既有挡墙破坏分析及加固处理

刘兴旺

云南省设计院集团有限公司，云南 昆明 650228

1 项目概况

某挡墙为移民安置点内配套市政基础设施工程，于2006年4月通过相关部门实地验收。该挡墙使用约10年后距地面0.5m处出现了长约2m的细微水平裂缝，后受强降雨影响，裂缝进一步加大，挡墙发生微小错位。相关部门委托某设计单位进行挡墙加固设计，设计方案拟在现状挡墙前方新建一道衡重式挡墙。准备实施时发现原挡土墙裂缝明显变宽，裂缝长度变为原来的十余倍，在破裂处出现了明显外突。为确保安全，业主决定重新对该挡墙进行专项地质勘察及全面诊断分析，并调整设计方案。

现状挡墙位于安置点下方的坡角处，整体由西南向东北延伸，长76.5m，挡墙出露地面最高处为6.5m，最低处为4.5m。挡墙下部及基础为钢筋混凝土结构，上部为浆砌块石结构，属于重力式挡土墙。现状挡墙距地面0.5m处出现了由西向东的一条长23.2m的逐渐变窄的裂缝，裂缝最窄处约0.5cm，最宽处约3cm。该挡墙局部地段所受压力过大，墙面发生破裂外突，最明显的突出在挡墙由西向东4.8m处，该处裂缝往外突出约4cm。

2 破坏原因定性分析

2.1 自然因素

该挡墙位于集镇西南侧斜坡中部，北东—南西向山脊右侧一坡体上，斜坡前缘临空面较高、陡，中后部是平缓的微地貌，相对高差约21m。坡体坡度总体地势上缓、中部及下部较陡，约30～40°，局部近直立。

该挡墙所在地区降水量较为丰沛，挡墙周围没有排水系统，且周边植被较少，降雨得不到有效的收集与统一排放，雨水下渗至填土与残破积黏土层形成径流，挡墙的泄水孔基本被堵塞，雨水滞留于土体内，软化了接触面[1-3]。

2.2 人为因素

移民安置开挖山体后堆填了大量弃土，土体较为松散，在受强降雨后逐渐饱和，一方面增加了土体容重和孔隙水压力，另一方面雨水下渗至填土和原地面的接触面，降低了接触面土体的抗剪强度，形成软弱面。边坡失稳形成的滑坡推力直接作用于挡墙上，滑坡推力水平分力超过挡墙抗剪强度，造成挡墙剪切破坏。

该挡墙上方斜坡有村民住房，房屋均为4～5层钢筋混凝土结构，有部分加盖现象，这对地基的极限承载力造成了额外的负荷。此外，村民的生活用水基本上是排在挡土墙周围，并且没有进行统一收集管理，对挡土墙周边的岩土稳定性造成了不利影响。

3 破坏原因定量分析

3.1 滑坡模式的确定

根据专项勘察及现场实测分析可知，该挡墙不同地段遭到了不同程度的破坏，外沿缘剪出口明显，滑体处于挤压变形状态，后缘变形迹象不明显，现状条件下，坡体整体处于基本稳定～欠稳定状态。经过分析滑体结构特征，判断其变形破坏模式为上覆松散体沿岩土接触界面产生的折线形滑动。计算模型主要根据各剖面勘察资料，结合地质条件和滑坡变形破坏特征确定滑坡最不利的滑动面，在滑坡变形体的主滑方向上实测剖面进行计算。

3.2 坡体稳定计算

采用考虑地震作用、渗透压力及孔隙水压力的稳定性计算公式[4-5]进行计算，滑坡推力按传递系数法计算。该坡体已有明显的滑动迹象，其稳定性计算参数c、φ的选取采用权重取值的方法，即采用试验值、地区经验值和滑坡现状为蠕动变形阶段的反演计算值进行权重取值[6-7]。c、φ反演分析计算公式如下：

