河岸重力式擋土墻質(zhì)量檢測(cè)與安全評(píng)估分析

溫世聰，呂文龍，沈仁良，范 昊

（1、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500；2、廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣州 510006）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，重力式擋土墻在我國(guó)的各項(xiàng)工程中已經(jīng)占據(jù)了重要地位［2-5］，重力式擋土墻是一種依靠自身重量抵抗墻體背后土壓力的擋土結(jié)構(gòu)形式，被大量使用在邊坡支護(hù)工程。隨著擋土墻使用年限的增長(zhǎng)，加之周圍環(huán)境的變化、外力等因素作用，有的已陸續(xù)出現(xiàn)墻身開裂、不均勻沉降和承載力降低等一系列不同程度的問題與病害，危害擋土墻的安全，影響正常使用。而對(duì)于目前舊城改造中的大部分既有擋土墻，其表面看不出任何問題，但隨著周邊環(huán)境的變化，其后續(xù)使用狀態(tài)也將發(fā)生變化，如果面臨新的使用狀態(tài)，能否在不破壞原有狀態(tài)的基礎(chǔ)上承受新使用環(huán)境下的荷載卻是個(gè)未知數(shù)。因此，如何對(duì)既有擋土墻的現(xiàn)狀以及新的使用狀態(tài)下進(jìn)行安全評(píng)估，是目前擋土墻工程亟需解決的一大難題。

本文以廣州某舊城改造項(xiàng)目河岸擋土墻工程為依托，對(duì)既有擋土墻質(zhì)量檢測(cè)和安全性進(jìn)行具體評(píng)估分析，掌握較為可行的評(píng)估技術(shù)，為今后的相關(guān)工程提供經(jīng)驗(yàn)與參考依據(jù)。

1 評(píng)估方式概述

現(xiàn)階段對(duì)于重力式擋土墻的檢測(cè)一般包括外觀檢測(cè)與實(shí)體檢測(cè)，外觀檢測(cè)主要包括：墻身尺寸、墻身裂縫與變形、基礎(chǔ)沉降、墻頂平臺(tái)開裂與塌陷等四個(gè)方面，實(shí)體檢測(cè)主要指借助各種檢測(cè)儀器，對(duì)擋土墻各部分進(jìn)行綜合檢測(cè)，是檢測(cè)過程的核心環(huán)節(jié)；實(shí)體檢測(cè)包括：墻體背后回填土層性狀勘探，墻體截面尺寸檢測(cè)，墻趾的埋深，擋土墻強(qiáng)度綜合檢測(cè)，墻背濾水層和泄水孔的設(shè)置情況等［6］，均基于對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的情況加上技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，而且目前對(duì)于重力式擋土墻的質(zhì)量與安全性沒有一個(gè)較為通用的檢測(cè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，故有諸多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究與探討，為工程情況提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

田雁南等人［7］從重力式擋土墻表觀狀況、墻身材料及受力狀況綜合考慮，闡述其具體檢測(cè)技術(shù)及安全評(píng)估指標(biāo)體系，如圖1所示，通過將具體的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行量化處理，評(píng)估混凝土重力式擋土墻的安全分級(jí)。

圖1 既有重力式擋土墻安全評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 Existing Gravity Retaining Wall Safety Assessment Index System

張翔宇等人［8］建立包括總體評(píng)估與細(xì)部評(píng)估兩部分的既有重力式擋土墻安全評(píng)估體系，并針對(duì)該評(píng)估體系提出確定擋土墻安全等級(jí)和安全狀態(tài)的具體評(píng)估方法；陳躍起［9］通過具體項(xiàng)目與統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)近年來重力式擋土墻頻頻發(fā)生事故總結(jié)了設(shè)計(jì)、施工和不利的外界條件3 個(gè)方面的原因，并對(duì)這些方面存在的問題提出了一些控制措施和建議。張金安等人［10］通過將地基承載力與抗傾覆計(jì)算相結(jié)合，從力矩平衡的基本原理出發(fā)判斷出規(guī)范公式有誤，并得出正確的抗傾覆計(jì)算方法和公式。

同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，許多工程情況可以通過軟件［11-12］對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行模擬分析，解決了工程中因現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查麻煩不便而導(dǎo)致的評(píng)估不準(zhǔn)確。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與模擬分析共同對(duì)重力式擋土墻的安全進(jìn)行評(píng)估，成為了目前工程中的主流方式。

2 工程概況

2.1 場(chǎng)地概況

工程位于黃埔區(qū)南崗街沙步村沙步四橫路。部分地形如圖2 所示，本次工程范圍為DK0+350～DK0+650 段，長(zhǎng)度約300 m。擋土墻位于河岸邊上，設(shè)置有防護(hù)欄桿，另一側(cè)為道路，擋土墻形式為漿砌毛石重力式擋土墻，毛石為中微風(fēng)化花崗巖，圖3為沙布四橫路的平面圖。

圖2 沙布村舊村改造項(xiàng)目部分地形Fig.2 Partial Topographic of the Old Village Reconstruction Project of Shaabu Village

圖3 沙布四橫路平面Fig.3 Plan of Shabu Four Road

如圖4 所示，沙步四橫路K0+350～K0+540 道路高程及設(shè)計(jì)高程基本相等，K0+540～K0+650段高程相差較大，且實(shí)際道路高程起伏明顯。

圖4 沙布四橫路平縱縮圖Fig.4 Shabu Four Horizontal Road Flat and Vertical Shrinkage Diagram （m）

