某加筋土挡墙开裂倾斜原因分析及研究

范卫琴，何丽娟，张红章，朱春笋

（1.三明学院 建筑工程学院，福建 三明 365004；2.湖北省水利水电科学研究院，湖北 武汉430070；3.重庆永固建筑科技发展有限公司，重庆404100）

某加筋土挡墙开裂倾斜原因分析及研究

范卫琴1，何丽娟2，张红章1，朱春笋3

（1.三明学院 建筑工程学院，福建 三明 365004；2.湖北省水利水电科学研究院，湖北 武汉430070；3.重庆永固建筑科技发展有限公司，重庆404100）

通过对山西晋城市某段加筋挡土墙工程进行土质、地下水、变形、垂直度的勘探与检测，并根据相关标准和计算分析，揭示挡墙开裂主要因为墙后填土不密实，从而造成填土似摩擦系数降低，减弱加筋带与土体之间的摩擦力，且土体由于本身自重固结及墙体排水不通畅引起少量外来水下渗导致墙后填土主动土压力增大，即墙体排水不畅致使填土含水率过大，从而降低了填土的内摩擦角、粘聚力及似摩擦系数，致使加筋带与土体之间产生相对变形等问题。

土工格栅；挡土墙；裂缝；倾斜

加筋土挡墙利用土体与加筋体之间的摩擦力，能改善挡墙的变形能力和稳定性，而且具有良好的经济性，在工程领域应用较为广泛，特别是作为高大挡墙［1-4］。但由于其作用机理的复杂性，以及设计施工等方面的原因，加筋土挡墙变形垮塌等病害也较为常见。因此，分析研究此类问题的破坏机理，对工程研究、设计、施工等领域具有一定的指导意义，文章将从山西晋城市某挡土墙变形病害出发，分析研究挡墙产生变形的根本原因，并提出了加固补强方法。

1　工程概况

山西晋城市某段加筋挡土墙工程，挡墙高度5～15 m，采用钢塑土工加筋带，其参数如表1［5-6］，全墙加筋体呈梅花状交错布置，垂直于墙面，呈扇形辐射状铺筑于压实平整的填土上，墙面板后设置80 cm厚碎石反滤层，挡墙分段长度不大于20 m，沉降缝宽2～3 cm，墙面设置排水缝，由面板竖缝干砌而成，间距4～6 m，缝宽不小于1 cm，除排水缝外其余部位均坐满砂浆，砂浆强度不低于M7.5。

表1　土工格栅参数表

在运营过程中，该挡土墙墙体多处出现裂缝，宽度在3～30 mm之间，主要分布于帽石及混凝土挡墙与加筋土挡墙结合缝处，导致该处面板之间的错台超过5 mm，且墙体出现明显倾斜现象，路面及地基无明显横向断裂或开裂，墙体排水不畅。

2　现场测量与试验检查结果

根据规范［7］并结合工程实际情况，现场测量与试验主要从填料性质、地形地物、地下水、土体承载能力、强度与地基变形计算参数、墙背填土的稳定性及对加筋土挡墙稳定性影响，并对变形和垂直度等指标进行了检测，分析研究造成墙体开裂倾斜破坏的真正原因。

2.1地质勘查资料

经现场调查、钻探等资料表明，工程所在地属于丘陵阶地地貌单元，地形东高西低成缓倾状，勘察深度范围内，场地内主要存在的岩土层为第四纪新近人工堆积（Q42 ml）的填土层（属于压实填土），第四纪新近人工堆积的浆砌片石基础、第四纪晚更新世冲积（Q3al）形成的粉质粘土层。主要岩土层如表2所示。根据对周边环境的调查了解结合区域地质资料，综合分析场地及其周边不存在有影响的崩塌、地面塌陷、沉降、泥石流、地面裂缝等影响场地稳定性的不良地质作用。

表2　岩土层工程土质情况表

2.2场地地下水情况

根据勘察钻孔资料显示，在钻探深度范围内未揭露有明显的地下水；考虑到该项目路基填土的特殊性，结合地形特征及所取土试样的试验数据，部分路基填土在丰水期或雨季时受外来水垂直渗透影响，局部可能会存在少量的土体裂隙水。根据场地所处地段结合规范［7］，综合判定场地的环境类型属于III类。

