某挡土墙险情分析及排危加固方案探讨

胡清，胡劲，杨咏梅，胡先忠

（1重庆公用事业建设有限公司 重庆 4011202重庆市市政委路桥收费管理处重庆 400023 3重庆市瑞丰建筑勘察设计有限责任公司 重庆 400020）

1 引言

碧南河由北向南流经重庆市某县城，长度超过1km。河床平均宽36.6m，城内高程为277.0m～283.0m，常年水位线为275.0m，最低 （河心）水位线为270.9m，防洪警戒水位线为277.5m（县志记载）。1976年至1986年，在河两岸修建了总长2712m的防洪挡土墙。为使璧南河水清污分流，1999年在河两岸紧靠挡土墙外立面修建了总长约2610m排污混凝土箱涵（宽1.9m，高2.2m）。2006年在河两岸上通长敷设排污管道（管埋设于挡土墙背后填土内，管径700～900mm，埋深在地表下3m左右）。2007年遇特大洪灾后，2008年政府投巨资整治璧南河，河道清淤后期挡土墙出现开裂甚至垮塌等险情，为此引起社会广泛关注。

2 挡土墙险情分析

2.1 河道水文资料简析

主河径流长21.5km，集雨面积151.3km2，由北向南流经县城内的和平桥（两跨混凝土板桥）、小东门桥（空腹石拱桥）、彩虹人行桥（提栏桥）、大东门桥（混凝土勒拱桥）、文鼻嘴堰、文星桥（混凝土勒拱桥）和文风桥（5孔石拱桥），河道宽26m～47m。洪灾频发，近代发生的较大洪灾见表1。

表1 近代小东门处洪水位（m）统计表

河道的流量分别按明渠均匀流的谢才—曼宁公式 {Q=A R2/3i1/2/n}、淹没式实用堰流量公式{Q=εσsmb（2g）1/2H03/2}和小桥淹没出流流量公式{Q=εmbh[2g（H0-h）]1/2}估算。河道的底坡i=1/741（朱家桥至文风桥距离4450m，高差6m），计算公式、符号和参数见水力学[1]。估算结果见表2。

表2 流量估算表 (注：按小东门警戒水位277.50m计)

由表2可知，文鼻嘴堰和文风桥的泄洪能力最低，泄洪量仅为最窄河道的16﹪～24﹪，其次是桥的泄洪量为最窄河道的38﹪～73﹪，因此河道上的桥堰是阻碍泄洪的主要因素。故改建文风桥和拆除文鼻嘴堰是完全必要的。箱涵对河道的泄洪能力影响仅9%～15%，且洪水位越高，它的影响力就越低，拆除与否应权衡利弊认真对待。

2.2 河道整治

2008年，政府投巨资2.38亿元整治璧南河，改建文风桥为人行混凝土拱桥，拆除了文鼻嘴堰和排污混凝土箱涵，清除河道淤泥10多万立方米，疏通了河道，提高了泄洪能力，降低了洪水对县城的威胁。由于河道清淤时未对挡土墙采取保护措施，工程还未结束时，两岸挡土墙出现多处险情（挡土墙外倾、下沉、开裂），2009年3月西岸彩虹桥下游一段约40m长的挡土墙垮塌。因此停止了清淤作业，并用袋装土石方堆砌在挡土墙的基脚(墙趾)处，保护因清淤作业而外露的挡土墙基脚和地基，使险情得到一定控制。

原自然河床断面呈V字型，修建防洪挡土墙后，河床断面呈U字型，而清淤后河床断面呈 П 型，这样就将原保护挡土墙基础（墙趾）上的覆土和排污混凝土箱涵清除了，使墙趾裸露甚至悬空，挡土墙处于极不利的受力状态，见图1所示。

图1 挡土墙平均断面

2.3 勘察资料统计分析

为查明挡土墙的现状，于2009年初对2561m长的挡土墙进行了勘察（120个钻孔），结果详见表3。

表3 挡土墙勘察钻孔统计分析表（单位：m，新河床平均高程：271.11m）

由表3可知，混凝土箱涵基底比挡土墙基底平均高1.38m。挡土墙总高为3.75m～11.8m，平均总高7.22m。墙基持力层60%为土质地基，40%为岩石地基。基底下持力土层厚0～5.40m，平均厚1.22m。基础底面介于新河床线下3.20m至线上3.95 m之间，平均高于新河床线0.67m，即基础外立面处于裸露且悬空状态。详见图1。

