格构锚固技术在北川县某挡土墙加固中的应用

薛莉云， 贺模红

(四川省地矿局九○九水文地质工程地质队，绵阳 四川 621000)

北川县某不稳定斜坡受5.12汶川大地震的影响，斜坡后缘土体开裂变形，中部挡土墙开裂，地面裂缝等，其中位于斜坡中部的既有浆砌块石重力式挡土墙变形最为严重，直接危及寺庙和香客、周围群众的安全，急需进行加固处置来控制挡墙继续变形。资料表明，适宜采用格构锚固技术进行加固。格构锚固技术是利用浆砌块石、现浇钢筋砼或预制预应力砼进行坡面防护，并利用锚杆或锚索固定的一种滑坡或边坡的综合防护措施[1-2],也是既有边坡工程加固方法的一种，具有结构受力明确，加固效果可靠，能较好地适应地形，变形协调能力强，施工速度快，后期维护方便和美化环境等优点。适用于有锚固条件的边坡整体稳定和支护结构抗滑移、抗倾覆、支护结构及构件承载力等不满足要求时的加固。对变形控制要求较高和无放坡条件或因施工扰动使边坡稳定性降低较大的边坡工程加固中优先采用[3]。目前，该技术广泛应用于公路、铁路、水利水电、建筑等领域的边坡防护和加固。本文结合北川县某既有AC段浆砌块石重力式挡土墙格构加固工程的实例，重点从挡墙破坏原因分析以及加固工程设计与锚杆参数计算等方面，介绍格构锚固技术的应用情况及效果。

1 工程概况

1.1 工程概况

北川县某寺庙所处地貌形态为构造侵蚀低山河谷地貌，原始地形坡度10°～25°，呈折线型，局部发育陡坎。边坡安全等级为二级土质边坡,为治理不稳定斜坡并为寺庙食堂和祭祀修建平台，采用了浆砌块石重力式挡土墙进行护坡(图1)。该挡土墙为浆砌块石重力式挡土墙，总长46.0 m，墙体高8.0～9.0 m，分布高程748.55～756.75 m，可分为AB、BC等两段。其中BC段长28.5 m，墙体高8.0～9.0 m，基础埋深1.0 m，顶宽1.0～1.5 m，底宽2.5～3.0 m，面坡1∶ 0.05，背坡比约1∶ 0.15，基础为天然地基中密崩坡积碎石土层，挡墙前缘修建排水沟及公路；AB段长17.5 m，总体高度及面坡与BC段相同，但根据实施时间不同，分AB段上部和AB段下部；2009年以前实施AB段下部，顶宽1.0 m，底宽3.3 m，高4.0 m；2009年后在原有浆砌块石挡墙顶直接砌筑AB段上部段，顶宽1.5 m，底宽2.4 m，高5.0 m。

1.2 挡土墙处工程地质及主要岩土参数

根据前期勘查[4]，斜坡区岩性主要是第四系的人工填土(Q4ml)，崩坡积土(Q4col+dl)组成，下伏基岩为志留系上中统千枚岩、灰岩(S2-3mx)。其中，人工填土(Q4ml)主要分布于斜坡中部的寺庙区域及房屋建筑区，钻孔揭露该回填土体厚度最深达6.8 m，为粉质黏土和碎石为主，含少量有机质夹植物根须；第四系全新统崩坡积层(Q4col+dl)广泛分布在斜坡中部及下部，钻孔揭露的最大厚度为22.6 m，岩性主要为粉质黏土和碎石组成。下伏基岩为志留系上中统茂县群(S2-3mx)千枚岩，钻孔揭露基岩深度最深达29.4 m，岩层产状为320°～340°∠30°～35°，岩质极软-软，属Ⅲ类地层。

墙后填土天然重度γ为19.90 kN/m3，饱和重度γsat为20.5 kN/m3，内聚力C为21.3 kPa，内摩擦角φ为16.5°。墙下地基土承载力特征值fak为300.0 kPa。采用锚杆或锚索时，锚固体与岩土层黏结强度fc为200 kPa。

2 挡墙变形特征及原因分析

2.1 变形特征

该挡土墙于2012年雨季出现鼓胀、裂缝和墙顶外倾等变形迹象，2014年雨季变形加剧至现状。其中，AB段挡墙变形强烈，BC段挡墙主要为内侧填土沉降裂缝。AB段挡墙大致分3条主要裂缝，其中裂缝1，立面上大致水平展布，为新老挡墙上下级衔接处，距离地面约3.0 m，延展长度7.5 m，缝度3.0～5.0 cm，可见深度5.0～10.0 cm；裂缝2，立面上大致与水平面35°夹角展布，延展长度12.0 m，缝宽3.0～5.0 cm，可见深度3.0～8.0 cm；裂缝L3，大致水平展布，位于墙脚处，长度3 m，宽度2～3 cm，可见深度2～4 cm。在该段挡墙中部衔接处出现强烈鼓胀变形，最大鼓胀量20 cm。墙顶出现外倾，墙顶最大外倾位移量为20 cm，墙顶砖砌围墙全部倒塌，既有挡墙AB段下部砂浆开裂脱落等。

