某高校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)擋土墻倒塌事故原因分析與應(yīng)急加固處理

李斌

（廣東工業(yè)大學(xué)基建處）

0 引言

某高校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)擋土墻在連續(xù)暴雨后倒塌，該擋土墻上方是某小區(qū)主要出行道路，車輛出入頻繁，不能長(zhǎng)時(shí)間封路，下方為學(xué)校田徑運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，為學(xué)生上體育課的主要教學(xué)場(chǎng)所，時(shí)值南方梅雨季節(jié)，連續(xù)暴雨有發(fā)生二次災(zāi)害的隱患，要求短時(shí)間內(nèi)對(duì)倒塌的擋土墻進(jìn)行應(yīng)急加固處理，本文對(duì)擋土墻倒塌事故的原因進(jìn)行深入分析并探討其處理措施，可為今后同類型工程借鑒。

1 工程概況

某高校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)擋土墻建成時(shí)間大約在1998 年，為毛石加混凝土砂漿砌體結(jié)構(gòu)，墻立面均為垂直設(shè)計(jì)，高約7m，總長(zhǎng)約185m。擋土墻頂端建有高約2m 的圍墻，圍墻與擋土墻之間空地種植有高大喬木，圍墻外側(cè)為校外道路，擋土墻下為體育場(chǎng)室內(nèi)訓(xùn)練場(chǎng)館，場(chǎng)館距離擋土墻約6.6m。該擋土墻于2019 年4 月20 日上午10 時(shí)左右發(fā)生垮塌，垮塌段位于擋土墻中段，寬約20m，導(dǎo)致其上方圍墻倒塌，垮塌的擋土墻和圍墻擊穿體育場(chǎng)墻體并沖入館內(nèi)，如圖1 所示。

圖1 擋土墻倒塌現(xiàn)場(chǎng)

2 現(xiàn)場(chǎng)勘查情況和存在問題

2.1 倒塌區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)情況

倒塌區(qū)域位于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)西側(cè)擋土墻中段，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查測(cè)量，倒塌區(qū)段擋土墻長(zhǎng)度為21.2m，倒塌處擋土墻高為7.1m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷，倒塌區(qū)段南面相鄰的一段為約2.5m 長(zhǎng)的擋土墻，其傾斜度已經(jīng)處于異常，現(xiàn)場(chǎng)判斷已處于危險(xiǎn)狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量示意圖

2.2 毗鄰建筑物、構(gòu)筑物情況

倒塌區(qū)段擋土墻東側(cè)有運(yùn)動(dòng)場(chǎng)內(nèi)3 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑物，距離為6.6m。其西側(cè)近距離建有2.1m高、0.2m 厚的磚結(jié)構(gòu)圍墻，圍墻下方有0.5m×0.3mm的鋼筋混泥土基礎(chǔ)。倒塌區(qū)段上方的圍墻也因受到擋土墻倒塌的影響而倒塌，且圍墻下方的基礎(chǔ)也被破壞，需要維修。西側(cè)擋土墻上方為圍墻外圍外部道路，路面基本未受到擋土墻倒塌的影響，但道路外側(cè)電纜溝已經(jīng)被破壞，電纜已經(jīng)暴露在外面，電纜溝需要維修。倒塌區(qū)域建筑物結(jié)構(gòu)未受到影響，但墻體受損破壞，長(zhǎng)度約7.6m，高3.0m。

2.3 其他相關(guān)區(qū)域

西側(cè)擋土墻上方圍墻，從運(yùn)動(dòng)場(chǎng)西北角起，順著擋土墻，沿外部道路一直延伸，總長(zhǎng)度約350m，地勢(shì)較高，建成已經(jīng)20 多年。該擋土墻北段也已出現(xiàn)鼓脹變形，擋土墻上方未倒塌的圍墻與路面之間出現(xiàn)寬約5㎝的裂縫，擋土墻設(shè)置的泄水孔大部分已失效。若不及時(shí)處置，該擋土墻有可能再次發(fā)生垮塌，威脅上方道路及下方體育場(chǎng)館的安全。

