失稳多台阶自嵌块加筋挡土墙的联合加固技术

2021-11-09易平

有色冶金设计与研究 2021年5期

易平

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

自嵌块加筋挡土墙是一种新型的复合挡土体系，由结构填土、土工格栅、自嵌挡土砌块等组成。因其具有节省工程投资、生态和美化环境等方面的优点，在水利、交通、住宅小区等工程领域得到广泛应用[1]。江西省某工程进行场地平整时，双台阶加筋挡土墙采用自嵌块结构型式，挡墙高度在18～25 m之间，采用的档墙平均高度为20 m左右，最高处达到25 m。该自嵌块加筋挡土墙建设完工不到2年的时间，其中约60 m长度挡土墙先后出现2次失稳现象，主要表现为面墙自嵌块大面积脱落、面墙裂缝上下贯通、断裂和加筋体变形外鼓等。挡墙失稳现象存在重大安全事故隐患，直接威胁到墙脚道路车辆与行人，以及附近居民的安全，必须及时采取挡墙加固安全措施。本文拟通过对该工程自嵌块挡土墙失稳情况的现场调查，进行勘察钻孔取样、室内试验和整体稳定性计算分析，分析自嵌块加筋挡土墙失稳各种原因，提出工程联合加固处理的安全技术方案，及时消除事故隐患。

1 概况

1.1 工程地质条件

依据勘察报告资料，工程地层主要为紫红色加筋填土，呈湿、松散状态，主要由全风化—中风化砂砾岩碎屑、碎块及砼块组成，均属新近人工填筑土层。下卧紫红色强风化砂砾岩，砂砾质结构，层状构造，风化裂隙较发育，浸水易分解。加筋挡土墙各岩土层物理力学指标（建议值）见表1。

表1 岩土层主要物理力学性质指标

1.2 加固前自嵌块加筋挡土墙设计

自嵌块加筋挡土墙基础均采用C20毛石砼结构，地基土座落在压缩性低、强度较高的强—中风化砂砾岩层上。该段挡土墙全长为60 m，设计墙面板向后仰倾斜，倾斜角约为10°，下阶墙高为11.0 m，上阶墙高为9 m，墙后设多层单向复合土工格栅，下阶每层土工格栅长度为10.0 m，上阶每层土工格栅长度为8.0 m，层间距为0.4～0.6m，格栅采用单向聚乙烯土工格栅，一次拉伸成型，无焊接点的单向聚乙烯（PE）土工格栅，极限抗拉强度为170 kN/m，延伸率≤13%；锚固棒采用玻纤尼龙合成，纵向冲击强度为20～50 MPa，纵向弯曲强度为550～900 MPa。其设计标准断面见图1。

图1 自嵌块挡土墙加固前设计标准断面

1.3 质量检测情况

1.3.1 挡墙变形监测

现场采用无人机、全站仪对该段挡土墙变形进行了全面监测。现场监测情况统计，施工完成两年来，该段墙体的最大变形为0.858 m，最小变形为0.243 m。这种变形一方面是加筋土挡墙本身的变形，另一方面是挡墙下部毛石砼基础发生的转动造成的变形。

1.3.2 压实度的检测

压实度直接影响加筋土的质量。一般设计要求该工程的压实度为95%。技术人员在现场抽样检测了部分土工格栅位置处的干密度和含水率，同时进行室内试验测出了填料的最大干密度和最优含水率。依据检测结果，计算出压实度在82.35%～97.29%之间，且大部分抽检点不能满足设计要求。

1.3.3 土工格栅的竖向布置及含水情况

在现场的上部加筋体、下部加筋体的顶部各钻了3个孔，钻孔的深度为加筋土挡墙的高度，以监测填料类型、土工格栅布置情况以及填料含水情况。从钻孔情况来看，个别钻孔揭露地下水，大部分钻孔在加筋范围内未发现积水现象。土工格栅铺设基本与设计吻合，填料类型一致。下部加筋体的加筋长度，延伸至上部加筋体基础位置。

2 失稳原因分析

2.1 墙体整体稳定性分析

技术人员依据勘察报告提供的物理力学参数，采用简化Bishop圆弧稳定分析法，在天然工况下，得到挡墙的整体安全系数仅为1.014。说明挡墙处于欠稳定的极限平衡状态状态，不能满足规范规定的整体稳定性系数不小于1.35的要求[3]。

