老舊擋土墻破壞類型及治理實例探析

林 樞

(福建省地質工程勘察院 福建福州 350002)

0 引言

重力式擋土墻，是依靠墻體自身重力抵抗土體側壓力使邊坡保持穩定的支護結構。由于其取材方便，施工簡單，是我國常用的一種支護結構。在上個世紀，福州市區內需要削坡支護的區域，幾乎都采用重力式擋土墻進行支護，其墻身一般為干砌或漿砌塊石，形狀一般做成簡單的梯形，高度大部分在8 m以下。隨著時代發展，因地質環境因素影響或各種不利的外力作用，一些老舊擋土墻開始顯現失穩破壞的跡象。如墻身鼓脹開裂、砌體局部掉塊、甚至整體倒塌等，說明擋土墻存在有安全隱患，需及時進行加固治理或者翻新重建。

1 市區老舊擋土墻常見破壞類型

筆者對福州市區內老舊擋土墻出現的破壞跡象進行了調查，總結出3種主要破壞類型：土壓力作用破壞、地基沉降變形破壞、植物根系劈裂破壞。

1.1 土壓力作用破壞

在外觀上，主要表現為墻身鼓脹拱起，鼓脹位置主要在墻身中下部，這是因為墻后土壓力的合力位于此部位所致。導致此類破壞的主要原因有：a.墻體本身設計施工質量問題，早期修建擋土墻由于缺失設計經驗，實施的墻身尺寸偏小或擋土墻施工中塊石壘砌不合格，導致墻體無法攔擋土壓力；b.墻身排水不暢或生活用水長期滲漏，導致墻后土體軟化，土壓力增大，甚至導致擋土墻突然倒塌；c.后期墻頂地面填土加高，導致墻后土壓力增加。

1.2 地基沉降變形破壞

在外觀上，擋墻墻身會出現“正八字形”裂縫，墻角出現“倒八字”形裂縫，此類裂縫往往是上下平齊的，沒有前后錯位，但在部分實例中，由于存在土壓力共同作用，裂縫也會出現前后錯位現象。導致此類破壞主要原因，是修建擋土墻時，忽略對擋土墻地基的處理，導致部分擋土墻基礎落在填土上面，隨著填土密實下沉，導致墻身開裂。

1.3 植物根系劈裂破壞

在外觀上主要表現為墻頂2 m以內區域鼓脹開裂，勾縫掉落，甚至部分石塊松動。此類大部分由墻頂喬木根系劈裂作用導致，喬木主要為榕樹、構樹、毛竹、白玉蘭等。早期為了景觀綠化，人們往往在墻頂地面靠近擋土墻位置種植喬木，經過四五十年的生長，樹木根系發達膨脹，根系擠壓附近的擋土墻，使墻身鼓脹開裂。該類破壞由于變形位置在擋墻上部，可采用移植喬木及重修上部擋土墻等措施進行治理。

2 老舊擋土墻的治理實例

對老舊擋土墻的加固治理措施，有地基及基礎加固、墻身加固、墻背填土置換[1]、錨桿框架加固[2]、化學灌漿，或水泥攪拌樁改善墻后填土區[3]、墻身注漿[4]等。對市區內老舊重力式擋土墻的治理，往往會受到既有建筑物或地下管線的布置、地形地貌、地質條件等諸多方面因素的限制，應根據不同的破壞類型與環境條件采用不同的治理方案?，F筆者選取四個老舊擋土墻加固實例分析介紹，并評述其方案特點和設計計算模型。

2.1 墻身錨桿框架加固

擋土墻位于某小區西側，高約6 m，厚約1.2 m，修建于1996年，為干砌塊石仰斜式重力擋土墻。擋墻面有水泥勾縫，墻面苔蘚遍布，現狀擋墻中部已出現鼓漲變形，部分勾縫脫落，最大鼓脹約8 cm，范圍寬約5 m，擋墻頂磚砌圍墻已出現開裂變形。跡象表明，該擋土墻區域多水潮濕，墻后土壓力變大導致墻體出現變形破壞跡象。