3 原因分析

經(jīng)過調(diào)查分析，擋土墻倒塌原因主要有以下幾方面因素：

⑴墻體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，砌筑質(zhì)量差，墻身強(qiáng)度不足。從倒塌后的擋土墻可見，毛石塊散開，毛石結(jié)合面水泥砂漿不飽滿、空隙多，毛石塊與塊之間結(jié)合差，使用時(shí)間久，墻體老化，擋土墻從墻腳地面以上倒塌，呈坍塌式破壞(而非傾覆或基礎(chǔ)滑移破壞)，明顯為墻身強(qiáng)度不足。[1]

⑵墻頂上的排水溝斷裂，斷口陳舊，近期持續(xù)強(qiáng)降雨的影響，雨水滲入擋土墻內(nèi)側(cè)，造成擋土墻的側(cè)壓力大幅增加，長(zhǎng)期滲水帶走墻后填土是擋土墻倒塌的因素之一。

⑶擋土墻上方的高大喬木根系對(duì)墻身造成擠壓，并在樹身重力作用下擠壓擋土墻，造成擋土墻擠壓倒塌。

⑷墻身剖面尺寸偏小，墻身單薄，且高度大，墻身近直立，由于建成使用年久，墻體老化，抗傾覆力與強(qiáng)度均不足。

本次擋土墻垮塌與地質(zhì)作用無關(guān)，不屬于地質(zhì)災(zāi)害。

4 臨時(shí)處理方案

⑴按坍塌路段（兩邊加長(zhǎng)5m）設(shè)置警戒圍欄，并在醒目位置豎立警示標(biāo)志，提醒坡頂行人及校內(nèi)師生注意安全，在下大雨的時(shí)段封閉墻頂?shù)缆?，禁止車輛通行。做好該擋土墻及學(xué)校其他地段擋土墻的日常巡查工作，特別是近期強(qiáng)降雨期間的巡查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，果斷采取措施防止發(fā)生人員傷亡事件。

⑵移除倒塌樹木，避免看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間受壓變形以至破壞。部分墻段存在明顯的向外傾斜，正值雨季，墻頂?shù)臉淠居须S墻段傾倒的隱患，建議移除擋土墻上的大樹。

⑶用沙包（建議采用單層，沙包空隙用布等物品填塞，沙包圍蔽高度根據(jù)路面水大小調(diào)整）圍蔽倒塌墻段頂?shù)穆访妫柚孤访媪魉魅胩嫣钔?，并用塑料膜封蓋暴露的坍塌面填土，避免雨水沖刷地表，滲入填土使其強(qiáng)度進(jìn)一步減弱。

⑷建議采取措施對(duì)墻身進(jìn)行加固。

5 結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方案

由于現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹窄，大型機(jī)械無法進(jìn)入，且靠近毗鄰建筑物的基礎(chǔ)，本著安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，本擋土墻支護(hù)設(shè)計(jì)采用“土釘墻邊坡支護(hù)”和“混凝土擋墻”的支護(hù)方案，邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安全為二級(jí)，使用年限為1 年。混凝土擋墻設(shè)計(jì)按永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用年限為25 年。

5.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

⑴滿足邊坡和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求：不應(yīng)產(chǎn)生傾覆、滑移和整體或局部失穩(wěn)；邊坡底部不應(yīng)產(chǎn)生隆起、管涌；錨桿不應(yīng)抗拔失效；

⑵滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受荷后不應(yīng)發(fā)生強(qiáng)度破壞；

⑶控制降水引起的地基沉降不應(yīng)對(duì)鄰近建筑物或重要管線造成使用安全事故；

⑷止水設(shè)計(jì)應(yīng)控制因滲漏而引起的水土流失；

⑸土方開挖應(yīng)結(jié)合工程施工，做到分區(qū)、分層、分段開挖；

⑹邊坡周邊地面超載不得大于15Pa；基坑坡頂2m范圍內(nèi)不得超載。

5.2 施工要求、工藝和注意事項(xiàng)

