重力式擋土墻檢測方法及破壞模式研究*

劉 瑛 ，方龍建 ，姜 嘯

（1.鎮(zhèn)江市自然資源和規(guī)劃局京口分局，江蘇 鎮(zhèn)江 212001；2.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，江蘇 鎮(zhèn)江 212021）

1 概述

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活水平的提高，大家對基礎(chǔ)設(shè)施的重視程度越來越大，尤其是山區(qū)的公路及鐵路建設(shè)方面[1，2]。在我國，70%的區(qū)域是在山地，這也就意味著有很大一部分的公路或者鐵路是修建在山區(qū)的。為了保證在山區(qū)修建公路、鐵路的長期運營，往往要在路邊修建一定高度的邊坡支護(hù)工程，防止山體中的碎石滾落到路面上，這將極大的增加公路、鐵路修建的工程量。重力式擋土墻是一種利用支護(hù)墻體自重承受土體側(cè)向壓力的支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有施工工藝便捷、原材料來源廣泛、截面形式簡單等優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用于公路或鐵路的邊坡支護(hù)工程中。雖然重力式擋墻具有良好的施工效益及較高的支護(hù)強度，但運營一段時間后在雨水、擾動等因素的影響下，往往會產(chǎn)生很多病害，會產(chǎn)生局部滑坡、崩塌等危險，這將嚴(yán)重的危害公路、鐵路安全。因此，我們需要對重力式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)可靠性進(jìn)行評定，以判斷該支護(hù)結(jié)構(gòu)是否仍然可以滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求。對于一些不能滿足支護(hù)強度的重力式擋土墻，需要對其進(jìn)行維修或重建[3]。

重力式擋土墻的工作情況受到多種因素的影響[4]。對于擋土墻自身而言，墻體材料質(zhì)量、幾何尺寸及構(gòu)造情況，都將對擋土墻的使用壽命產(chǎn)生影響；對于外部因素而言，車輛或地震等動力荷載、地下水侵蝕及雨水沖刷等因素都將縮短重力式擋土墻的使用壽命。因此，如何準(zhǔn)確的、便捷的、無損的對重力式擋土墻支護(hù)可靠性進(jìn)行評估是眾多設(shè)計人員研究的重點，直至目前尚未形成具體的檢測標(biāo)準(zhǔn)以指導(dǎo)工程實踐。傳統(tǒng)的檢測方法是通過鉆孔取樣的方式來研究重力式擋墻的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。當(dāng)采用這種方法時，鉆孔內(nèi)土體是否受到擾動、鉆孔位置是否具有代表性等因素會對鉆孔取樣的質(zhì)量產(chǎn)生影響；另一方面，鉆孔取樣過程中或多或少都將對重力式擋墻的原始結(jié)構(gòu)造成擾動，這可能削弱擋墻的支護(hù)效果。除此之外，鉆孔取樣對施工現(xiàn)場的環(huán)境和天氣情況有要求，并不適合大規(guī)模的檢測和評估。因此，有必要針對重力式擋墻檢測方法進(jìn)行研究，提出一種無損的、便捷的重力式擋墻檢測方法[5]。

當(dāng)重力式擋土墻發(fā)生破壞時，將對被支護(hù)的道路、鐵路及周邊環(huán)境[2，6]將造成影響。2008年，四川康定某重力式擋土墻支護(hù)工程，在強降雨的作用下，擋土墻局部產(chǎn)生開裂破壞；2000年廣東中山，漿砌毛石重力式擋土墻因為地基軟化導(dǎo)致墻體整體失穩(wěn)坍塌；2003年重慶，毛石重力式擋土墻，受到強降雨的影響，重力式擋土墻發(fā)生局部外傾斜坍塌；2008年安徽合肥，受設(shè)計及施工的影響，毛石重力式擋土墻發(fā)生了10m的局部整體坍塌；重力式擋土墻坍塌的例子屢見不鮮，坍塌的方式也各不相同。有局部破壞、整體破壞、地基失穩(wěn)等多種破壞形式。對于重力式擋土墻破壞形式的充分認(rèn)識，是重力式擋土墻設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，因此，有必要針對重力式擋土墻的破壞特點進(jìn)行研究，以便對擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全設(shè)計。