式中：WRi为阻滑段滑体的重力，kN；Wci为下滑段滑体的重力，kN；αRj为阻滑段的滑面倾角，°；αcj为下滑段的滑面倾角，°；ci为第i条块内聚力，kPa；LRi为阻滑段的滑面长度，m；Lci为下滑段的滑面长度，m。

稳定系数K根据下列情况确定：若滑坡体处于整体暂时稳定～欠稳定状态，K=1.00～1.05；若滑坡体处于整体变形～滑动状态，K=0.95～1.00。根据滑坡发生、发展的过程及现状以及c、φ反演分析方法，取K=1.02反演计算c、φ。根据反演计算值、试验值及该地区的经验值，经对比分析，最后综合确定该滑坡潜在滑面的抗剪强度指标如表1所示。

表1 滑面参数表

3.3 计算结果分析

按照滑坡防治工程等级三级的划分，其安全系数的选取如下：工况Ⅰ（天然工况）为1.10～1.20，工况Ⅱ（暴雨工况）为1.02～1.05，工况Ⅲ（暴雨+地震工况）为1.02～1.05。由于该滑坡体靠集镇区，且坡体上方房屋密集，一旦发生滑动将严重威胁坡体上方居民的生命和财产安全。因此，此次针对防治工程的设防安全系数将采用相对较大的《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）[8]中表5.3.2中推荐的安全系数，按照二级边坡安全工程等级。此次防治工程设防安全系数的选取如下：工况Ⅰ（自重+地下水）为1.30，工况Ⅱ（自重+暴雨）为1.15，工况Ⅲ（自重+地震）为1.05。

根据地勘报告提供的3个断面逐个进行稳定性计算，结果如表2所示。

表2 坡体稳定性计算汇总表

根据计算结果可知，坡体在天然工况条件下整体上处于基本稳定～欠稳定状态，在暴雨工况及暴雨+地震工况条件下均处于不稳定状态。

4 加固处理方案

根据定性及定量分析结果，在深入分析该边坡的形态特征、活动性状、危险性、发展趋势、影响因素、危害特征等的基础上，结合实施条件决定采用“支挡加固+抗滑锚索+回填反压+排水措施”综合处理方案。

（1）支挡加固工程。因为该边坡挡墙目前已处于极限平衡状态，多种因素尤其是降雨作用下随时可能导致边坡失稳破坏，且墙后建筑与挡墙距离较近，所以墙后挖土卸载方案无法实施，且也不能开挖墙前土体，以防止支挡防护发挥作用前挡墙垮塌，导致工程失败。项目的实施条件对设计方案提出了新的要求，经综合比较考虑后决定采用墙前间隔设置扶壁方案，在扶壁远离挡墙的端部设置微型钢管桩群，在群桩顶部浇筑承台用来支撑扶壁，以扶壁、承台、微型桩群组成的支挡结构体系来抵抗剩余下滑力。微型桩采用地质钻引孔，加之微型桩设置得离挡墙较远，从而可以保证施工不会对既有挡墙产生不利影响。

（2）抗滑锚索工程。在扶壁、承台、微型桩群组成的支挡结构体系施工完成后，在挡墙顶与坡顶房屋之间的斜坡区域设置预应力锚索，穿过滑动面，对滑动面提供正应力，从而增大抗滑力。

（3）回填反压。在墙前扶壁之间区域回填透水性材料，并压实，从而对挡墙临空面提供反压力，进一步提高挡墙的安全性。

（4）排水措施。一是疏通现有挡墙泄水孔，使墙后土体中的水能尽快排出；二是修建截水沟、排水沟将地表散排至挡墙坡面的水引排至天然水系内。

目前工程已经竣工，经过了一个雨季，从监测资料来看，坡体及挡墙未再产生新的位移，挡墙裂缝未再产生，坡体及挡墙均处于稳定状态，加固处理方案取得了预期效果。