5.2.1 施工要求

⑴施工前應(yīng)仔細(xì)查明場(chǎng)地內(nèi)地下管線的具體位置，并會(huì)同建設(shè)單位、監(jiān)理單位和管線權(quán)屬部門進(jìn)行共同研究，協(xié)同解決管線的遷移、加固、懸吊等問題，確保管線的安全和正常使用。

⑵施工必須做好坡頂?shù)孛娼厮⒂薪M織排水和坡底臨時(shí)排水措施。

⑶在邊坡開挖過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求分層開挖，在每道撐施工達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可繼續(xù)開挖，嚴(yán)禁“大鍋底”式開挖，嚴(yán)禁超挖，并做好邊坡的排水工作，務(wù)必保證坡底不被長(zhǎng)時(shí)間浸泡。

5.2.2 施工順序

⑴遷走樹木；

⑵坍塌部位土釘墻邊坡支護(hù)；

⑶分區(qū)、分層、分段清理坍塌擋土墻；分區(qū)、分層、分段進(jìn)行土釘墻邊坡支護(hù)施工；

⑷混凝土擋土墻施工；

⑸擋土墻泄水孔安裝φ75PVC 泄水管；

⑹擋土墻與坡頂路面圍墻間地面澆C25 混凝土100 厚，防止雨水滲入邊坡后面土體。

5.3 土釘墻施工

⑴土釘墻呈梅花形布置，如圖3 所示。

圖3 土釘墻施工圖

⑵開挖。

邊坡土方首層開挖深度為土釘位置+0.3m，每水平段長(zhǎng)不超過12m，應(yīng)嚴(yán)格按要求分段、分層進(jìn)行，嚴(yán)禁超挖，機(jī)械開挖后由人工依設(shè)計(jì)邊坡坡度進(jìn)行修整。

⑶掛網(wǎng)噴混凝土。

邊坡修平后應(yīng)隨即掛網(wǎng)、鋪設(shè)加強(qiáng)筋，鋼筋網(wǎng)與邊坡土面距離60mm。

⑷注漿。

土釘采用M25 水泥漿一次注漿。拆除注漿管后，再封堵孔口加壓注漿，注漿壓力0.5～0.8MPa 左右。

5.4 錨桿施工

⑴施工順序：鉆機(jī)就位→鉆孔→錨筋制作、安裝、放置→注漿→錨固段防腐。[2]

⑵錨桿采用專用錨桿機(jī)成孔，成孔直徑不小于150mm，錨孔定位偏差不應(yīng)大于20mm。錨孔偏斜度不應(yīng)大于2%。鉆孔深度超過錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.5m，土層應(yīng)采用套管跟進(jìn)。錨桿施工過程中如遇孤石，應(yīng)穿透孤石，達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。放置錨桿時(shí)，若發(fā)現(xiàn)孔壁坍塌，應(yīng)重新透孔、清孔至干凈，成孔困難時(shí)應(yīng)采用套管跟進(jìn)。

⑶錨筋制作需要接長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采用套筒連接，嚴(yán)禁采用對(duì)焊連接，且接頭應(yīng)符合《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》[3]的規(guī)定。錨桿的防腐處理：整個(gè)錨桿應(yīng)進(jìn)行除銹處理，距離外端頭兩米范圍內(nèi)應(yīng)刷船底漆2 遍，焊接部分應(yīng)全部錨入格構(gòu)梁中，保護(hù)層厚度不小于50mm。