圖1 重力式擋土墻破壞模式

綜上所述，本文針對鎮(zhèn)江市重力式擋土墻的質(zhì)量進(jìn)行檢測和評估，同時對擋土墻的破壞模式進(jìn)行深入研究，以便為鎮(zhèn)江市重力式擋土墻的設(shè)計與維護(hù)提供參考。

2 重力式擋土墻檢測方法

重力式擋土墻檢測方法主要分為兩類，分別為外觀檢測和墻體實體檢測。對于前者，檢測速度快，適合大面積的墻體質(zhì)量檢測；對于后者，檢測質(zhì)量高，適合一些局部重點位置的檢測。

2.1 重力式擋土墻外觀檢測

（1）墻體開裂。依據(jù)擋土墻裂縫的方向角，裂縫可以分為三類，分別為：水平裂縫、豎直裂縫及傾斜裂縫。其中，出現(xiàn)水平裂縫的擋土墻安全系數(shù)是最低的，這意味著擋土墻結(jié)構(gòu)的已經(jīng)處于過載階段；然后是出現(xiàn)傾斜裂縫的擋土墻；最后是出現(xiàn)豎直裂縫的擋土墻，這往往是由地基不均勻沉降引起的。在墻體開裂檢查過程中，主要的檢查指標(biāo)包括：裂縫的位置、方向角、長度以及寬度。一般情況下，當(dāng)擋土墻的裂縫寬度大于5mm時，說明擋土墻已經(jīng)接近失效狀態(tài)了。

（2）墻體外鼓。擋土墻墻面發(fā)生鼓包是擋土墻即將破壞的前兆，發(fā)生的主要原因包括：墻體碎漲及勾縫開裂。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，擋土墻主要用來承受墻后土體產(chǎn)生的推力，但當(dāng)墻后土體產(chǎn)生的推力大于墻體材料的極限承載力的時候，墻體會發(fā)生破碎，這種破碎會產(chǎn)生膨脹，使得墻體發(fā)生外鼓現(xiàn)象。對于堆石擋墻，勾縫的強度一般低于堆石的強度，因此，勾縫容易出現(xiàn)破壞，這將破壞擋土墻的基本結(jié)構(gòu)，使得擋土墻出現(xiàn)外鼓現(xiàn)象。

（3）伸縮縫錯位。伸縮縫是擋土墻施工過程中預(yù)留的，削弱溫度變化對結(jié)構(gòu)影響的一種施工技術(shù)。當(dāng)擋土墻伸縮縫出現(xiàn)明顯相對移動時，說明相鄰擋土墻之間存在相對位移。當(dāng)這種位移出現(xiàn)一段時間后保持靜止，說明擋土墻仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)擋土墻位移一直處于相對移動狀態(tài)時，說明擋土墻處于危險狀態(tài)，應(yīng)對其進(jìn)行處理，以保證擋土墻的支護(hù)效果。

（4）墻體平整度檢測。擋土墻除了要滿足設(shè)計的功能要求外，還需要與周邊環(huán)境相適應(yīng)。擋土墻幾何形狀的平整與否不僅會對人們的主觀認(rèn)識造成影響，同時也能在一定程度上反應(yīng)擋土墻的施工質(zhì)量。對于外觀粗糙的擋土墻工程，其內(nèi)部結(jié)果往往也是存在缺陷的。直尺是一種良好的平整度測試方法，具有攜帶方便，測量效率高等優(yōu)勢，工程中常用來對擋土墻平整度進(jìn)行檢測。

（5）墻頂開裂檢測。在擋土墻支護(hù)工程中，墻后土體容易在雨水侵蝕的作用下產(chǎn)生裂隙，這將使得雨水滲入墻后土體。雨水滲入一方面降低了墻后土體的強度，間接增加了擋土墻分擔(dān)的抗滑力；另一方面增加墻后土體的自重，直接增加了擋土墻承受的土體推力。因此，需要對墻頂與土體之間的裂隙寬度和深度進(jìn)行檢測，以判斷擋土墻是否能夠滿足支護(hù)強度。