2.4 挡土墙受力分析

2.4.1 挡土墙的设计施工

原河床断面呈V字型，岸边为砂石土河漫滩，也有岩石出露，高低不一。原挡土墙按墙肩绿化带宽8m，人行道宽4m，不作行车考虑（建成后有部分通车）。挡土墙断面尺寸是按照80年代的设计规范进行设计的，选用直立重力式条石挡土墙，详见图1。

直立重力式条石挡土墙的设计断面为：墙顶宽0.6m，墙面坡1∶0.2，墙趾水平外伸0.3m，墙趾高0.9m～2.5m，墙身用M5水泥砂浆和MU20条石砌筑。墙基按原地貌就势置于已经固结稳定的老填土或岩基上，除了高于常水位的岩基外，其余基础（墙趾）均有1m左右的埋置深度，详见图1。根据挡土墙后填土的内摩擦角Φ=350，基底摩擦系数μ=0.3～0.5，均布荷载q=3.5kN/㎡，按当时的规范计算分析[2]或查挡土墙标准图集[3]、[4]，当持力土层分别为土和岩石时，该挡土墙总高6m和7m以内时是安全的。理论上大于此高度时挡土墙的安全度不足并处于极限平衡状态，事实上由于计算假设和参数与实际有一定的出入，故其计算结果不一定符合实际。

建挡土墙后原V字型河床变成了U字型，河床中心高程271.5m左右，河床边高程273.0m左右，多数挡土墙在河床以上的高度仅6m左右，与设计吻合。有个别高8m左右的挡土墙，其裸露部分也只有7m左右，基础埋深达数米，多数置于岩基上，此时基础埋深1m以下部可视为换土地基，挡土墙的计算总高就从换土地基以上计起，挡土墙总高就降低了。实际上土的物理力学指标是变化的，也难以准确取值，因此借鉴已有的工程实践很有必要。

1986年挡土墙建成后，1992年洪水冲刷掉了文鼻嘴堰两岸边挡土墙的土质地基，致使挡土墙垮塌，此后直至1999年挡土墙经过多次洪灾考验均安然无恙，由此见证了原挡土墙基本上是安全的（该时期内没有建排污混凝土箱涵）。

2.4.2 排污混凝土箱涵

1999年在河两岸紧靠挡土墙外立面修建了排污用的混凝土箱涵（大部分为钢筋混凝土桩基，少量为天然土石地基），混凝土箱涵宽1.9m，高2.2m，壁厚0.2m，混凝土箱涵底高程273.16m左右，混凝土箱涵顶高程275.36m左右，混凝土箱涵上部只有高3.64m左右挡土墙出露于外，混凝土箱涵基底比挡土墙基底平均高1.38m。混凝土箱涵客观上保护了墙身下部和基础，增加了挡土墙抗滑移和抗倾覆的能力，遭遇2007年的特大洪灾挡土墙却无一毁损，混凝土箱涵是有作用的，见图1。

2.4.3 挡土墙肩上排污管道

2006年在河两岸上通长敷设排污管道（管埋于挡土墙背填土内，管径700～900mm，埋深于地表下3m左右）。管道敷设开挖扰动了已经固结的墙后填土，有些回填不实的土后期沉降较大，使部分路面下沉开裂，进而拉坏地下管道产生渗漏，降低了土的内摩擦角和粘聚力，增加了土的容重，致使土压力变大。如彩虹桥西桥头的挡土墙垮塌和其他险情就与此有关。

2.4.4 河床清淤

2008年河床清淤后，使河床断面由U字型变成了 П 型，正如勘察报告所描述的那样，清淤铲除保护挡土墙基础的覆土和混凝土箱涵，使墙趾外立面处于裸露并处于悬空状态，违反了 《建筑地基基础设计规范》关于挡土墙基础最低埋置深度（土质地基埋深≥0.5m，岩质地基埋深≥0.3m）的规定。清淤后挡土墙基底平均高程比新河床高程高出0.67m，新河床线岸边的高程比原混凝土箱涵底高程还低2.05m，即挡土墙基础裸露并处于悬空状态，持力土层无侧限受压剪切失稳，导致挡土墙产生了险情。