⑷灌漿前應(yīng)清孔，排放孔內(nèi)積水廢渣，注漿管端頭到孔底距離為100mm。注漿材料采用純水泥漿，水灰比宜為0.45～0.50，漿體28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于25MPa，泵送困難時(shí)應(yīng)添加減水劑或其他摻加劑，增加漿體流動(dòng)性、可泵性。注漿作業(yè)應(yīng)連續(xù)緊湊，中途不得中斷，使注漿工作在初始注入的漿液仍具塑性的時(shí)間內(nèi)完成，直至漿液從孔口流出，嚴(yán)禁將導(dǎo)管拔出漿液面。待孔口有漿液流出時(shí)，將注漿管剪斷，在水泥漿初凝前應(yīng)檢查孔口，若發(fā)現(xiàn)漿液滲漏應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿。

5.5 排水工程施工

⑴本工程排水溝位置及出口位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況作適量調(diào)整,邊坡開挖前，應(yīng)完成地面排水系統(tǒng)，保持地面排水系統(tǒng)的完善。

⑵開挖前應(yīng)摸清地下障礙物和地面上架設(shè)高壓線纜位置高度等情況，并采取嚴(yán)格的防護(hù)措施。排水溝施工前應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求成槽。

⑶開挖溝槽的棄土應(yīng)及時(shí)運(yùn)出場(chǎng)地統(tǒng)一堆放，排水溝施工完畢后應(yīng)及時(shí)回填溝兩側(cè)的土方，并壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.9。

⑷為使溝底的原土不被擾動(dòng)，應(yīng)保證留出比溝底設(shè)計(jì)標(biāo)高高出300mm 的原土層，采用人工清挖。在開溝時(shí)測(cè)量人員應(yīng)密切配合，嚴(yán)禁出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。

⑸排水溝縱坡坡率不小于0.5%。

⑹鋼筋可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行制作與安裝，但鋼筋的數(shù)量、配置按設(shè)計(jì)確定，接頭應(yīng)符合《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》[4]的規(guī)定。

⑺混凝土采用商品混凝土，強(qiáng)度等級(jí)不低于C30，泵送困難時(shí)可添加減水劑等增加流動(dòng)性和可泵性，澆筑混凝土?xí)r出料口或者導(dǎo)管底部距離梁底部的距離不應(yīng)超過2.0m，防止混凝土在掉落時(shí)發(fā)生離析，應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[4]的規(guī)定。

5.6 邊坡應(yīng)急預(yù)案、搶險(xiǎn)與加固

⑴邊坡開挖前，應(yīng)預(yù)計(jì)事故發(fā)生的可能性，作好邊坡?lián)岆U(xiǎn)加固的準(zhǔn)備工作。儲(chǔ)備搶險(xiǎn)的必要器材，如加固前的鋼材、水泥、編織草袋等。

⑵應(yīng)該采取有效的邊坡保護(hù)措施和應(yīng)急預(yù)案：邊坡周邊道路要進(jìn)行硬化，做好邊坡周邊雨水截流，防止地表水流進(jìn)邊坡。施工前應(yīng)對(duì)周邊建筑的基礎(chǔ)情況摸查清楚，尤其是為天然地基的房屋。邊坡頂?shù)孛婊虻缆废鲁痢⒔ㄖ飪A斜開裂、管道爆裂時(shí)，應(yīng)立即停止挖土。根據(jù)邊坡監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)反饋信息。當(dāng)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)變形超過允許值或有失穩(wěn)前兆時(shí)，應(yīng)按下列規(guī)定立即采取加固措施：①當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大，明顯傾斜時(shí)，可在邊坡底與邊坡壁架設(shè)斜撐。②當(dāng)邊坡土體嚴(yán)重變形，且速率連續(xù)增加，應(yīng)立即采用砂包或其它材料回填，反壓邊坡腳；待邊坡穩(wěn)定后再作妥善處理。

⑶當(dāng)邊坡周圍建筑物發(fā)生嚴(yán)重開裂、傾斜時(shí)，應(yīng)立即組織人員緊急疏散。并立即停止開挖，同時(shí)進(jìn)行加固搶險(xiǎn)，上報(bào)上級(jí)主管部門。