2.2 变形原因分析

经现场调查和对既有挡土墙的稳定性进行计算分析后认为，该挡土墙变形破坏的主要有：

(1)墙体的设计不满足要求，抗滑移和抗倾覆能力低稳定性偏低。

(2)墙体AB段未严格按照要求施工，砌筑砂浆不饱满。

(3)墙体AB段未设置泄水孔，填土固结时，排水不畅，造成墙内孔隙水压力增大，土体重度增加，土压力增大，墙体、墙顶内侧混凝土地坪可见变形裂缝，墙体表部出现明显鼓胀变形和裂缝。

3 挡墙加固方案及设计计算

3.1 挡墙加固方案选择

为保证墙顶内侧房屋及挡墙本身安全，根据该挡土墙变形特征及变形原因，结合现场周边建筑物分布等因素，提出两种加固方案并进行比较。

(1)挡土墙拆除重建方案。对已变形AC段挡墙整体拆除后重新建造，经现场实测墙顶与寺庙房屋间水平距离最小2.5 m，按照该段挡墙高度9 m，临时开挖放坡1∶ 0.5核算，墙顶最小开挖水平距离仅为4.5 m，大于墙顶与寺庙房屋间距。如拆除挡墙、挖土、重建势必导致墙顶内侧重要建筑物破坏，并且工期较长，造价较高，无法保证施工期间和建筑物安全。

(2)格构锚杆加固方案。对已变形AC段挡墙采取格构锚杆加固工程措施。在已变形的挡墙体表面增设钢筋混凝土格构梁和锚杆，利用锚杆锚固力提高其整体稳定性；并在原有AB段挡墙上钻取泄水孔，排出墙体内水体，减小土压力。该方案主要优点为：可不用拆除原有挡土墙，破坏挡墙顶部内侧建构筑物，对周围环境干扰小；锚杆的制作与成孔施工设备简单，工程造价低。

因此，在保证安全的条件下，选择经济合理的格构锚杆加固方案更为可行。

3.2 格构锚固工程设计计算

挡土墙墙体加固工程以格构锚固为主，墙体上增设泄水孔，对坡面裂缝夯填，并在变形区外围增设截排水沟，将山坡水体引出该区域外侧。对已有变形AC段挡墙进行格构锚杆加固。格构的横、纵间距均为2.5 m，梁(柱)截面尺寸为400 mm×400 mm。格构梁交点设锚杆，锚杆孔径150 mm，采用M30水泥砂浆注浆。锚杆共3排，其长度和锚杆钢筋直径等参数由计算确定。

设计计算一般按土压力计算→锚杆轴向拉力标准值计算→锚杆钢筋截面面积计算→确定锚杆钢筋配置→锚固段长度计算→根据破裂面确定自由段长度→确定锚杆长度和数量等步骤进行。

(1)作用在挡墙墙背上的主动土压力合力，按GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范[5]公式6.2.3计算。土压力计算参数详见表1，按照上述公式，其主动土压力合力为249.45 kN/m。

表1 土压力计算参数表

(2)确定锚杆拉力标准值、钢筋截面面积、锚固段长度等，按GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范[5]公式8.2.1～8.2.4计算，锚杆计算参数表详见表2。

表2 锚杆计算参数表

(3)根据上述计算，锚固段长度取la1与la2大值，确定土层锚杆锚固段设计长度5.5 m。自由段长度根据挡土墙尺寸确定为4.5～9.5 m(图1、图2)。

图1 挡土墙加固立面图

图2 挡土墙加固剖面示意图

4 加固效果分析

经过勘察设计及施工后，经多年监测，墙体变形值在允许范围内，周围建构筑物未继续发生开裂现象，新设格构锚杆与原有挡土墙有机结合，既安全又美观，加固效果良好。

5 结论

该边坡加固工程在详细勘察的基础上，根据既有挡墙工程变形特征和情况，结合周边地质环境条件，优选安全有效、经济合理的格构锚杆加固方案。在取得计算所需地层及结构参数后，经过设计计算，确定锚杆结构尺寸；根据设计资料快速施工后，经多年监测，墙体变形得到有效控制，周围建构筑物未继续发生开裂现象。实践证明，我们采取的格构锚固技术方案切实可行，并具有计算结构受力明确，加固效果可靠，变形协调能力强，施工速度快，美化环境等优点，值得在类似加固工程措施中应用。