某大型抗滑擋墻開裂原因分析及處置

劉麟

（湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070）

某大型抗滑擋墻開裂原因分析及處置

劉麟

（湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070）

某滑坡前緣大型抗滑擋墻開裂變形誘因復雜。文章基于監(jiān)測、施工、檢測資料，綜合分析認為某擋墻開裂系上部堆料產(chǎn)生的局部土體擠壓剪切變形所致。堆載、施工弱面、墻后填料差、排水不暢等因素為直接誘因。采取了“錨固＋排水＋控制堆載＋監(jiān)測”的綜合處理措施，效果良好。

大型抗滑擋墻；開裂；原因分析；處置

1 工程概況

西南某水電站近壩左岸發(fā)育有一大型崩滑體，滑體物質成分主要為粘土夾塊碎石，自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于施工場地布置需要，滑體前緣地形平坦部位被利用作為砂石骨料系統(tǒng)堆場進行堆料，堆料高度一般為 15～25 m。崩滑體前緣料場布置典型剖面（橫河向）見圖 1。

圖1 崩滑體前緣料場布置典型剖面

2 支擋結構典型剖面

由圖1可知，崩滑體前緣局部穩(wěn)定直接影響料場運行安全。分析表明，堆載條件下崩滑體前緣局部穩(wěn)定性不夠。為確保料場施工期運行及邊坡坡腳公路通行安全，設計采用抗滑擋墻進行前緣支擋，順河向起止樁號為壩 0＋200～0＋821 m，長約621 m。支擋結構為衡重式 C20 混凝土擋墻，墻高6.5～8.5 m，墻頂寬 1.0 m，墻面坡度 1∶0.55，墻背直立。墻前趾懸挑長 1.5 m，厚 1.0 m。衡重臺一般高于前緣出露的滑帶 1.0～1.5 m，臺寬 2.0 m，臺厚2.5 m。墻基設 2 排 3φ32 錨筋樁，間距 2.0 m，深入基巖 15.0 m。墻體設上、下 2 排排水孔，孔徑 φ76 mm，孔排距 2.5 m×2.5 m。墻后回填級配良好的碎石土，并于墻背設 30 cm 厚的反濾碎石層。另外，為監(jiān)控前緣抗滑擋墻在施工期及運行期穩(wěn)定性，在墻體內(nèi)布置了擋墻錨桿應力計、雙向應變計，在墻后坡體內(nèi)布置了測斜管等。衡重式抗滑擋墻典型剖面，見圖 2。

圖2 支檔結構典型剖面

3 抗滑擋墻開裂及坡體變形

1）擋墻開裂

前緣抗滑擋墻實施完成后，堆載期間，擋墻部分墻段剪切開裂。2009 年 10 月，監(jiān)測外觀巡查發(fā)現(xiàn)，崩滑體前緣抗滑擋墻 （樁號壩 0＋370～0＋432 m）局部發(fā)生變位、裂縫。根據(jù)地質現(xiàn)場素描及現(xiàn)場查勘判定，破壞形式主要表現(xiàn)為 2條沿混凝土澆筑層面（①衡重臺截面，距墻頂 5.0 m；②頂截面，距墻頂 1.8～2.0m）呈水平向展布的裂縫，裂縫長度分別達 40.0 m，21.0 m，局部剪切錯臺達 15 cm。

2）坡體變形

與擋墻開裂相對應的是墻后坡體出現(xiàn)明顯剪切變形。監(jiān)測表明，前緣毛料堆場坡腳（高程 438～435 m）的 2 支測斜管 IN 09DYB 及 IN 12DYB 在滑帶處位移變化明顯，甚至出現(xiàn)測斜管被剪斷的情況（后補充埋設），說明前緣坡體出現(xiàn)明顯剪切變形跡象。

3 開裂原因分析

前緣抗滑擋墻開裂變形誘因復雜，例如：前緣開挖切腳、中部清挖筑路、后緣房建場平、擋墻雨季搶工修建、墻后填料未壓實、排水不暢、上部堆載等均有可能對擋墻破壞造成影響。與破壞過程相對應的監(jiān)測及施工、檢測資料如下。

3.1 堆載期間錨桿應力顯著增長

2009 年 10 月，墻基 R 02DYB（樁號壩 0＋295）、R 04DYB（樁號壩 0＋405）2 支錨桿應力增長顯著，達 6～8 MPa/d，前緣抗滑擋墻樁號壩 0＋370.00 m～壩 0＋432.00 m 段隨即發(fā)生了沿混凝土澆筑層面剪切破壞的情況。在此期間，前緣坡頂正好處于堆料施工高峰期，其它影響因素并無顯著變化。顯然，堆載是導致?lián)鯄羟衅茐牡闹苯右蛩亍?/p>

3.2 堆載期間測斜位移顯著變化

2009年10月，墻后坡頂（堆載坡腳）測斜（IN 09DYB，IN 12DYB） 位 移 變 化 明 顯 ， 墻 基 R 04DYB 及R 05DYB 錨桿應力增長迅速，前緣坡體出現(xiàn)裂縫，擋墻剪切破壞。后停止堆載，測斜管位移緩慢增長，并趨于穩(wěn)定。說明堆載直接導致了前緣局部坡體的擠壓剪切變形，近而使得擋墻剪切破壞。