該實例屬于第一種破壞類型。根據勘察資料，該處擋土墻地基滿足要求，但擋土墻上方為另一小區道路，沿道路分布有自來水、電力、電信及煤氣等管道，坡體不能開挖，因此采用錨桿框架加固治理方案。錨桿穿過擋土墻，錨固于殘坡積礫質粘性土層，外側與鋼筋混凝土框架梁連接，框架梁不僅可傳遞錨桿的力至墻體，增加墻體的穩定性，還可把墻體緊密連接在一起，增加干砌塊石墻身的整體性；同時坡體設置深部仰斜排水管，墻頂設置輕質鐵柵欄，如圖1～圖2所示。該方案對場地的擾動最小，且能對擋土墻進行有效加固，治理效果明顯。

圖1 錨桿框架加固剖面示意圖

圖2 加固治理后的擋土墻

該方案計算模型為邊坡穩定性計算，計算公式采用簡化Bishop法。由于雜填土與擋土墻無法取樣得到其準確的抗剪強度指標，因此，先根據邊坡現狀的穩定性，反算得到其抗剪強度，再對邊坡施加錨桿再進行穩定性驗算，使其計算得到的穩定系數大于規范規定的安全系數。

2.2 拆除重建擋土墻

擋土墻總長約75 m，高6 m～8 m，厚約1.5 m，為干砌塊石仰斜式重力擋土墻，墻腳為某老年公寓，距最近公寓樓約5.5 m，墻頂空地為某駕校訓練場地。場地原為一處山間溝地，1998年填土造地，在溝谷橫向砌筑一道擋土墻，墻前后填土造地，由于地形為山間谷地，場地整平后，墻前填土厚度0 m～4 m不等。推測填土厚的區域擋墻基礎未進行有效的處理，且擋墻尺寸偏小，現局部擋墻中下部已出現鼓漲變形，鼓脹5 cm～10 cm，變形范圍寬約30 m。由于墻身為干砌塊石，未能發現明顯開裂裂縫，墻體已出現整體結構破壞跡象。

該實例屬于第一種與第二種混合破壞類型。由于墻后有大量的填土，錨桿加固方案沒有理想的錨固地層，但場地有開挖放坡空間，因此采用全部拆除重建擋土墻方案。重建擋土墻采用C20毛石砼砌筑，高6 m～8 m，其中埋深1 m，厚約2.5 m，部分填土較厚區域，采用漿砌塊石換填地基，如圖3所示。

圖3 重建擋土墻剖面示意圖

該方案計算模型為重力式擋土墻的驗算，墻后土壓力計算采用庫倫土壓力法，復核墻體同時滿足抗滑移、抗傾覆及地基承載力的要求，部分地基無法滿足承載力的要求時，采用漿砌塊石換填地基。

2.3 預應力錨索抗滑樁加固

擋土墻位于某小區北側，修建于2002年。該場地原為一處突出斜坡，擋土墻采用上下層砌筑，下層擋土墻坡腳為小區上坡道路，上層擋土墻坡腳距下層擋土墻3 m～5 m，不含埋深高5 m～6 m，漿砌塊石擋土墻。2015年，居民發現上擋墻東北側陽角處發生變形開裂，墻體下部鼓脹變形，墻身出現“正八字形”裂縫，墻頂地面出現橫向裂縫，顯示該處墻體變形下沉外移，墻體結構開始出現破壞，一旦失穩，將直接威脅該處居民的生命財產安全。

該實例屬于第二種破壞類型。根據勘察及現場調查資料，該處填土厚7 m～10 m，推測該處上擋墻基礎位于填土上，擋土墻地基承載力無法滿足安全要求，因此無法采用錨桿框架進行加固；墻頂地面分布管線及建筑物，也不具備拆除重建的條件，最終治理方案采用預應力錨索抗滑樁進行加固，不僅可以對破壞的擋土墻進行加固，還可以增加該處擋土墻的整體穩定性。在擋土墻外側設置預應力錨索抗滑樁，樁長15 m，間距3 m，樁頂設置冠梁及預應力錨索，高度至擋土墻中部，樁身與擋土墻間設置混凝土擋板以保護錨索，樁間設置擋板，板后回填砂土并壓實，以有效傳遞抗滑樁力至墻身，如圖4所示。