根据现场取土样所得的腐蚀性试验数据，如表3所示，显示场地内主要存在的土层对混凝土具有微腐蚀性影响，对混凝土中的钢筋具有微腐蚀性影响。

表3　土样的腐蚀性试验数据表

2.3人工填土的物理力学性质指标

依据规范［7］，本次勘察中地基土物理力学性质指标均以所划分的土层为单元，以单个数据为子样进行数理统计。统计过程中，岩土参数的置信水平值P按0.95考虑［8］，选用子样超过6个时，提供子样数、最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数；子样不足6个时提供子样数、最大值、最小值和平均值。人工填土的物理力学性质指标、原位测试、场地内主要土层抗剪强度分别见表4～6。经外观检查，该工程外侧面结构布置的基础、墙身、帽石及混凝土挡土墙的布置与设计基本相符，但墙身排水设施无明显排水迹象。

表4　人工填土的物理力学性质指标

表5　原位测试成果统计表

表6　场地内主要土层抗剪强度指标统计表

2.4变形监测结果

采用全站仪对该工程的变形进行检测，抽检比例为每10 m检测一个断面。结果如图1所示。通过观测该工程路面及地基无明显横向断裂或开裂可知，该工程基础无明显沉降。

图1　挡土墙变形监测结果（h为墙高）

2.5垂直度监测结果

使用全站仪测量挡土墙某一断面上下两点的坐标，每10m检测一个断面，计算出墙顶相对于墙底的南北轴线方向偏差。监测结果如表7所示。

表7　挡土墙垂直度检测结果

2.6挡土墙承载能力及稳定性验算

根据勘察结果，取有代表性的参数，见表8，运用理正岩土数值分析软件的应力分析法，在最不利组合条件下，进行挡土墙内部稳定性和外部稳定性验算。计算的结果如图2和表9所示。

表8　验算挡土墙稳定性所需参数设定

表9　外部稳定性验算分析结果

3　原因分析与研究

（1）变形、垂直度及外观检测结果表明：该工程所测断面的变形量在43.92～390.21mm之间，方向为垂直于墙面方向，变形从底部至顶部逐渐增大，顶部变形最大，面板坡度偏差超过允许偏差（+0，-0.5%）范围；监测地基无明显沉降，混凝土路面无明显断裂下沉现象，说明墙体变形以垂直挡墙向外侧膨出变形为主，地基承载力良好。

（2）根据地勘、地下水等资料，场地内填土属于压实填土，回填土料采用土质干净的黄褐色～棕红色粉质粘土分层压实回填，回填厚度约为 7～15 m左右，加筋挡土墙墙背填土整体标贯试验数据为7～14击左右，其中墙体开裂段人行道路面下5 m左右的位置，其标准贯入试验数据相比其它部分偏低，为7击左右，综合分析该部分填土在回填施工时未控制好压实系数。

图2　内部稳定性验算分析结果

（3）场地勘察范围内未发现明显的地下水赋存，从所取土样试验数据分析，压实填土其含水率（ω）介于18.2%～27.2%之间。在现状路面下4～6m的位置，其土层的含水率为26%～27%左右，属于湿类土，大于回填土料的最优含水率，对应的干密度介于1.47～1.51 g/cm3之间，小于回填土料的最大干密度［9］，且外观判断该段挡墙排水设施无明显排水迹象，说明挡墙排水系统存在堵塞等病害。

（4）图2可以看出：少数筋带结点抗拔稳定不满足要求：如4号格栅拉力设计值=15.607＞11.882 （kN）；部分筋带截面抗拉强度验算不满足要求：如16号格栅拉力设计值=28.710＞24.774（kN）。且全墙抗拔不满足要求：最小安全系数=1.321＜2.000，依据该工程现状下的参数（考虑排水不畅影响），该工程除少数筋带结点抗拔稳定性不满足安全性要求、筋带截面抗拉强度不满足安全性要求及全墙抗拔承载力不满足安全性要求外，其他均满足使用要求。

