城市內(nèi)河河道重力式擋土墻檢測(cè)評(píng)估方法應(yīng)用研究

陳傳輝 , 朱 巖 , 孫啟星

（1.浙江華東測(cè)繪與工程安全技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310014；2.杭州市市區(qū)河道監(jiān)管中心，浙江 杭州 310006）

1 問(wèn)題的提出

城市內(nèi)河河道兼有防洪和排澇作用，在考慮結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，需考慮民生安全和城市美觀要求。重力式擋土墻作為內(nèi)河河道的主要建筑物，是常用的巖土支擋結(jié)構(gòu)，主要用于支撐河道土體邊坡的側(cè)向主動(dòng)土壓力，并保持土體穩(wěn)定。由于建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)資料缺失，受惡劣天氣、河水沖刷或城市建設(shè)施工等影響，擋土墻存在諸多病害，擋墻結(jié)構(gòu)是否在安全狀態(tài)下運(yùn)行，管理單位尤為重視。河道監(jiān)管部門(mén)在缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)檔案的情況下，僅依靠平時(shí)的養(yǎng)護(hù)管理，不能有效預(yù)防災(zāi)害發(fā)生，且養(yǎng)護(hù)成本較高，需建立有效的預(yù)防手段。本文結(jié)合管理單位要求，建立一套可行的檢測(cè)評(píng)估機(jī)制，可做到早發(fā)現(xiàn)早處理。

2 研究現(xiàn)狀

目前，對(duì)于重力式擋土墻的質(zhì)量檢測(cè)和安全評(píng)估暫沒(méi)有通用標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)規(guī)范，不能全面了解擋土墻質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全，不同檢測(cè)機(jī)構(gòu)憑借經(jīng)驗(yàn)而采取的檢測(cè)手段和評(píng)估方法，將產(chǎn)生不必要的資源浪費(fèi)或無(wú)法有效掌握擋土墻的運(yùn)行狀態(tài)。

既有擋土墻安全性評(píng)估辦法以擋土墻病變特征為主，結(jié)合檢測(cè)、檢算資料進(jìn)行綜合評(píng)定，安全性綜合評(píng)估依據(jù)影響擋土墻安全性的主要因素及其在擋土墻穩(wěn)定性、安全性中的權(quán)重進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)評(píng)分及總分評(píng)定擋土墻病害等級(jí)[1-3]，或在擋土墻安全評(píng)估中引入灰色理論、可靠度、專(zhuān)家評(píng)估法等評(píng)分概念。為量化評(píng)估結(jié)果，層次分析—模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)估法得以應(yīng)用。雷華陽(yáng)等（2015年）參考混凝土梁式橋梁安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，選取表觀狀況、材質(zhì)狀況和受力狀況作為安全評(píng)估的三大指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)體系[4-5]。

2012年，廣東省首次提出DB44/T 1095—2012《堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，繼而浙江省提出《浙江省堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（試行），2015年水利部發(fā)布SL/Z 697—2015《堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行導(dǎo)則針對(duì)堤岸（坡）防護(hù)工程質(zhì)量，僅從評(píng)價(jià)思路上提出指導(dǎo)性意見(jiàn)，對(duì)城市內(nèi)河護(hù)岸結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)未提出具體方法要求[6-9]。

針對(duì)現(xiàn)有評(píng)估方法的特點(diǎn)，提出具有較強(qiáng)實(shí)施性的檢測(cè)技術(shù)方法和評(píng)估思路，對(duì)解決城市內(nèi)河河道重力式擋土墻的檢測(cè)評(píng)估具有現(xiàn)實(shí)意義。

3 檢測(cè)評(píng)估方法建立

重力式擋土墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要取決于其自身結(jié)構(gòu)的合理性，基礎(chǔ)的承載力，背部填土的土壓力情況，質(zhì)量缺陷、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和護(hù)坡?tīng)顟B(tài)等。根據(jù)擋土墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性決定因素，檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法應(yīng)有針對(duì)性和適用性。

結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)應(yīng)從外觀質(zhì)量、墻腳防護(hù)、墻身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、墻背填土的土壓力、抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定和基底應(yīng)力等方面開(kāi)展工作。外觀質(zhì)量和墻腳防護(hù)采用現(xiàn)場(chǎng)安全檢查的方式，根據(jù)其他工程擋土墻質(zhì)量調(diào)查的缺陷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，主要有堤身沉降、開(kāi)裂、坍塌、堤腳淘刷和砂漿缺失等；墻身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要指擋土墻的抗剪切強(qiáng)度，包括砌石強(qiáng)度和砂漿強(qiáng)度，其中砌石強(qiáng)度變化較小，主要考慮砂漿強(qiáng)度；墻背填土的土壓力與土的性質(zhì)、重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力、水位和土體隱患（空洞等）相關(guān)，考慮采用巖土勘察和地質(zhì)雷達(dá)隱患探測(cè)手段。

