某加筋土擋墻開裂傾斜原因分析及研究

范衛(wèi)琴，何麗娟，張紅章，朱春筍

（1.三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院，福建 三明 365004；2.湖北省水利水電科學(xué)研究院，湖北 武漢430070；3.重慶永固建筑科技發(fā)展有限公司，重慶404100）

某加筋土擋墻開裂傾斜原因分析及研究

范衛(wèi)琴1，何麗娟2，張紅章1，朱春筍3

（1.三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院，福建 三明 365004；2.湖北省水利水電科學(xué)研究院，湖北 武漢430070；3.重慶永固建筑科技發(fā)展有限公司，重慶404100）

通過對山西晉城市某段加筋擋土墻工程進(jìn)行土質(zhì)、地下水、變形、垂直度的勘探與檢測，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算分析，揭示擋墻開裂主要因?yàn)閴筇钔敛幻軐?shí)，從而造成填土似摩擦系數(shù)降低，減弱加筋帶與土體之間的摩擦力，且土體由于本身自重固結(jié)及墻體排水不通暢引起少量外來水下滲導(dǎo)致墻后填土主動土壓力增大，即墻體排水不暢致使填土含水率過大，從而降低了填土的內(nèi)摩擦角、粘聚力及似摩擦系數(shù)，致使加筋帶與土體之間產(chǎn)生相對變形等問題。

土工格柵；擋土墻；裂縫；傾斜

加筋土擋墻利用土體與加筋體之間的摩擦力，能改善擋墻的變形能力和穩(wěn)定性，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)性，在工程領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，特別是作為高大擋墻［1-4］。但由于其作用機(jī)理的復(fù)雜性，以及設(shè)計(jì)施工等方面的原因，加筋土擋墻變形垮塌等病害也較為常見。因此，分析研究此類問題的破壞機(jī)理，對工程研究、設(shè)計(jì)、施工等領(lǐng)域具有一定的指導(dǎo)意義，文章將從山西晉城市某擋土墻變形病害出發(fā)，分析研究擋墻產(chǎn)生變形的根本原因，并提出了加固補(bǔ)強(qiáng)方法。

1　工程概況

山西晉城市某段加筋擋土墻工程，擋墻高度5～15 m，采用鋼塑土工加筋帶，其參數(shù)如表1［5-6］，全墻加筋體呈梅花狀交錯布置，垂直于墻面，呈扇形輻射狀鋪筑于壓實(shí)平整的填土上，墻面板后設(shè)置80 cm厚碎石反濾層，擋墻分段長度不大于20 m，沉降縫寬2～3 cm，墻面設(shè)置排水縫，由面板豎縫干砌而成，間距4～6 m，縫寬不小于1 cm，除排水縫外其余部位均坐滿砂漿，砂漿強(qiáng)度不低于M7.5。

表1　土工格柵參數(shù)表

在運(yùn)營過程中，該擋土墻墻體多處出現(xiàn)裂縫，寬度在3～30 mm之間，主要分布于帽石及混凝土擋墻與加筋土擋墻結(jié)合縫處，導(dǎo)致該處面板之間的錯臺超過5 mm，且墻體出現(xiàn)明顯傾斜現(xiàn)象，路面及地基無明顯橫向斷裂或開裂，墻體排水不暢。

2　現(xiàn)場測量與試驗(yàn)檢查結(jié)果

根據(jù)規(guī)范［7］并結(jié)合工程實(shí)際情況，現(xiàn)場測量與試驗(yàn)主要從填料性質(zhì)、地形地物、地下水、土體承載能力、強(qiáng)度與地基變形計(jì)算參數(shù)、墻背填土的穩(wěn)定性及對加筋土擋墻穩(wěn)定性影響，并對變形和垂直度等指標(biāo)進(jìn)行了檢測，分析研究造成墻體開裂傾斜破壞的真正原因。

2.1地質(zhì)勘查資料

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查、鉆探等資料表明，工程所在地屬于丘陵階地地貌單元，地形東高西低成緩傾狀，勘察深度范圍內(nèi)，場地內(nèi)主要存在的巖土層為第四紀(jì)新近人工堆積（Q42 ml）的填土層（屬于壓實(shí)填土），第四紀(jì)新近人工堆積的漿砌片石基礎(chǔ)、第四紀(jì)晚更新世沖積（Q3al）形成的粉質(zhì)粘土層。主要巖土層如表2所示。根據(jù)對周邊環(huán)境的調(diào)查了解結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，綜合分析場地及其周邊不存在有影響的崩塌、地面塌陷、沉降、泥石流、地面裂縫等影響場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。

表2　巖土層工程土質(zhì)情況表

2.2場地地下水情況

根據(jù)勘察鉆孔資料顯示，在鉆探深度范圍內(nèi)未揭露有明顯的地下水；考慮到該項(xiàng)目路基填土的特殊性，結(jié)合地形特征及所取土試樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，部分路基填土在豐水期或雨季時(shí)受外來水垂直滲透影響，局部可能會存在少量的土體裂隙水。根據(jù)場地所處地段結(jié)合規(guī)范［7］，綜合判定場地的環(huán)境類型屬于III類。

