关于病害重力式挡土墙支挡问题修复的讨论

许 敬

(成都市建筑设计研究院，四川 成都 610015)

1 概述

重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力下的稳定，由于该种挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围配置少量钢筋，墙身材料就地取材，施工简单，施工速度快，在边坡高度不大(一般小于6 m)的情况下较为经济，所以，在工程边坡中广泛应用。然而，由于种种原因，在工程实际中，重力式挡土墙建成运营后出现了各种各样的病害，导致了一些工程隐患，甚至出现了一些工程事故。为防止重力式挡土墙病害恶化导致工程事故，采取的工程措施不外乎有两种：1)撤除原重力式挡土墙，重新设计和实施；2)对既有病害重力式挡土墙进行综合整治和修复。在工程实践中，病害重力式挡土墙由于种种原因(维持运营等)不能撤除，只能对病害重力式挡土墙支挡进行综合整治和修复。针对此问题，本文就国内目前整治措施进行了归纳和比较，以便在工程实践中，根据具体的病害以及实际条件，提出切实可行、经济合理的整治措施。

2 重力式挡土墙病害的现象

重力式挡土墙在自重的作用下，应满足：1)墙身材料在土压力和自重的作用下不发生破坏，即墙身强度验算；2)重力挡土墙基底实际应力不应大于地基承载力，即地基承载力验算；3)重力式挡土墙在土压力、自重等的作用下不发生倾覆，即抗倾覆稳定验算；4)重力式挡土墙在土压力、自重等的作用下不发生滑移，即抗滑移稳定验算。根据重力式挡土墙的受力原理，其病害的现象可归纳为以下四种：1)重力式挡土墙整体倾覆而破坏，如山西某学校操场边的重力式挡土墙[1]。2)重力式挡土墙发生滑移，墙顶上部土体沿纵向有开裂现象。此现象在工程中较为常见。3)墙身发生开裂，出现竖向裂缝，甚至折断。4)墙身材料发生胀鼓现象，甚至墙身中的一部分被土压力挤出。

3 重力式挡土墙出现病害的原因

既有重力式挡土墙出现的病害，究其原因，可以主要归纳为以下几类：

1)重力式挡土墙施工时擅自减小挡土墙断面和降低砂浆标号。

2)施工时未按设计要求做好挡土墙的泄水孔和墙背反滤层。

3)墙后填料不符合设计要求，且没有分层夯实，以及未达到设计密实度要求。

4)未按原设计要求每隔一定的距离设置变形缝。

5)施工时为抢进度，组砌方式不正确，未按施工验收规范要求施工，存在砂窝、孔洞、干粘缝。

6)施工过程中局部未做地基承载力复核，便进行墙体的施工，导致运营后地基失稳。

7)挡土墙在运营后擅自增加墙顶荷载，如增加墙顶填土高度，未做任何稳定验算，便重新投入运营。

8)挡土墙坡脚临近处开挖基坑，导致挡土墙基底应力出现重分布，导致挡土墙出现裂缝等病害。

4 病害重力式挡土墙支挡问题的整治措施

根据重力式挡土墙的受力特点，以墙体的自重来维持挡土墙在土压力的作用下的稳定，在地基承载力满足的前提下，为提高既有病害重力式挡土墙在土压力作用下的稳定，本文归纳起来有以下两类方法：一类是采取措施增加挡土墙“抵抗”能力，这类方法在工程实践中应用较为广泛，这类方法本文称之为“被动防护”；第二类是主动减少土体对重力式挡土墙墙背的压力，改善墙背填料的力学性能，这类方法本文称之为“主动防护”。

4.1 被动防护

对既有病害重力式挡土墙，最为直接的方法就是增加挡墙的“抵抗”能力，即可增加挡墙的稳定性，常用的方法有以下几种。

4.1.1加厚既有病害重力式挡土墙的厚度

病害重力式挡土墙就是该墙背的土压力相对较大，从而降低了既有挡土墙的稳定性，在条件允许的情况下，可加大现有挡墙的截面尺寸，即加大自重提高其稳定性。从加固的位置可以将这类方法分为两种：一种是从内侧加厚挡土墙，这种方法可以保持其重力式挡土墙的受力特点(即不改变墙背形式)，仅加厚内侧挡墙的厚度[1]，如图1所示,这种方法也可以改变原挡墙的受力特点，将改变墙背形式，使原重力式挡土墙变为衡重式挡土墙[2]，如图2所示。另一种则是从外侧加厚挡土墙，保持原挡土墙的受力特点，如图3所示。

采用这类方法应注意以下几点：1)复核新挡墙的基底应力是否大于地基承载力；2)应采用梅花状钢筋结合新旧挡墙；原挡墙应戳毛、清洗干净等；3)加固部分的挡墙应预留泄水孔，保持原泄水孔的排水畅通;4)新挡墙在原挡墙伸缩缝处设置伸缩缝。

4.1.2预应力锚束加固既有病害重力式挡土墙

在我国既有病害重力式挡土墙加固工程中，为改善挡墙的受力状态，减少墙身的内力和位移，对挡土墙施加一定的预应力锚束穿过土体锚固于岩体(或土体)中。该种方法的步骤是：1)计算作用在锚束结构物上的荷载，比较边坡失稳的剩余下滑力和结构物的侧向土压力，取其大者。2)根据上述荷载，计算设计锚固力，初步确定预应力锚束的根数。3)根据锚固体与孔壁的抗剪强度、钢绞线与水泥砂浆的粘结强度、钢绞线的强度，最终共同确定钢束的锚固长度、根数和总长。这种方法常用于墙背后有稳定岩层的挡墙中[3]；也用于墙背为土体的挡墙中[4]。

