工民建项目中挡土墙加固中灌浆的应用分析

刘 征 吉林安装集团股份有限公司工程师

挡土墙支挡结构具有成本投入低、施工效率高以及支挡成效好的特点，因此在我国工民建领域中极受欢迎。然而受技术人员设计水平等因素影响，挡土墙投入使用后裂缝、滑动等情况屡见不鲜，要解决此类问题必须对其进行改造加固操作，实际方案主要基于被动加强思路。从技术层面分析，该思路可以有效达到加固目的，然而从工程角度分析，挡土墙的支档作用并未得到有效发挥。同时在部分特殊条件下，受场地等因素的限制，成本投入会大幅提升，难以达成经济性、技术性平衡的局面。因此，进一步优化挡土墙加固方案成为行业内的主要研究内容。

1 工民建项目的组成与挡土墙设计内容

1.1 工民建项目组成部分简介

工民建项目全称为工业与民用建筑工程项目，主要内容涵盖建筑物以及构筑物两大部分。其划分依据如下：满足功能要求的同时可以提供相应活动空间级场所的建筑可被称为建筑物，如住宅、图书馆等民用建筑以及厂房等工业建筑；仅满足功能要求的建筑被称为构筑物[1]。

本文所研究挡土墙加固仅针对建筑物进行。工业建筑依照承重结构可划分排架结构型、钢架结构型以及空间结构型3 种。排架结构型即是将厂房承重柱柱顶与屋架或是屋面梁作铰接连接处理，柱下端采用嵌固结构固定于基础中，实质形成平面排架，随后利用纵向结构构件将各平面排架进行连接，使之成为一个空间结构。目前，该结构是单层厂房中应用最广泛的基础结构形式，钢架结构型的主要特点为房柱以及屋架作合并连接处理，使其成为一个刚性构件。柱及基础连接通常采用铰接形式，空间结构型的主要特征为屋面体系形成空间结构体系，其优势在于充分挖掘出建筑材料的强度潜力，使得传统仅能单向受力的平面结构转换为可以多向受力的空间结构体系，结构稳定性得到有效提升。膜结构和网架结构是此类结构的代表。

1.2 挡土墙的设计内容分析

挡土墙设计需要经过多个步骤，在资料收集完善后方可开展设计工作。具体设计过程中，技术人员首先需要计算墙高，随后计算主动土压力和振动系数等墙上荷载，在此基础上开展墙型选择工作。现阶段应用较为广泛的挡土墙形式呈现出多元化特征，如重力式挡土墙、柔性挡土墙等。

在获取基础材料后，技术人员在具体设计过程中需要依据施工实际情况，综合考虑技术性以及经济性基础上选定墙址。首先，测绘所选定墙址处的纵向地面线，并核对路基横断面图，同时收集墙址区域的地质以及水文资料。其次，选择墙后填料，并在此基础上计算填料的物理力学参数以及地基参数。再次，确定挡土墙的型式、构造以及材料，并计算相关参数。最后，纵向布置挡土墙，利用科学的计算方法确定挡土墙断面尺寸，绘制挡土墙立面、横断面以及平面图[2]。

2 灌浆加固挡土墙的理论分析

库伦土压力理论和朗肯土压力理论是经典土压力理论的主要组成部分，同时也是挡土墙设计的重要理论基础。在挡土墙施工作业实际开展过程中，通常需要稳定的边坡作为前提，然后进行砌筑作业，最后进行墙后填土作业，该流程主要依据库伦土压力理论。

基于库伦土压力理论的挡土墙设计思路主要包含以下几种：第一，挡土墙后侧土体应为均匀各向同性无粘性土；第二，挡土墙后侧土体形成的滑动土楔在主动或被动压力影响条件下，其划裂面影为通过墙踵的平面；第三，滑动土楔应被视为刚体[3]。