2.2 重力式擋土墻實體檢測

（1）墻后土體檢測。在重力式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)中，擋土墻與墻后土體共同承擔(dān)邊坡坡體的下滑力。因此，需要對墻后土體的強度指標(biāo)進(jìn)行測量，包括：粘聚力、內(nèi)摩擦角及重度，以便分析擋土墻承擔(dān)的抗滑力大小。

（2）截面尺寸檢測。重力式擋土墻通過自重的方式來分擔(dān)邊坡產(chǎn)生的下滑力，而擋土墻的幾何形狀對重力式擋土墻的支護(hù)效果影響較大。因此，需要對重力式擋土墻的幾何形狀進(jìn)行測量，具體內(nèi)容包括：墻體厚度、墻趾入土深度及墻體坡面傾角。

（3）墻體強度檢測。為承受墻后土體的推力，重力式擋土墻需要滿足一定的強度要求。對于堆石擋土墻，堆石的強度不應(yīng)低于30MPa；對于混凝土擋土墻，混凝土的強度等級不應(yīng)低于C15。

（4）墻體勾縫質(zhì)量檢測。堆石擋土墻是一種常見的擋土墻結(jié)構(gòu)，該類型擋土墻的強度由堆石和勾縫砂漿控制。對于勾縫砂漿，其強度應(yīng)滿足設(shè)計強度，否則容易引起擋土墻的外鼓破壞。在工程中可以通過回彈儀對其進(jìn)行無損檢測。

3 重力式擋土墻的破壞模式

（1）基礎(chǔ)滑動破壞。如圖1a所示，基礎(chǔ)滑動破壞是一種由于坡腳抗滑力不足引起的擋土墻破壞模式，當(dāng)坡腳土體強度較低，無法支撐整個擋土墻時，將會發(fā)生基礎(chǔ)滑動破壞。

（2）墻身繞墻趾傾覆。如圖1b所示，當(dāng)墻趾土體強度較高，而墻厚土體的傾覆力較大時，就會產(chǎn)生繞墻趾的傾覆破壞。發(fā)生這種破壞的主要原因是重力式擋墻的抗傾覆穩(wěn)定性不足。

（3）墻身傾覆。如圖1c所示，當(dāng)墻趾土體及墻后土體強度較低時，重力式擋土墻容易產(chǎn)生墻身傾覆。這種破壞模式常見于重力式擋墻散水能力不足的情況。

（4）墻身剪切破壞。如圖1d所示，當(dāng)重力式擋墻的墻身質(zhì)量不能滿足墻后土體抗剪承載力要求時，就會出現(xiàn)該類破壞模式。這種破壞模式可能的原因包括：a.設(shè)計缺陷，對擋土墻抗剪承載力考慮不充分；b.施工質(zhì)量，施工質(zhì)量低，使得擋土墻中層存在薄弱的截面。

（5）淺層剪切破壞。如圖1e所示，重力式擋土墻沿通過墻踵的某一滑動圓弧的淺層剪切破壞。產(chǎn)生這種破壞模式可能的原因包括：a.設(shè)計缺陷，對擋土墻破壞模式的認(rèn)識不足；b.重力式擋土墻的排水能力不足，使得墻后土體在降雨過程中強度降低，重度增加，下滑力增大。

4 結(jié)束語

本文針對鎮(zhèn)江市重力擋墻的質(zhì)量進(jìn)行檢測和評估，同時對擋墻的破壞模式進(jìn)行深入研究，具體研究結(jié)論如下：

（1）重力式擋土墻的檢測方法可以分為外觀檢測和墻身實體檢測兩大類。外觀檢測內(nèi)容包括：墻體開裂、墻體外鼓、伸縮縫錯位、墻體平整度及墻頂開裂檢測；墻身實體檢測包括：墻后土體、截面尺寸、墻體強度和墻體勾縫質(zhì)量檢測。

（2）重力式擋土墻的破壞模式主要包括：基礎(chǔ)滑動破壞、墻身繞墻趾轉(zhuǎn)動破壞、墻身傾覆、剪切破壞及淺層剪切破壞。

（3）對于大面積的重力式擋墻質(zhì)量檢測建議采用外觀檢測方法；對于某些特殊位置的檢測建議采用地質(zhì)雷達(dá)或鉆孔取芯的檢測方式。