彩虹桥西桥头下游西K0+450～490有40m挡土墙开裂垮塌，该段挡土墙总高仅6m，基础下持力土层厚3.2m，清淤后基础完全裸露并悬空1.7m左右，使持力土层无侧限受压剪切破坏失稳，导致挡土墙开裂直至垮塌，见图2。其余还有247m长的挡土墙也出现了不同程度的险情。

图2 垮塌段挡土墙

3 排危加固方案建议

经分析，挡土墙出现险情的主要原因是基础裸露和持力土层遭破坏所致，故只要基础和持力土层加固了，其险情就可得到控制和排除，为此提出以下排危加固方案供参考。因原挡土墙的设计未考虑行车，故应禁止重型车辆通行，以保安全。除了已经垮塌或险情极严重不能保的挡土墙拆除重建外，其余可按下述方案进行排危加固。

3.1 堆土护基

用袋装土石方堆砌在挡土墙的基脚(墙趾)处，保护裸露的地基和基脚，堆砌至高程273.50m左右为宜，挡土墙墙身仅出露5～6m左右，如此挡土墙是安全的。本方案适合多数地段，简单易行，投资较省，也有实践经验。但要注意堆土在枯水期可能外露的美观问题和遇洪水堆土又可能被冲毁的可能，因此堆土必须美化和牢固。

3.2 锚杆喷射混凝土

墙基置于岩石地基上，且岩石地基表面高于河床较多的挡土墙，建议采用锚杆喷射混凝土支护技术，加固岩石地基和挡土墙。东岸：和平桥上游东K0+80～175段、彩虹桥下游东K0+705～759段、大东门桥至文鼻嘴堰间东K0+905～1045段、文风桥上游东K0+1325～1382段，西岸：和平桥下游西K0+60～108段较适宜用本法进行加固处理。本方案方便可行，较为经济。

3.3 钢筋混凝土墙板

墙基裸露，埋深低于河床的土石地基，可采用钢筋混凝土墙板对墙基和地基进行帷幕封闭加固，墙板顶面至高程273.50m左右，底面埋深应不小于河床线下0.6m，基础采用钢筋混凝土桩基或可靠的天然地基。此方案施工难度较大，耗资较多，但可靠度较高。方案见图3所示。

图3 加固示意图

3.4 П型刚架

П型刚架的内柱插于墙背填土内，外柱用凸榫锚于墙面上，上横梁与内外柱刚性联接。本法适于挡土墙的下部和基础完好可靠，挡土墙的上部有外倾时采用，是经济可行的。

4 结语

挡土墙是涉及土力学、水力学、砖石、混凝土等多学科领域的综合学科，无论设计、施工、处理均应有十分严谨科学的态度。本挡土墙是上世纪80年代的作品，受当时经济技术条件的限制，挡土墙的设计施工有一定的局限性。整治河道必须要考虑河道两岸挡土墙等建（构）筑物的现状，应事先查勘，对原有挡土墙应有加固保护的预案，针对影响河道泄洪的主要障碍（如文鼻嘴堰和文风桥），优化河床清淤方案。经测算，混凝土箱涵对河道的泄洪能力影响仅9%～15%，且洪水位越高影响力越小。当泄洪断面相等时，采用接近最优的半圆形断面，而不采用矩形断面(П 型)，保留混凝土箱涵或仅拆除混凝土箱涵本体，不向下深挖就不会损伤挡土墙基脚护土，就能避免挡土墙产生险情和不良的社会影响。近年来，因土石方无序施工造成相邻建（构）筑物毁损的事例不少，应当引以为戒，特别是决策者更应注意。

[1]柯葵，朱立明，李嵘.水力学[M].上海:同济大学出版社，2000.

[2]周汉荣，赵明华.土力学地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社，1997.

[3]中国建筑标准设计研究院.挡土墙04J008(重力式衡重式 悬臂式)[M].中国计划出版社，2006.

[4]长沙有色冶金设计研究院.重力式挡土墙(一般地区)95SJ008(一)[M].中国建筑标准设计研究所出版社，1996.