滑动土楔在极限平衡条件下形成的静力平衡条件是库伦土压力针对主动以及被动土压力求解的主要条件。就挡土墙进行分析，其在填土作业完成后所承受的压力主要为主动土压力，计算公式为式（1），同时还需要令Ka满足式（2）。

式中，h表示挡土墙高度，γ表示土体重度，φ表示土体内摩擦角，ε表示墙背倾斜角，β表示墙后填土面倾斜角，δ表示墙背及土体之间的摩擦角，Ka表示库伦主动土压力系数。

而基于朗肯土压力理论的假设条件较为简单，在墙背保持垂直、光滑且土体表面呈现出水平状态的情况下，库伦土压力会向无粘性土的朗肯土压力转换，具体公式为式（3）。

从实际发展角度分析，虽然针对粘性土压力的计算无法使用库伦土压力，但是在充分考虑粘性土的粘聚力的前提下，相较于朗肯主动土压力结果，库伦土压力计算机构数值更大。从设计视角进行分析，基于库伦理论的设计思路倾向于保守，一定程度上提升了安全系数。由此，在综合分析挡土墙形式、施工实际等需求后，可得出的结论为基于库伦理论的设计更具广泛应用价值[4]。

库伦主动土压力系数会随着土体内摩擦角的提升不断减小，当挡土墙墙背处于直立状态时，主动土压力系数降低速率会进一步提升。以一般砂土为例，其内摩擦角通常保持在20°～25°，设定墙背处于直立状态，当内摩擦角由25°提升至35°条件下，其主动土压力系数会由0.447 下降至0.246，下降幅度为45%，同时主动土压力数值也会同步下降45%，进而实现提升挡土墙安全性以及稳定性的目标。

由此可知，利用灌浆方式进行加固处理的过程中，只要灌浆满足一定均匀性要求，且灌浆之后土体可以形成较好的固结体，土体内摩擦角也会随之提升，进而达到加固目的。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

为详细说明灌浆方式在挡土墙加固中的应用方式，本文选取某工民建工程作为案例进行说明。该工程在建设过程中设计应用毛石挡土墙结构，其最低挡墙面距办公楼仅1.5 m。该挡土墙在建成一年后即出现较为严重的质量问题，如果不进行加固处理，可能会对办公楼的建筑安全性造成威胁。考虑到墙体与建筑之间仅留有1.5 m 左右的空间，施工限制较大，施工单位在经过综合考虑后决定采用墙后填土灌浆方式。

3.2 加固方案

施工单位在经过综合考虑后，决定在填土区域布置灌浆孔，设计规格为横向以1 m为间隔设计3 排灌浆孔，纵向以1.5 m 为间隔设置1 排灌浆孔，孔深以及墙高保持一致。施工单位设计人员在实际工作过程中对灌浆范围进行详细计算。依照墙体高度对灌浆深度进行计算，同时依照库伦土压力破坏角度在水平方向上确定楔形区域。经过计算后可知，在墙后加固范围中，横向范围为b+htan(45°-φ/2)。在案例工程中，考虑到上部挡土墙空间限制较大，因此灌浆范围有限，仅能在上下两档挡土墙之间的马道范围进行灌浆作业。

为确保灌浆效果达到预期设计标准，促使浆液充分渗入至土体孔隙之间实现提升土体固结度和土体内摩擦角，同时也为保障施工过程中可以对灌浆质量进行定量控制，施工单位在纵向采用分段控制方法，依据9 m 间隔进行灌浆段划分，确保各段两端灌浆孔呈现密布局面。同时在横向上依据200 mm 间隔，利用化学灌浆形成隔断，同时每段中部采用水泥净浆进行灌浆作业。

案例工程施工过程中所采用原料为某品牌XT408 系列超细水泥基灌浆料。该系列原料具备粘度低、渗透性好以及流动性强的优势，同时在强度形成效率方面也远超其他材料。在完成化学灌浆作业后，施工单位再纵向对每个灌注段进行隔断处理，使其形成独立的灌浆区，并对其进行分别灌浆。通过精准控制灌浆量，确保每个区段的充填效果以及灌浆质量达到预期设计要求，进而实现提升土体内摩擦角的设计要求[5]。