2.2 加筋挡土墙失稳原因

由于加筋土挡土墙墙面是由多块面板构成，面板预制块之间仅采用玻纤尼龙合成的锚固棒连接，相对孤立。单块面板难以承载施加的预应力，从而造成墙面的不均匀变形。在自嵌块加筋挡土墙施工中，墙体砌块体为逐层干砌而成，墙体产生了向后仰的角度。上层块体自重逐层向下层传递，当最上层块体重心线超出最下层自嵌块后缘时，最上层自嵌块重量对最下层的块体已不起作用[1-2]。

施工过程中自嵌块挡土墙砌筑不平整，施工质量不高。加之墙体及后堆放弃土未经层层压实，孔洞率高，随着降雨入渗，增加了墙体的水平推力，使得挡土墙失稳概率迅速增加。下部加筋体压实度不够，变形较大，直接导致上部加筋体基础不稳，这也是上部加筋体变形较大的原因。

3 加固方案及实施效果

3.1 加固方案的选择

挡土墙加固方案分为对下部加筋体和上部加筋体的加固两个部分，其综合加固措施既具有各自独特的作用，又需要彼此结合、相互依托，共同形成承载体系。设计方案以“经济合理、技术可靠、施工方便”为原则，充分考虑被保护对象的使用功能及现状地形。

常用的加筋土挡土墙加固方法是在墙体外侧压土或附加一个重力挡墙作为外支撑。该项目下部加筋体挡墙坡脚位置道路上，无法实施填土，但有重力挡处在墙施工的场地。考虑到重力式挡土墙施工工艺相对简单、施工速度快，最后选择采用重力式挡土墙反压来提高下部加筋体挡墙的整体稳定性。

上部加筋体无法采用重力式挡土墙反压，对其所实施的加固方案不能破坏原工程的基本结构，既要完全保留加筋土挡土墙的优越性，又不影响其使用功能。综合比较后，选择采用“钢筋混凝土面板+预应力锚索+格构梁”的方案进行防护。

3.2 加固方案设计

1）下部重力式挡土墙设计。重力式挡土墙墙身采用C20素砼浇筑，墙高为14.2 m，面坡坡度为1∶0.35，背坡坡度为1∶0.09，墙顶宽为1.0 m，基础埋深为3.2 m，基础底宽为5.6 m，从下往上分层浇筑，基底落于强—中风化岩。每10～15 m设置一道宽20～30 mm的沉降缝（伸缩缝），自墙顶做到基底，缝中填塞沥青麻筋，填塞深度不应小于150 mm。沿墙体横向设泄水孔，泄水孔的尺寸为100 mm的PVC圆管，网度为2.5 m×2.5 m，外斜坡度5%，泄水孔应保持畅通无阻；挡墙基础必须分段跳槽开挖，严禁一次性全面开挖，分段长度不超过10 m。平台平铺500 mm厚黏土压实防渗，防止雨水下渗进入下部挡土墙内部。

2）上部预应力锚索。根据现场情况，在失稳挡土墙部位设置钢筋混凝土面板，混凝土面板厚0.20 m，其间配间隔150 mm的双层双向钢筋，横竖向主筋均采用Ф14 mm HRB400钢筋，节点采用Ф10 mm的支撑筋连接。板身混凝土采用C30，混凝土保护层厚度不小于35 mm，沿墙体横向设泄水孔，泄水孔的尺寸为100 mm的PVC圆管，网度为2.5 m×2.5 m，外斜坡度为5%，泄水孔应保持直通无阻。

锚索格构梁横梁与竖向肋柱截面尺寸采用0.40 m×0.40 m，横梁和肋柱的水平与竖向间距均为3.0 m。在横梁和肋柱节点设置预应力锚索，预应力锚索长度为25～30 m，锚固段长度为10 m，锚索孔孔径为150 mm，锚索与水平线夹角为15°，锚索孔成孔过程中出现塌孔，应跟管钻进。锚索采用4根Ф15.24 mm的钢绞线制作，注浆材料用纯水泥浆，水灰比（0.45～0.55）∶1，采用P.O42.5强度等级的普通硅酸盐水泥，加适量的早强剂，其28 d无侧限抗压强度应不小于25 MPa。锚索的轴向拉力设计值为300 kN，锁定值为200 kN，自嵌块挡土墙加固设计标准断面如图2所示。