎(chǔ)未進行有效的處理，且擋墻尺寸偏小，現(xiàn)局部擋墻中下部已出現(xiàn)鼓漲變形，鼓脹5 cm～10 cm，變形范圍寬約30 m。由于墻身為干砌塊石，未能發(fā)現(xiàn)明顯開裂裂縫，墻體已出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)破壞跡象。

該實例屬于第一種與第二種混合破壞類型。由于墻后有大量的填土，錨桿加固方案沒有理想的錨固地層，但場地有開挖放坡空間，因此采用全部拆除重建擋土墻方案。重建擋土墻采用C20毛石砼砌筑，高6 m～8 m，其中埋深1 m，厚約2.5 m，部分填土較厚區(qū)域，采用漿砌塊石換填地基，如圖3所示。

圖3 重建擋土墻剖面示意圖

該方案計算模型為重力式擋土墻的驗算，墻后土壓力計算采用庫倫土壓力法，復(fù)核墻體同時滿足抗滑移、抗傾覆及地基承載力的要求，部分地基無法滿足承載力的要求時，采用漿砌塊石換填地基。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固

擋土墻位于某小區(qū)北側(cè)，修建于2002年。該場地原為一處突出斜坡，擋土墻采用上下層砌筑，下層擋土墻坡腳為小區(qū)上坡道路，上層擋土墻坡腳距下層擋土墻3 m～5 m，不含埋深高5 m～6 m，漿砌塊石擋土墻。2015年，居民發(fā)現(xiàn)上擋墻東北側(cè)陽角處發(fā)生變形開裂，墻體下部鼓脹變形，墻身出現(xiàn)“正八字形”裂縫，墻頂?shù)孛娉霈F(xiàn)橫向裂縫，顯示該處墻體變形下沉外移，墻體結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)破壞，一旦失穩(wěn)，將直接威脅該處居民的生命財產(chǎn)安全。

該實例屬于第二種破壞類型。根據(jù)勘察及現(xiàn)場調(diào)查資料，該處填土厚7 m～10 m，推測該處上擋墻基礎(chǔ)位于填土上，擋土墻地基承載力無法滿足安全要求，因此無法采用錨桿框架進行加固；墻頂?shù)孛娣植脊芫€及建筑物，也不具備拆除重建的條件，最終治理方案采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁進行加固，不僅可以對破壞的擋土墻進行加固，還可以增加該處擋土墻的整體穩(wěn)定性。在擋土墻外側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，樁長15 m，間距3 m，樁頂設(shè)置冠梁及預(yù)應(yīng)力錨索，高度至擋土墻中部，樁身與擋土墻間設(shè)置混凝土擋板以保護錨索，樁間設(shè)置擋板，板后回填砂土并壓實，以有效傳遞抗滑樁力至墻身，如圖4所示。

圖4 錨索抗滑樁剖面示意圖

該方案計算模型為預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的計算。首先根據(jù)邊坡現(xiàn)狀的穩(wěn)定性，采用簡化Bishop法，自動搜索最危險滑裂面，反算得到素填土與擋土墻的抗剪強度，然后采用傳遞系數(shù)法，計算出設(shè)置抗滑樁位置處的樁后下滑力與樁前抗滑力。將該處計算出的剩余下滑力與庫倫土壓力大小進行比較，發(fā)現(xiàn)本例中庫倫土壓力大于剩余下滑力。最后計算庫倫土壓力作用下的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索強度同時滿足規(guī)范要求即可。

2.4 樁托擋土墻

該場地原為一處斜坡，2009年在坡腳修建擋土墻，該擋土墻地面以上高約10.5 m，厚約1.5 m～3 m，為漿砌塊石仰斜式重力擋土墻，墻后回填雜填土至標(biāo)高42.5 m，坡腳填土至標(biāo)高31.8 m，填土最厚約12 m，填土下伏地層為砂土狀強風(fēng)化花崗巖，坡頂修建有小區(qū)樓房，7層，框架結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)，距擋土墻最近的距離約5.5 m，墻頂?shù)孛嬗幸粭l污水管網(wǎng)通過。由于該處為填方區(qū)域，在使用過程中，該處地面就出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，水泥地板開裂，大量地表水匯集該處下滲坡體。且該處污水管由于地面沉降使其開裂，導(dǎo)致大量污水長期入滲坡體，使土體軟化，大大增加了墻后土壓力。2019年7月10日，直接導(dǎo)致?lián)跬翂Φ顾顾鷧^(qū)域?qū)捈s30 m，如圖5所示。所幸坡頂樓房采用樁基礎(chǔ)，在隨后監(jiān)測過程中未發(fā)現(xiàn)變形跡象。

圖5 擋土墻倒塌后的邊坡

該實例屬于第一種與第二種混合破壞類型。由于該處擋土墻已經(jīng)發(fā)生倒塌破壞，且距樓房很近，坡體土質(zhì)為雜填土，無法放坡開挖重建擋土墻。該處地層主要為雜填土，樓房區(qū)域樁基密集錨桿也無法施工。最終治理方案采用樁托擋墻形式進行治理，樁基采用雙排樁，其平面上采用品字形布置(圖6)，治理范圍向兩側(cè)未倒塌擋土墻適當(dāng)延伸3 m。在滑塌土體上直接采用人工挖孔施工樁基，人工開挖的土體堆積于下方坡腳，起反壓作用，待樁與承臺施工完畢，最后開挖坡腳土體。

圖6 樁托擋土墻剖面示意圖

該方案計算模型主要分兩部分進行計算。第一部分，復(fù)核樁頂?shù)膿跬翂?yīng)滿足抗滑移與抗傾覆要求，作用力為庫倫土壓力，樁基豎向承載力特征值應(yīng)滿足擋土墻與承臺豎向荷載的要求；第二部分，對雙排抗滑樁強度進行復(fù)核：首先根據(jù)滑塌后邊坡現(xiàn)狀的穩(wěn)定性，采用簡化Bishop法，自動搜索最危險滑裂面，反算得到雜填土的抗剪強度，然后采用傳遞系數(shù)法，計算出回填后，設(shè)置抗滑樁位置處的剩余下滑力，并與庫倫土壓力大小進行比較，發(fā)現(xiàn)本例中剩余下滑力大于庫倫土壓力。對于雙排樁抗滑樁的計算，抗滑樁平面上采用品字型布置，為了簡化計算，計算模型簡化為單排懸臂樁計算，間距取2 m，在剩余下滑力的作用下，復(fù)核抗滑樁強度滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

對老舊擋土墻的加固治理措施多種多樣，本文對前述4個擋土墻加固實例進行分析探討，目的是說明根據(jù)不同的破壞類型結(jié)合地質(zhì)條件、地形地貌及周邊環(huán)境條件，應(yīng)通過技術(shù)論證或方案比較選用，采用不同的加固治理方案。當(dāng)然其適用條件是不同的，可以單獨使用也可以聯(lián)合應(yīng)用。擋土墻加固設(shè)計，特別是市區(qū)內(nèi)的擋土墻，除了要考慮地形地貌、地質(zhì)條件、施工技術(shù)條件、場地制約條件和環(huán)境影響等，還要考慮經(jīng)濟條件如工程投資、建設(shè)工期等。