这类方法应注意以下几点：1)预应力锚束施工工序复杂，技术要求高，高素质的施工管理人员和严密的施工组织是保证工程质量和进度的关键。2)来自锚杆锚头的“点力”应借助于锚梁、喷锚网转换成在墙面上的“面力”作用于整个墙体，以维持整个墙体的稳定。3)为土层锚固技术时，必须采取措施确保预应力的锚固，如高压注浆锚固技术[4]。

4.1.3锚杆注浆技术

这种方法就是将挡土墙的力传递给锚杆，锚杆(大多数为粗钢筋)作为拉杆并灌浆的方法，它是用水泥砂浆将一组粗钢筋深入地层内部的钻孔中，钻孔深度须超过构筑物背后的主动土压力区，并须在稳定地层中达到足够的有效锚固长度。既有挡墙将力传递给肋柱或喷锚网，再传递给锚杆，锚杆所承受的拉力首先通过拉杆周边握裹力传递给水泥砂浆中，然后在通过锚固段周边的摩擦传递到锚固区的稳定地层中，从而利用地层的锚固力来维持既有重力式挡土墙的稳定。这种锚杆的设计计算基本同预应力锚束加固既有病害重力式挡土墙的设计计算方法。

今年来，自钻式注浆锚杆以及自钻式中空注浆锚杆的应用，极大推动了锚杆注浆技术在加固既有病害重力式挡墙中的应用。当然，在实施的过程中应注意锚固体范围内的稳定，以及锚头处将集中力以“面力”传递到既有挡墙上。

4.1.4在既有病害重力式挡土墙外侧增加抗滑桩支撑

这种方法的力学机理就是通过挡土墙与立柱、桩基、土体的共同作用，增加原挡土墙的稳定性。原挡土墙通过面板将力传递给桩基上的立柱，再通过立柱传递给具有较好竖向和水平承载力的桩基。该方法原理简单，传力途径明确。该方法如图4所示。

这种方法在设计和施工中应注意：1)桩基成孔对挡土墙地基有局部影响，所以，在施工时最好跳桩开挖，将影响降低到最低。2)伸出地面的柱一定要通过面板与既有挡墙“紧密”结合，因为只有桩基上的立柱和挡土墙共同变位，才可能起到共同作用的效果。3)既有挡土墙在变形缝处保持挡墙的自由变形。

4.2 主动防护

主动减小土体对墙背的作用，从而可增加挡土墙的稳定，以朗金土压力理论为例：

(1)

其中,Ka为朗金主动主压力系数。

(2)

根据式(1)，式(2)，提高墙背填料的粘聚力c和内摩擦角φ，可以主动减小土体对墙背的作用，为此，此类方法采取相关措施提高墙背填料的综合内摩擦角φ。

4.2.1换填墙后填料

施工时墙后填土不符合设计要求，甚至淤泥、草根、树皮、生活垃圾等杂质填于墙背后，这样，墙背后填料的综合内摩擦角较设计小，而且透水性较差，在条件许可的情况下，可将此类填料换成综合内摩擦角相对较大的且透水性相对较好的填料，如换填成连槽石等填料，换填范围应根据主动状态的破裂角确定。这种施工方法较为方便，但在施工时必须墙顶不能有运营荷载，且有施工空间。

4.2.2采用复合地基改善土体力学性能

采用复合地基，如加筋土、土工布土体、置换桩类等，均可改善和提高土体的抗剪强度，由于既有病害挡土墙已经投入运营，采用置换桩的方法较为方便，故本文提出在既有挡土墙的墙背后土体运用置换桩类的方法(即复合地基)提高原墙后填土的综合抗剪强度，从而主动减少墙后填土对挡土墙的主动土压力。

置换桩类的方法很多，常用的如刚性桩(人工挖孔钢筋混凝土桩、预应力混凝土管桩等)、半刚性桩(喷粉桩、CFG桩等)、柔性桩(碎石桩、砂石桩等)等置换方法。针对既有重力式挡墙支护边坡的特点，在实际工程运用中，应根据墙后地质条件，选择合适的柔性或半刚性桩来进行置换。文献表明，此类复合地基的抗剪强度与置换率、桩体直径、桩长、级配、密度、桩体含泥量、施工质量有关，但其计算模型还有待进一步研究，如王保田等在“大粒径碎石桩加固超软弱土河道边坡的现场试验”中提出的面积加权平均法来计算的碎石桩复合土体抗剪强度是在特定条件下建立的。

本文仅提出采用墙后土体置换桩类的方法来主动减少对挡墙的主动土压力的概念。在实际的设计和施工中应注意：1)针对墙后的地质条件采取适宜的置换方法；2)针对特定的置换方法，采取可靠的计算模型和适当的施工措施，如成孔方式采用水冲、冲击还是人工挖孔等方法。当然，此类复合地基方法(置换桩类法)的计算模型以及怎样评价此类方法的施工质量是否合格，在工程实践中还有待进一步研究。

5 结语

1)对既有病害重力式挡土墙应因地制宜，主动防护和被动防护相结合，选择切实可行的修复措施，进行病害综合整治。

2)重力式挡土墙应重视辅助项目的设计和施工，如泄水孔、反滤层、变形缝等。

3)重力式挡土墙加强运营后的后期健康监测，防隐患于未然。