5.7 擋土墻施工

在原擋墻外側(cè)增加支撐扶壁，以此補(bǔ)償原擋墻抗滑移的不足。[5]扶壁式擋土墻底板標(biāo)高與原擋土墻、看臺(tái)基礎(chǔ)標(biāo)高接近，如圖4 所示。

圖4 扶壁式擋土墻施工圖

⑴格構(gòu)梁施工應(yīng)采用支模現(xiàn)澆，模板應(yīng)平整干凈，滿足強(qiáng)度和剛度的要求；

⑵鋼筋可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行制作與安裝，但鋼筋的數(shù)量、配置按設(shè)計(jì)確定，接頭應(yīng)符合《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》的規(guī)定；

⑶混凝土采用商品混凝土，泵送困難時(shí)可添加減水劑等增加流動(dòng)性和可泵性；

⑷澆筑混凝土?xí)r出料口或者導(dǎo)管底部距離梁底部的距離不應(yīng)超過2.0m，防止混凝土在掉落時(shí)發(fā)生離析；

⑸擋土墻每20m 設(shè)置一道伸縮縫，縫寬20mm～30mm，用瀝青麻筋、軟木板或者其他彈性材料填塞。

6 工程監(jiān)測(cè)

6.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)布置和精度

將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值相比較以判斷前一步施工工藝和施工參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和優(yōu)化下一步的施工參數(shù)，做到信息化施工，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果用于信息化反饋優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工快捷的目的.監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)布置和精度見表1。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置

6.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)警值

邊坡工程監(jiān)測(cè)必須確定報(bào)警值，監(jiān)測(cè)報(bào)警值應(yīng)滿足邊坡工程設(shè)計(jì)、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及周邊環(huán)境中被保護(hù)對(duì)象的控制要求。邊坡監(jiān)測(cè)報(bào)警值應(yīng)由監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)變化量和變化速率值共同控制。

6.2.1 報(bào)警值確定原則

⑴邊坡及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)警值應(yīng)根據(jù)土質(zhì)特征、設(shè)計(jì)結(jié)果及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)等因素確定；

⑵邊坡周邊建筑、管線的報(bào)警值除考慮基坑開挖造成的變形外，尚應(yīng)考慮其原有變形的影響。

6.2.2 報(bào)警值/ 控制值確定

根據(jù)以上原則，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提出了報(bào)警/控制值，詳見表2（括號(hào)內(nèi)為二級(jí)，其他為三級(jí)）。[6]

表2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警/ 控制值

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，必須立即進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到監(jiān)測(cè)報(bào)警值的累計(jì)值；邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)或周邊土體的位移值突然明顯增大或基坑出現(xiàn)流沙、管涌、隆起、陷落或較嚴(yán)重的滲漏等；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐或錨桿體系出現(xiàn)過大變形、壓屈、斷裂、松弛或拔出的跡象；周邊建筑的結(jié)構(gòu)部分、周邊地面出現(xiàn)較嚴(yán)重的突發(fā)裂縫或危害結(jié)構(gòu)的變形裂縫；周邊管線變形突然明顯增長(zhǎng)或出現(xiàn)裂縫、泄露等；根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)判斷，出現(xiàn)其他必須進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警的情況。

6.2.3 觀測(cè)時(shí)間和周期

各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在邊坡支護(hù)施工前應(yīng)測(cè)得穩(wěn)定的初始值，且不應(yīng)少于兩次。當(dāng)結(jié)構(gòu)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地條件變化較大時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)。當(dāng)達(dá)到警戒值時(shí)或當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，則需進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作的時(shí)間間隔可參考表3，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)提高監(jiān)測(cè)頻率。

表3 觀測(cè)時(shí)間和周期

7 結(jié)語

本項(xiàng)目擋土墻垮塌是由多方面原因造成的，采用“土釘墻邊坡支護(hù)”和“混凝土擋墻”的支護(hù)方案加固，施工完畢至今沉降穩(wěn)定且在控制值內(nèi)，工程實(shí)踐證明達(dá)到預(yù)期效果，可供同類型項(xiàng)目參考。