某学校浆砌块石挡土墙变形原因与加固方法研究

张 学 哲

(核工业江西工程勘察研究总院有限公司，江西 南昌 330096)

重力式挡土墙是依靠自身重力来抵抗侧向土压力、保持墙背土体稳定性的建筑物，广泛用于公路、铁路、水利、土木及矿山等工程中[1]。随着使用年限的增长，其稳定性不断衰减，甚至出现变形失稳现象，进而导致墙后土体滑移，造成重大的生命和财产损失。国内很多学者针对重力式挡土墙病害成因和加固措施投入大量精力。唐佳[2]通过分析交通荷载下挡土墙的失稳机理，提出土体注浆和预应力锚杆加固方法；朱彦鹏等[3,4]提出运用框架预应力锚杆加固技术对重力式挡土墙进行加固；方俊杰等[5]提出锚注联合加固方法；何国善[6]通过分析挡土墙的一些病态和质量安全隐患表现及其成因，提出扩大墙基及墙身断面、较小墙背土压力、外设阻滑构筑物和施加外力等措施；张友葩等[7]提出采用加筋喷射混凝土，高压注浆和预应力锚杆的联合加固方式对失稳挡土墙进行加固。

笔者结合某学校浆砌块石挡土墙的实况，开展该挡土墙的变形原因与加固方法研究，为类似挡土墙加固工程的设计提供了参考。

1 工程概况

某学校宿舍楼西侧浆砌块石挡土墙，长约60 m，高4.8 m～6.5 m(不含基础，基础埋深约1.5 m)，墙背垂直，墙面坡度1∶0.2，顶宽约0.5 m，底宽1.5 m～2 m。挡土墙自2005年建成使用后，已运行15年，目前，该挡土墙局部墙身凸出、墙体外倾，造成坡顶路面出现多条断开裂缝和下沉位移现象。根据现场调查，墙顶护栏外倾，局部挡墙出现裂缝，部分冠梁断裂，上部道路向挡墙一侧偏移，路面被拉裂，纵向裂缝最大宽度可达5 cm，沉降差最大可达3 cm。如不及时采取加固措施，将产生大范围倒塌破坏，后果严重。