從現(xiàn)場(chǎng)安全檢查、工程質(zhì)量檢測(cè)和結(jié)構(gòu)安全計(jì)算復(fù)核3個(gè)方面出發(fā)，結(jié)合具體工程中檢測(cè)評(píng)估所需要開(kāi)展的工作，提出一套實(shí)施性較強(qiáng)的綜合評(píng)估法和思路（見(jiàn)圖1）。

圖1 擋土墻檢測(cè)方法和評(píng)估思路圖

4 工程應(yīng)用

4.1 現(xiàn)場(chǎng)安全檢查

現(xiàn)場(chǎng)安全檢查主要采用外觀質(zhì)量調(diào)查，借助直尺、卷尺、數(shù)碼相機(jī)等工具對(duì)工程現(xiàn)狀及病害進(jìn)行描述和量測(cè)，對(duì)水下部分擋墻基底進(jìn)行人工探摸。通過(guò)對(duì)擋墻外觀質(zhì)量直觀描述，主要了解擋墻外觀的病害情況。

重力式擋土墻病害一般包括克頂破損、勾縫砂漿剝落、砌體缺失、墻身沉降、墻體外鼓、伸縮縫錯(cuò)動(dòng)、墻體開(kāi)裂、砌體坍塌和堤腳淘刷等，其中墻身沉降、墻體外鼓、伸縮縫錯(cuò)動(dòng)、墻體開(kāi)裂、砌體坍塌等缺陷屬比較嚴(yán)重的缺陷，說(shuō)明擋土墻結(jié)構(gòu)有滑移、傾覆或承載力不足的問(wèn)題，需引起重視。通過(guò)對(duì)河道擋土墻的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，了解擋土墻缺陷類(lèi)型和所占比例，提供具有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)維修措施。某河道擋土墻缺陷統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

表1 擋土墻缺陷情況統(tǒng)計(jì)表

4.2 工程質(zhì)量檢測(cè)

為了解擋墻結(jié)構(gòu)輪廓尺寸、墻頂高程、堤腳護(hù)坡、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、地基基礎(chǔ)和墻背填土情況，開(kāi)展斷面測(cè)量、水上水下一體化測(cè)量、砂漿強(qiáng)度檢測(cè)、隱患探測(cè)和巖土勘察工作。

4.2.1 斷面測(cè)量

依據(jù)工程實(shí)際情況，選取通視條件好，植被覆蓋較少的橫斷面測(cè)量擋墻輪廓尺寸，測(cè)量斷面按500.0 m間距布置。采用全站儀測(cè)量典型斷面輪廓尺寸和堤頂高程，繪制斷面結(jié)構(gòu)圖。通過(guò)竣工資料和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)，分析墻背填土的坡線(xiàn)、斷面輪廓尺寸和高程的符合性，同時(shí)為復(fù)核計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，某河道斷面測(cè)量成果見(jiàn)表2。

表2 斷面測(cè)量成果分析表

續(xù)表2

4.2.2 水上水下一體化測(cè)量

采用水上激光和水下多波束測(cè)量技術(shù)，檢測(cè)擋土墻水上地形形態(tài)和水下堤腳護(hù)坡情況，同時(shí)可查看河道的淤積情況。為管理運(yùn)行、加固設(shè)計(jì)或評(píng)估提供直觀的擋土墻現(xiàn)狀，同時(shí)也可為河道清淤提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地開(kāi)展相關(guān)工作，節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本。河底高程等值線(xiàn)成果見(jiàn)圖2。

圖2 河底高程等值線(xiàn)成果圖

4.2.3 砂漿強(qiáng)度檢測(cè)

重力式擋土墻多為漿砌塊石結(jié)構(gòu)，塊石間采用砂漿勾縫，砂漿的強(qiáng)度能否達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，直接影響擋土墻的抗剪強(qiáng)度，勾縫砂漿也可有效防止河水淘刷作用，避免墻背土體流失。砂漿強(qiáng)度檢測(cè)采用貫入法，某河道擋土墻砂漿強(qiáng)度檢測(cè)按每10.0 m布置1個(gè)測(cè)區(qū)，分析評(píng)價(jià)成果見(jiàn)表3。

表3 砂漿強(qiáng)度檢測(cè)成果表

續(xù)表3

4.2.4 墻背填土隱患探測(cè)

隱患探測(cè)主要了解墻背填土是否存在空洞、蟻穴或不密實(shí)區(qū)域等，掌握墻體背部土體的土壓力狀態(tài)和隱患缺陷等。采用地質(zhì)雷達(dá)配置400 MHz天線(xiàn)，可有效探測(cè)墻背3 m深度范圍內(nèi)土體內(nèi)部存在的結(jié)構(gòu)性缺陷，某河道擋土墻背填土典型雷達(dá)探測(cè)成果見(jiàn)圖3。

圖3 雷達(dá)探測(cè)不密實(shí)區(qū)典型雷達(dá)圖

4.2.5 巖土勘察

采用鉆探手段，在擋土墻背部1.5 m范圍內(nèi)鉆取土樣，鉆探深度宜為擋墻基礎(chǔ)深度3倍，鉆孔間距500.0 m，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)十字板試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、土層的描述和室內(nèi)土工試驗(yàn)，掌握墻背填土和地基土的基本物理力學(xué)性能，為安全計(jì)算復(fù)核提供土的重度γ、承載力特征值、土體的內(nèi)摩擦角φ、黏聚力c和水位等。巖土勘察成果見(jiàn)表4。