表9计算结果表明抗倾覆、抗滑移以及挡土墙下地基承载力在原设计方案下能正常工作。即如不考虑排水不畅影响，经按原设计参数进行计算，该工程安全性满足使用要求。所以，墙体填料含水量的增加，一方面导致土体施加给墙体的土压力增加，同时降低土体与加筋带的摩擦力，降低墙面板的锚固性能，引起墙体外膨及开裂。

鉴于以上原因，工程采取了预应力锚索加固技术，来弥补加筋材料抗拉力和墙体内部稳定性不足等问题，墙外采用框架格梁形式增强墙体的稳定性，同时，采取增补及疏通等方式，完善排水设施，及时排除墙体内的水分。

4　结论

（1）通过墙体顶部变形最大、地基无明显沉降的特征表明：挡墙的地基承载力足够，挡墙变形是由于墙后土体主动土压力偏大导致。

（2）部分回填土标贯试验结果表明：施工时未控制好压实系数。土体不密实导致加筋带与人工填土之间的摩擦系数（似摩擦系数）减小，加剧减弱加筋带与土体之间的摩擦力，致使加筋带与土体之间产生相对变形，从而致使墙体开裂。

（3）外观发现挡墙排水设施无明显排水迹象，说明排水系统堵塞。

（4）依据该工程现状下的参数（考虑排水不畅影响），经理正软件计算，该工程少数筋带结点抗拔稳定性不满足安全性要求；筋带截面抗拉强度不满足安全性要求；全墙抗拔承载力也不满足安全性要求。

（5）经计算，该挡墙如不考虑排水不畅影响，经按原设计参数进行计算，能满足使用要求。所以，由于该工程墙体排水不通畅，致使墙体内填土含水率过高，墙体内回填土软化，降级了土工加筋带与土体之间的摩擦，同时降低了人工填土的内摩擦角及粘聚力。

（6）该工程应采取预应力锚索加固技术，墙外采用框架格梁形式增强墙体的稳定性，同时，采取增补及疏通等方式，完善排水设施，及时排除墙体内的水分。

［1］杨明.加筋土挡墙侧向变形分析［J］.工程勘察，2001（1）：56-60.

［2］周健，谢鑫波，姜炯，等.包裹式加筋土挡墙的变形特性及影响因素研究［J］.岩石力学与工程学报，2015，34（1）：148-154.

［3］戴征杰，褚景英，陈丽丽，等.台阶式加筋挡墙验算的对比分析［J］.长江科学院院报，2014，31（3）：139-146.

［4］陈华.土工格栅加筋土挡墙力学特性试验研究［D］.北京：中国铁道科学研究院，2011.

［5］公路工程土工合成材料土工加筋带JT/T 517-2004［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［6］铁路路基支挡结构设计规范J127-2006［S］.北京：中国铁道出版社，2006.

［7］岩土工程勘察规范GB 50021-2001［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［8］建筑工程地质勘探与取样技术规程JGJ/T87-2012［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［9］建筑边坡工程技术规范GB50330-2013［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

（责任编辑：朱联九）

Analysis and Research on the Reason of Cracking and Inclination of Reinforced Retaining Wall

FAN Wei-qin1，HE Li-juan2，ZHANG Hong-zhang1，ZHU Chun-sun3

（1.Civil Engineering Institute Sanming Univrsity，Sanming 365004，China；2.Hubei Water Resources Research Institution，Wuhan 430070，China；3.Chongqing Yonggu Building Science and Technology Development Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China.）

Based on the exploration and detection of the soil，groundwater，deformation，as well as the vertical of the reinforced retaining wall in Jincheng city，Shanxi province，it was found that the reason for the cracks in the retaining wall was that the soil was not filled compactly enough behind the retaining wall，which also caused the reduction of interface coefficient of friction and all the friction between the fill and geogrids.The active earth pressure was increased because of the infiltration in ground water and the consolidation in soil.Namely，the angle of internal friction，cohesion and interface coefficient of friction were reduced by poor drainage behind retaining wall.Thus，the deformation between reinforced belt and soil emerged.

geogrids；retaining wall；cracks；inclination

U445.7

A

1673-4343（2016）02-0095-06

10.14098/j.cn35-1288/z.2016.02.015

2016-02-08

福建省中青年教师教育科研项目（JA14296，JA14294）

范卫琴，女，湖北荆门人，讲师。主要研究方向：岩土工程专业。