根據(jù)現(xiàn)場取土樣所得的腐蝕性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表3所示，顯示場地內(nèi)主要存在的土層對混凝土具有微腐蝕性影響，對混凝土中的鋼筋具有微腐蝕性影響。

表3　土樣的腐蝕性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.3人工填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

依據(jù)規(guī)范［7］，本次勘察中地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)均以所劃分的土層為單元，以單個數(shù)據(jù)為子樣進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)過程中，巖土參數(shù)的置信水平值P按0.95考慮［8］，選用子樣超過6個時(shí)，提供子樣數(shù)、最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)；子樣不足6個時(shí)提供子樣數(shù)、最大值、最小值和平均值。人工填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位測試、場地內(nèi)主要土層抗剪強(qiáng)度分別見表4～6。經(jīng)外觀檢查，該工程外側(cè)面結(jié)構(gòu)布置的基礎(chǔ)、墻身、帽石及混凝土擋土墻的布置與設(shè)計(jì)基本相符，但墻身排水設(shè)施無明顯排水跡象。

表4　人工填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表5　原位測試成果統(tǒng)計(jì)表

表6　場地內(nèi)主要土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.4變形監(jiān)測結(jié)果

采用全站儀對該工程的變形進(jìn)行檢測，抽檢比例為每10 m檢測一個斷面。結(jié)果如圖1所示。通過觀測該工程路面及地基無明顯橫向斷裂或開裂可知，該工程基礎(chǔ)無明顯沉降。

圖1　擋土墻變形監(jiān)測結(jié)果（h為墻高）

2.5垂直度監(jiān)測結(jié)果

使用全站儀測量擋土墻某一斷面上下兩點(diǎn)的坐標(biāo)，每10m檢測一個斷面，計(jì)算出墻頂相對于墻底的南北軸線方向偏差。監(jiān)測結(jié)果如表7所示。

表7　擋土墻垂直度檢測結(jié)果

2.6擋土墻承載能力及穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)勘察結(jié)果，取有代表性的參數(shù)，見表8，運(yùn)用理正巖土數(shù)值分析軟件的應(yīng)力分析法，在最不利組合條件下，進(jìn)行擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定性和外部穩(wěn)定性驗(yàn)算。計(jì)算的結(jié)果如圖2和表9所示。

表8　驗(yàn)算擋土墻穩(wěn)定性所需參數(shù)設(shè)定

表9　外部穩(wěn)定性驗(yàn)算分析結(jié)果

3　原因分析與研究

（1）變形、垂直度及外觀檢測結(jié)果表明：該工程所測斷面的變形量在43.92～390.21mm之間，方向?yàn)榇怪庇趬γ娣较?，變形從底部至頂部逐漸增大，頂部變形最大，面板坡度偏差超過允許偏差（+0，-0.5%）范圍；監(jiān)測地基無明顯沉降，混凝土路面無明顯斷裂下沉現(xiàn)象，說明墻體變形以垂直擋墻向外側(cè)膨出變形為主，地基承載力良好。

（2）根據(jù)地勘、地下水等資料，場地內(nèi)填土屬于壓實(shí)填土，回填土料采用土質(zhì)干凈的黃褐色～棕紅色粉質(zhì)粘土分層壓實(shí)回填，回填厚度約為 7～15 m左右，加筋擋土墻墻背填土整體標(biāo)貫試驗(yàn)數(shù)據(jù)為7～14擊左右，其中墻體開裂段人行道路面下5 m左右的位置，其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比其它部分偏低，為7擊左右，綜合分析該部分填土在回填施工時(shí)未控制好壓實(shí)系數(shù)。

圖2　內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算分析結(jié)果

（3）場地勘察范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的地下水賦存，從所取土樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，壓實(shí)填土其含水率（ω）介于18.2%～27.2%之間。在現(xiàn)狀路面下4～6m的位置，其土層的含水率為26%～27%左右，屬于濕類土，大于回填土料的最優(yōu)含水率，對應(yīng)的干密度介于1.47～1.51 g/cm3之間，小于回填土料的最大干密度［9］，且外觀判斷該段擋墻排水設(shè)施無明顯排水跡象，說明擋墻排水系統(tǒng)存在堵塞等病害。

（4）圖2可以看出：少數(shù)筋帶結(jié)點(diǎn)抗拔穩(wěn)定不滿足要求：如4號格柵拉力設(shè)計(jì)值=15.607＞11.882 （kN）；部分筋帶截面抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算不滿足要求：如16號格柵拉力設(shè)計(jì)值=28.710＞24.774（kN）。且全墻抗拔不滿足要求：最小安全系數(shù)=1.321＜2.000，依據(jù)該工程現(xiàn)狀下的參數(shù)（考慮排水不暢影響），該工程除少數(shù)筋帶結(jié)點(diǎn)抗拔穩(wěn)定性不滿足安全性要求、筋帶截面抗拉強(qiáng)度不滿足安全性要求及全墻抗拔承載力不滿足安全性要求外，其他均滿足使用要求。