表4 河道擋土墻巖土工程勘察成果表

續(xù)表4

4.3 安全計(jì)算復(fù)核

4.3.1 計(jì)算依據(jù)

通過(guò)查閱城市河道規(guī)劃文件，結(jié)合相關(guān)規(guī)程規(guī)范，確定河道防洪等級(jí)，擋土墻建筑物級(jí)別，明確擋土墻安全計(jì)算復(fù)核的抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)。

4.3.2 計(jì)算工況

城市內(nèi)河河道擋土墻均已建成，擋墻背部填土為步行道或生態(tài)植被覆蓋，故僅需考慮局部施工加固和運(yùn)行期間的2種荷載標(biāo)準(zhǔn)：施工期小型施工設(shè)備荷載，取5.0 kPa；運(yùn)行期人和非機(jī)動(dòng)車(chē)混合荷載，取3.5 kPa。

城市內(nèi)河河道擋土墻結(jié)構(gòu)的主要作用為防洪和排澇，安全計(jì)算復(fù)核水位考慮常水位、洪水位和驟降水位3種工況。

4.3.3 計(jì)算結(jié)果

某城市內(nèi)河河道典型斷面安全計(jì)算復(fù)核結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 斷面結(jié)構(gòu)安全計(jì)算復(fù)核成果表

4.4 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

4.4.1 單元?jiǎng)澐?/p>

城市內(nèi)河河道檢測(cè)評(píng)估單元?jiǎng)澐譄o(wú)具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，借鑒相關(guān)導(dǎo)則意見(jiàn)，原則上屬同一行政管理的連續(xù)性河道堤防劃分為1個(gè)單元，河道長(zhǎng)度宜大于10 km。因城市內(nèi)河河道長(zhǎng)度不一，對(duì)同一行政管理的較長(zhǎng)河道，整體性評(píng)價(jià)往往不具有針對(duì)性，不便管理單位和養(yǎng)護(hù)單位提出針對(duì)性的加固維修計(jì)劃，宜根據(jù)城市內(nèi)河特點(diǎn)，結(jié)合道路和橋梁界線(xiàn)，劃分長(zhǎng)度不大于5 km的單元，進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。

4.4.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合相關(guān)規(guī)范和導(dǎo)則，從擋土墻的防沖設(shè)施、堤身結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定和基底應(yīng)力等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）各典型斷面的整體穩(wěn)定安全系數(shù)滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范要求，防洪墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定以及基底應(yīng)力滿(mǎn)足要求，堤身防沖設(shè)施和堤身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均滿(mǎn)足要求，現(xiàn)場(chǎng)檢查堤防外觀無(wú)不安全情形，其結(jié)構(gòu)安全性級(jí)別評(píng)價(jià)為“A”級(jí)。

（2）各典型斷面的整體穩(wěn)定安全系數(shù)滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范要求，防洪墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定以及基底應(yīng)力滿(mǎn)足要求，但堤身防沖設(shè)施穩(wěn)定局部不能滿(mǎn)足要求，堤身結(jié)構(gòu)存在一定變形情況，其結(jié)構(gòu)安全性級(jí)別評(píng)價(jià)為“B”級(jí)。

（3）各典型斷面的整體穩(wěn)定安全系數(shù)不滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范要求，防洪墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定以及基底應(yīng)力存在不滿(mǎn)足要求情況，且堤防結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重變形，其結(jié)構(gòu)安全性級(jí)別評(píng)價(jià)為“C”級(jí)。

4.4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

參考單元?jiǎng)澐忠罁?jù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，某城市內(nèi)河河道擋土墻單元評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表6。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的擋土墻結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)評(píng)估方法在參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際情況，綜合考慮安全檢查、質(zhì)量檢測(cè)和結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核，對(duì)城市內(nèi)河河道已建成的浸水擋土墻檢測(cè)評(píng)估工作具有針對(duì)性。

城市內(nèi)河河道擋土墻的檢測(cè)評(píng)估工作重點(diǎn)為養(yǎng)護(hù)和結(jié)構(gòu)安全。本文結(jié)合現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)手段，提出一套綜合評(píng)估法，通過(guò)獲取擋土墻外觀質(zhì)量、結(jié)構(gòu)形式、斷面形態(tài)、墻背土體、圬工強(qiáng)度、堤腳護(hù)坡?tīng)顟B(tài)和基底土體土工參數(shù)等方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確建立安全復(fù)核計(jì)算模型，復(fù)核現(xiàn)有擋土墻的抗滑、抗傾覆和基底承載力，為設(shè)計(jì)加固提供充足的依據(jù)。

從民生和管理角度出發(fā)，本文的綜合評(píng)估法可提前預(yù)防擋土墻坍塌事故，且能極大地降低養(yǎng)護(hù)成本，同時(shí)助推城市標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。