3.3 施工質量有問題

經(jīng)混凝土鉆孔取芯及力學試驗、墻后填料開挖檢查及壓實度檢測，并結合現(xiàn)場施工照片與記錄，綜合判定：①擋墻澆筑時，沿衡重臺（距墻頂約5 m）、頂截面（距墻頂 2 m）的 2 個倉面鑿毛不夠，形成弱面；②墻后直接堆填粘土（設計要求碎石土），壓實度不滿足要求；③排水孔反濾不暢，墻面排水孔均為干孔，墻后水壓力難以消散。

綜合分析認為，在上部快速堆載作用下，墻后未壓實的填料土體受到擠壓剪切變形，直接導致墻體沿澆筑弱面剪裂破壞。堆載、施工弱面、墻后填料差、排水不暢等因素為直接誘因，其它因素為間接誘因。

4 處理措施

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，針對堆載、施工弱面、排水不暢、墻后填料差等主要誘因，綜合采用“錨固＋排水+控制堆載+監(jiān)測”等綜合措施對前緣抗滑擋墻進行處理，具體措施如下。

4.1 錨 固

1）墻頂錨筋樁：抗滑擋墻全墻段墻頂布置 1排3φ36mm 錨筋樁，孔距 2.0 m，孔深 12 m。

2）墻面格構錨梁：沿擋墻每個分縫段為 12 m，在墻面增設豎向3列、橫向2排鋼筋混凝土格構梁系和 2 排 1 500 kN 級預應力錨索，錨索布置于格構梁節(jié)點處，錨墩與錨梁結合。

3）墻面錨索：在墻面鋼筋混凝土格構梁節(jié)點處布置 2 排 1 500 kN 級二次拉力分散型錨索。錨索長度一般為 25～32m，內(nèi)錨固段長一般為 12m。錨索鉆孔孔徑 φ150 mm，下傾 26°，張拉鎖定荷載300 kN。墻面格構梁及錨索立面布置，見圖 3。

4.2 排 水

1）墻后砂井：沿擋墻后緣每個分縫段（10～12 m）布設 1 個城門洞形排水砂井，內(nèi)徑 1.2m。砂井內(nèi)回填粗砂，與墻體排水孔一起構成擋墻排水系統(tǒng)。

2）墻面排水孔：在與砂井對應位置的墻體上增設墻體排水孔，上、下各 1 個，穿入砂井內(nèi)。新增排水孔與原排水孔（重新掃孔） 基本形成 2.5 m× 2.5 m 孔排距的矩形布置型式。

圖3 墻面錨梁及錨索布置示意（立面）

4.3 控制堆載

1）嚴格控制堆載高度（一般不大于 20 m）及堆載水平距離，堆料前緣邊界距擋墻上部斜坡頂現(xiàn)開口邊線不小于 15 m。

2）適當降低堆載速率：分層堆載速率一般按不大于 0.3～0.5m/d 控制，做到合理堆料、及時用料。

4.4 監(jiān) 測

布置 7 個墻頂水平位移測墩、16 臺錨索測力計、15 支測斜管、7 支擋墻錨桿應力計，形成監(jiān)測體系。加強監(jiān)測，及時預警。

5 結語

1）某擋墻開裂系上部堆料產(chǎn)生的局部土體擠壓剪切變形所致。堆載、施工弱面、墻后填料差、排水不暢等因素為直接誘因，其它因素為間接誘因。

2）“錨固＋排水+控制堆載+監(jiān)測”的綜合措施效果良好。監(jiān)測成果表明，后續(xù)堆載運行期間，坡頂測斜、墻基錨桿應力、墻頂水平位移及墻身錨索測力等監(jiān)測數(shù)據(jù)均處于收斂狀態(tài)，前緣抗滑擋墻穩(wěn)定可靠。

3）墻頂設置 3φ36 mm 錨筋樁，墻面布置鋼筋混凝土格構梁及 2 排 1 500 kN 級錨索，通過主動對墻體施加錨固力，可有效增強剪切破壞段墻體的整體性，提高前緣抗滑擋墻的抗滑及抗傾穩(wěn)定性，確保工程安全可靠。

4）墻后設置砂井及墻面排水深孔，能有效降低坡體前緣地下水位，及時排出坡體地下水及墻后積水，減小墻后土水壓力。

5）堆載對坡體粘土（夾塊碎石土）具有排水固結效應，隨著時間的推移，土體抗剪強度參數(shù)提高，墻后土壓力相應減小。支擋設計時如何考慮利用這一有利因素，值得探討。

［1］程良奎.巖土錨固的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.巖石力學與工程學報，2001，34（3）：7-12.

［2］SL 386-2007，水利水電工程邊坡設計規(guī)范［S］.

［3］DL/T 5176-2003，水電工程預應力錨固設計規(guī)范［S］.

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2014-02-11