2 工程地质条件

根据前期岩土工程勘察资料，拟加固挡土墙所在区域地层分布从新到老主要有：杂填土、粉质粘土、全风化千枚岩和强风化千枚岩。各岩土层的力学参数建议值见表1。

①杂填土：厚0.5 m～2.5 m。标贯击数3击～6击，标准击数4击。

②粉质黏土：厚0.5 m～2.4 m，可塑。标贯击数8击～15击，标准击数9击。

③全风化千枚岩：原岩结构基本破坏，呈粘土状。厚5.80 m～10.20 m。标贯击数30击～48击，标准击数38击。

④强风化千枚岩：千枚状、片状构造，岩体破碎，为极软岩，风化厚度大。标贯击数55击～102击。标准击数85击。

表1 各岩土层的力学参数建议值表

3 挡土墙变形原因分析

通过对挡土墙设计图纸和施工技术资料的分析，结合现场情况的调查，导致挡土墙变形的主要原因是：

1)施工单位未按原设计图施工，挡土墙全长未设一条变形缝，造成该挡土墙内产生的各种应力无法释放。

2)墙身预设的泄水孔无出水痕迹，墙后填土未按设计要求设置反滤层，大部分排水孔已堵塞。极端降雨情况下，墙背土体饱和度增加，形成较大的侧向土压力[10]。

3)墙身砌筑质量偏差，块石之间水泥砂浆灌缝不密实，墙身表面灰缝不平整，挡土墙整体性较差。

4)墙顶背侧种植高大乔木，虽然其根系有一定固土作用，但对挡土墙产生了较大附加荷载，增大了侧向土压力。

5)坡顶道路车辆的不断运行，使墙背填土始终处于一种扰动状态，这种扰动改变了挡土墙的工作环境及受力条件，给挡土墙安全造成不利影响[2]。

4 挡土墙加固方案

4.1 加固方案比较

根据挡土墙结构特点及周边环境条件，提出了以下几个方案做比选。

1)拆除重建。可以彻底解决挡墙失稳问题，但需大范围临时放坡，土方开挖回填量大，投资金额高，花费时间长，且严重影响学校的正常教学秩序[9]。

2)加厚挡土墙。在现有挡土墙外侧新建浆砌块石挡土墙，与原挡墙连成一体，通过提高挡墙自重增加抗倾覆、抗滑移能力。但新增墙体将超出用地红线，影响坡脚拟建道路规划。

3)墙背微型桩加固。在现有挡土墙背侧设置微型桩，通过挡土、减少挡土墙所受侧压力加固既有挡土墙。但需清除坡顶苗木，同时可能影响墙后各类管线，建设单位不同意。

4)格构式锚索挡土墙。墙后全、强风化片岩与水泥砂浆粘结性较好，有效锚固段能满足要求。同时施工不需单独占用场地，对周边环境影响不大。设计采用该方法。

4.2 挡土墙加固方案

格构式锚索挡土墙是通过预应力锚索、格构梁和挡板联合作用的一种加固方式。它可以减少预应力损失，和既有失稳挡土墙充分结合，形成一个有机的整体，共同抵抗外荷载，从而使失稳挡土墙恢复甚至超过原有的支挡能力[7]。

设计格构梁截面尺寸320 mm×320 mm，采用C30混凝土浇筑，锚索横向和纵向间距2.5 m，采用3s15.2钢绞线，孔径130 mm，M30水泥砂浆灌浆，第一排长11.0 m，第二排长9.0 m，锚固段长5.0 m，预应力100 kN，第一锚点设于原挡墙坡顶以下2.0 m，锚索倾角15°～20°。格构梁内挂双层双向Φ10@200 mm HRB400级钢筋网，喷射C20混凝土挡板，厚160 mm，每块混凝土挡板内设泄水孔，穿过原有挡土墙，孔径100 mm，孔后塞反滤包，外倾坡度5%。每隔15 m～20 m设置伸缩缝，缝宽2 cm～3 cm，填塞沥青麻筋或沥青木板[8]，采用混凝土压顶，宽800 mm，厚320 mm，墙顶设置护栏，高1.5 m。设计挡土墙加固剖面图见图1，立面图见图2。

设计边坡工程安全等级为二级，坡顶满布均载，大小20 kPa。由于原浆砌块石挡土墙已发生形变，忽略其承载能力，计算中将其视为墙后填土[11]，安全性更有保障。考虑锚杆层数、挡墙位移大小、支护结构刚度和施工方法等因素，将岩土自重及坡顶荷载产生的墙背侧压力分布近似按库仑理论取为三角形分布，侧向岩土压力修正系数取1.2，将墙高范围内土的指标加权平均后视为单层土，同时考虑墙背即为原重力式挡土墙，适当提高土的物理力学性质以及墙背与填土的摩擦角。立柱按支承于刚性锚杆上的连续梁计算内力，挡板简化为支撑在立柱上的水平连续板，整体稳定验算采用圆弧滑动法。借助于理正岩土6.5版软件进行分析计算，格构梁和挡土板的配筋满足要求。整体稳定性最小安全系数K=1.654>1.25，满足要求。

5 结语

通过现场调查，分析了某学校浆砌块石挡土墙变形原因，主要是挡墙全长未设变形缝、墙后填土未设反滤层、墙身砌筑质量偏差、坡顶种植高大乔木以及坡顶交通影响。结合现场实际情况，笔者提出4种针对性的加固方案，通过比选，采用了格构式锚索挡土墙加固方法，该方法无需单独占用场地，对周边环境影响较小，对类似挡墙加固工程具有一定参考意义。