圖4 錨索抗滑樁剖面示意圖

該方案計算模型為預應力錨索抗滑樁的計算。首先根據邊坡現狀的穩定性，采用簡化Bishop法，自動搜索最危險滑裂面，反算得到素填土與擋土墻的抗剪強度，然后采用傳遞系數法，計算出設置抗滑樁位置處的樁后下滑力與樁前抗滑力。將該處計算出的剩余下滑力與庫倫土壓力大小進行比較，發現本例中庫倫土壓力大于剩余下滑力。最后計算庫倫土壓力作用下的預應力錨索抗滑樁，抗滑樁與預應力錨索強度同時滿足規范要求即可。

2.4 樁托擋土墻

該場地原為一處斜坡，2009年在坡腳修建擋土墻，該擋土墻地面以上高約10.5 m，厚約1.5 m～3 m，為漿砌塊石仰斜式重力擋土墻，墻后回填雜填土至標高42.5 m，坡腳填土至標高31.8 m，填土最厚約12 m，填土下伏地層為砂土狀強風化花崗巖，坡頂修建有小區樓房，7層，框架結構，樁基礎，距擋土墻最近的距離約5.5 m，墻頂地面有一條污水管網通過。由于該處為填方區域，在使用過程中，該處地面就出現沉降現象，水泥地板開裂，大量地表水匯集該處下滲坡體。且該處污水管由于地面沉降使其開裂，導致大量污水長期入滲坡體，使土體軟化，大大增加了墻后土壓力。2019年7月10日，直接導致擋土墻倒塌，倒塌區域寬約30 m，如圖5所示。所幸坡頂樓房采用樁基礎，在隨后監測過程中未發現變形跡象。

圖5 擋土墻倒塌后的邊坡

該實例屬于第一種與第二種混合破壞類型。由于該處擋土墻已經發生倒塌破壞，且距樓房很近，坡體土質為雜填土，無法放坡開挖重建擋土墻。該處地層主要為雜填土，樓房區域樁基密集錨桿也無法施工。最終治理方案采用樁托擋墻形式進行治理，樁基采用雙排樁，其平面上采用品字形布置(圖6)，治理范圍向兩側未倒塌擋土墻適當延伸3 m。在滑塌土體上直接采用人工挖孔施工樁基，人工開挖的土體堆積于下方坡腳，起反壓作用，待樁與承臺施工完畢，最后開挖坡腳土體。

圖6 樁托擋土墻剖面示意圖

該方案計算模型主要分兩部分進行計算。第一部分，復核樁頂的擋土墻應滿足抗滑移與抗傾覆要求，作用力為庫倫土壓力，樁基豎向承載力特征值應滿足擋土墻與承臺豎向荷載的要求；第二部分，對雙排抗滑樁強度進行復核：首先根據滑塌后邊坡現狀的穩定性，采用簡化Bishop法，自動搜索最危險滑裂面，反算得到雜填土的抗剪強度，然后采用傳遞系數法，計算出回填后，設置抗滑樁位置處的剩余下滑力，并與庫倫土壓力大小進行比較，發現本例中剩余下滑力大于庫倫土壓力。對于雙排樁抗滑樁的計算，抗滑樁平面上采用品字型布置，為了簡化計算，計算模型簡化為單排懸臂樁計算，間距取2 m，在剩余下滑力的作用下，復核抗滑樁強度滿足規范要求。

3 結論

對老舊擋土墻的加固治理措施多種多樣，本文對前述4個擋土墻加固實例進行分析探討，目的是說明根據不同的破壞類型結合地質條件、地形地貌及周邊環境條件，應通過技術論證或方案比較選用，采用不同的加固治理方案。當然其適用條件是不同的，可以單獨使用也可以聯合應用。擋土墻加固設計，特別是市區內的擋土墻，除了要考慮地形地貌、地質條件、施工技術條件、場地制約條件和環境影響等，還要考慮經濟條件如工程投資、建設工期等。