各独立区段的灌浆量计算公式为式（4）。

式中，Q表示灌浆量，表示有效充填系数；A和L分别表示灌浆范围墙后填土截面面积以及灌浆段分段长度；n表示土体孔隙率。

依据其他工程经验，当各分段灌浆量控制在1.1～1.3Q 条件下，可以得到较好的土体孔隙填充效果。因此，案例工程在施工过程中依据1.1～1.3Q 的量对各分段进行灌浆作业。

3.3 加固效果

案例工程在完成灌浆作业后，为确保挡土墙土体加固效果达到设计预期水准，施工技术人员采用钻孔抽芯法，在挡土墙后填土区域随机选取3 个部位进行取芯作业，并对样品进行检验。最终检测成果显示，芯样完整性、水泥土胶结程度以及均匀性均达到预期成效，固结后水泥土强度得到显著提升。

案例工程在2018 年12 月施工完成，施工单位对挡土墙表面进行喷混凝土修复。该墙体至今仍可正常使用，其加固作业前存在的鼓肚子现象未继续发展，墙面完整性保持良好。由此可见，对挡土墙采用灌浆加固效果良好，其加固目的达成。

3.4 加固安全措施

3.4.1 施工现场安全管理

管理单位需要结合施工现场实际情况，建立一套完善的施工安全管理与预防制度，全面提升施工现场安全管理工作质量。管理人员应严格遵守安全管理制度，履行自身职责，确保每一个细节都能得到重点关注，以达到提高施工现场安全度的目的。从目前实践效果来看，想要确保施工现场安全，必须确保安全管理制度科学合理并且符合施工现场实际情况，保证施工各环节建设有制可依，让安全管理工作在施工中发挥作用。

3.4.2 施工人员安全教育

一线施工人员是安全生产的基础，因此施工单位必须注意切实增强一线施工人员的安全意识，比如在施工开始之前通过多种形式的安全培训活动取代传统灌输式安全教育，让一线施工人员产生共鸣，形成安全生产意识。另外，施工单位还可以组织具有一定专业水平的施工人员共同研究施工图纸。借助施工人员的工作经验并结合施工图纸，对施工过程进行改进。通过一线人员参与施工方案制定的方式可以有效提高施工人员专业技能，这也是一种提高施工人员安全意识的办法[6]。

3.5 加固技术措施

3.5.1 加筋土挡土墙加固

在实际进行挡土墙加固作业过程中可以依照实际施工需求，采用预应力锚索对起两侧进行架构，张拉锚固顺序应严格遵循自下而上进行逐束张拉，并同时进行水泥浆灌注作业。在实际作业过程中应确保每根钢绞线张拉控制力在40 kN，在张拉方式上应注意采用单侧拉张。

3.5.2 对拉锚索加固施工

对张拉锚加固施工的主要难点集中在高空作业以及钻孔精度控制等方面。在实际进行作业过程中应注意选择科学的钻机，一方面要满足轻便的要求，另一方面还需要注意既能钻石头和钢筋混凝土又能避免拉筋带缠绕的机具要求。我国根据施工的实际情况投入科研力量进行技术攻关，设计了分体式钻机。该钻机采用动力43 kW 发动机和液压传动的方式，能够满足施工需要。该钻机动力部分放在地面，钻机机头放在定做的液压升降平台上，同时该机还配备了先进的定向装置。

4 结语

挡土墙灌浆加固已经成为当前行业内重点研究内容，本文在研究中基于土力学理论充分研究了挡土墙填土区域灌浆加固方式。在结合实际案例进行探索后，可以得出以下结论：第一，在对挡土墙施工情况、墙后填土形成过程进行综合研究的基础上可以验证基于库伦土压力理论的设计更具价值；第二，在挡土墙填土区域进行灌浆可以有效固结土体，提升其内摩擦角，进而实现加固墙体的作用。