表9計(jì)算結(jié)果表明抗傾覆、抗滑移以及擋土墻下地基承載力在原設(shè)計(jì)方案下能正常工作。即如不考慮排水不暢影響，經(jīng)按原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，該工程安全性滿足使用要求。所以，墻體填料含水量的增加，一方面導(dǎo)致土體施加給墻體的土壓力增加，同時(shí)降低土體與加筋帶的摩擦力，降低墻面板的錨固性能，引起墻體外膨及開裂。

鑒于以上原因，工程采取了預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)，來彌補(bǔ)加筋材料抗拉力和墻體內(nèi)部穩(wěn)定性不足等問題，墻外采用框架格梁形式增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性，同時(shí)，采取增補(bǔ)及疏通等方式，完善排水設(shè)施，及時(shí)排除墻體內(nèi)的水分。

4　結(jié)論

（1）通過墻體頂部變形最大、地基無明顯沉降的特征表明：擋墻的地基承載力足夠，擋墻變形是由于墻后土體主動土壓力偏大導(dǎo)致。

（2）部分回填土標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果表明：施工時(shí)未控制好壓實(shí)系數(shù)。土體不密實(shí)導(dǎo)致加筋帶與人工填土之間的摩擦系數(shù)（似摩擦系數(shù)）減小，加劇減弱加筋帶與土體之間的摩擦力，致使加筋帶與土體之間產(chǎn)生相對變形，從而致使墻體開裂。

（3）外觀發(fā)現(xiàn)擋墻排水設(shè)施無明顯排水跡象，說明排水系統(tǒng)堵塞。

（4）依據(jù)該工程現(xiàn)狀下的參數(shù)（考慮排水不暢影響），經(jīng)理正軟件計(jì)算，該工程少數(shù)筋帶結(jié)點(diǎn)抗拔穩(wěn)定性不滿足安全性要求；筋帶截面抗拉強(qiáng)度不滿足安全性要求；全墻抗拔承載力也不滿足安全性要求。

（5）經(jīng)計(jì)算，該擋墻如不考慮排水不暢影響，經(jīng)按原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，能滿足使用要求。所以，由于該工程墻體排水不通暢，致使墻體內(nèi)填土含水率過高，墻體內(nèi)回填土軟化，降級了土工加筋帶與土體之間的摩擦，同時(shí)降低了人工填土的內(nèi)摩擦角及粘聚力。

（6）該工程應(yīng)采取預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)，墻外采用框架格梁形式增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性，同時(shí)，采取增補(bǔ)及疏通等方式，完善排水設(shè)施，及時(shí)排除墻體內(nèi)的水分。

［1］楊明.加筋土擋墻側(cè)向變形分析［J］.工程勘察，2001（1）：56-60.

［2］周健，謝鑫波，姜炯，等.包裹式加筋土擋墻的變形特性及影響因素研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，34（1）：148-154.

［3］戴征杰，褚景英，陳麗麗，等.臺階式加筋擋墻驗(yàn)算的對比分析［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2014，31（3）：139-146.

［4］陳華.土工格柵加筋土擋墻力學(xué)特性試驗(yàn)研究［D］.北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2011.

［5］公路工程土工合成材料土工加筋帶JT/T 517-2004［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［6］鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范J127-2006［S］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［7］巖土工程勘察規(guī)范GB 50021-2001［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［8］建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程JGJ/T87-2012［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［9］建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330-2013［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

（責(zé)任編輯：朱聯(lián)九）

Analysis and Research on the Reason of Cracking and Inclination of Reinforced Retaining Wall

FAN Wei-qin1，HE Li-juan2，ZHANG Hong-zhang1，ZHU Chun-sun3

（1.Civil Engineering Institute Sanming Univrsity，Sanming 365004，China；2.Hubei Water Resources Research Institution，Wuhan 430070，China；3.Chongqing Yonggu Building Science and Technology Development Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China.）

Based on the exploration and detection of the soil，groundwater，deformation，as well as the vertical of the reinforced retaining wall in Jincheng city，Shanxi province，it was found that the reason for the cracks in the retaining wall was that the soil was not filled compactly enough behind the retaining wall，which also caused the reduction of interface coefficient of friction and all the friction between the fill and geogrids.The active earth pressure was increased because of the infiltration in ground water and the consolidation in soil.Namely，the angle of internal friction，cohesion and interface coefficient of friction were reduced by poor drainage behind retaining wall.Thus，the deformation between reinforced belt and soil emerged.

geogrids；retaining wall；cracks；inclination

U445.7

A

1673-4343（2016）02-0095-06

10.14098/j.cn35-1288/z.2016.02.015

2016-02-08

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（JA14296，JA14294）

范衛(wèi)琴，女，湖北荊門人，講師。主要研究方向：巖土工程專業(yè)。