2.2 墻身斷面尺寸情況

由于該擋土墻位于河岸邊，且年代久遠(yuǎn)，無相關(guān)勘察設(shè)計(jì)資料，為了確定擋土墻尺寸以及持力層，需要采用多種方法對(duì)擋土墻進(jìn)行全面檢查。本工程經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，根據(jù)擋土墻周邊情況及實(shí)際狀況，結(jié)合后續(xù)使用情況，綜合采用了部分?jǐn)嗝骈_挖、鉆探、水下勘察等多種型式結(jié)合的方式，從而摸清了擋土墻尺寸以及持力層情況，對(duì)后續(xù)計(jì)算分析提供了重要的依據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，擋土墻確定為重力式擋土墻，尺寸分為3 種：K0+350～K0+450 段、K0+500～K0+580 段和K0+580～K0+650 段。K0+350～K0+450 段擋土墻長(zhǎng)100 m，高2.8 m，墻頂寬0.6 m，墻底寬1.6 m，擋土墻正面面向池塘為直立面，背面為斜面。擋土墻背面土層為雜填土，基礎(chǔ)持力層為中粗砂；K0+500～K0+580 段擋土墻長(zhǎng)80 m，高2.4 m，墻頂寬0.8 m，K0+580～K0+650 段擋土墻長(zhǎng)70 m，高2.6 m，墻頂寬0.7 m，基礎(chǔ)持力層均為砂質(zhì)粘性土，擋土墻示意圖如圖5所示。

圖5 擋土墻示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Retaining Wall （mm）

2.3 砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

為了檢測(cè)混凝土強(qiáng)度情況，通過現(xiàn)場(chǎng)取樣，采用貫入法進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)《貫入法檢測(cè)砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 136—2007》，每段隨機(jī)各檢查3 處擋墻砌筑砂漿的抗壓強(qiáng)度，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測(cè)Tab.1 Testing of the Compressive Strength of Masonry Mortar

2.4 擋土墻裂縫及變形情況

如圖6 所示，通過現(xiàn)場(chǎng)走訪，發(fā)現(xiàn)在K0+350～K0+450、K0+500～K0+580、K0+580～K0+650三段擋土墻在接縫處均存在塌落和裂縫，除此之外，其余部位沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。三段擋土墻均沒有明顯水平及豎向位移，從頂部俯視，貼墻面?zhèn)纫?，均未發(fā)現(xiàn)墻體有傾斜，墻體頂部除接縫處有塌落外，其余地方均勻平整，無明顯沉降，擋土墻基本沒有發(fā)生變形。

圖6 擋土墻現(xiàn)狀Fig.6 Status of Retaining Wall

3 計(jì)算分析

3.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)相關(guān)調(diào)查、設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘探情況，采用理正巖土擋土墻設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，對(duì)現(xiàn)狀擋墻的抗傾覆、抗滑移、基礎(chǔ)承載力、墻身強(qiáng)度以及后續(xù)需要加高、加設(shè)護(hù)欄的可行性進(jìn)行分析。

擋土墻頂部荷載按人行道和車行道分別取5 kN/m2和10 kN/m2荷載，按18 kN/m3的重度換算成土柱分別為0.278 m和0.556 m，實(shí)取0.3 m和0.6 m，再加上設(shè)計(jì)高程和道路高程計(jì)算出最大高差（見表2），即為計(jì)算施加土柱高度（安全起見當(dāng)高差為負(fù)數(shù)時(shí)取高差為0）。計(jì)算相關(guān)參數(shù)如表2～表3所示。

表2 道路、土層及擋土墻等相關(guān)參數(shù)Tab.2 Related Parameters Such As Road，Soil Layer and Retaining Wall

表3 巖土計(jì)算參數(shù)Tab.3 Geotechnical Calculation Parameters

3.2 計(jì)算結(jié)果

考慮擋土墻正面為池塘，分別取池塘水深0 m、1 m、2 m 進(jìn)行復(fù)核計(jì)算分析，擋土墻后填土標(biāo)高為道路的設(shè)計(jì)標(biāo)高，計(jì)算結(jié)果如表4～表6所示。

表4 K0+350～K0+450段擋土墻復(fù)核計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculation Results of K0+350～K0+450

3.2.1 K0+350～K0+450段擋土墻

K0+350～K0+450段擋土墻計(jì)算結(jié)果如表4所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，道路改造完工后，K0+350～K0+450 段擋土墻前水深分別為0 m、1 m、2 m 時(shí)，擋土墻的抗滑移安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載力均不滿足文獻(xiàn)［1］要求。

3.2.2 K0+500～K0+580段擋土墻

K0+500～K0+580段擋土墻計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 K0+500～K0+580段擋土墻計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculation Results of K0+500～K0+580

由計(jì)算結(jié)果可知，道路改造完工后，K0+500～K0+580 段擋土墻前水深為0 m、1 m 時(shí)，擋土墻的抗滑移安全系數(shù)不滿足文獻(xiàn)［1］要求；K0+500～K0+580 段擋土墻前水深為2 m時(shí)，擋土墻的安全系數(shù)滿足文獻(xiàn)［1］要求。

3.2.3 K0+580～K0+650段擋土墻

K0+580～K0+650段擋土墻計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 K0+580～K0+650段計(jì)算結(jié)果Tab.6 Calculation Results of K0+580～K0+650

由計(jì)算結(jié)果可知，道路改造完工后，K0+580～K0+650 段擋土墻墻前水深為0 m、1 m、2 m 時(shí)，擋土墻的抗滑移安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載力及墻體承載力均不滿足文獻(xiàn)［1］要求。

4 結(jié)語

本文基于前人重力式擋土墻的安全評(píng)估分析的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)廣州黃埔沙步四橫路既有擋土墻的安全性進(jìn)行評(píng)估，主要包括場(chǎng)地調(diào)查、墻身斷面尺寸檢查、砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測(cè)、擋土墻變形及裂縫檢查、擋墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)，現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察、抽樣檢測(cè)及結(jié)構(gòu)復(fù)核分析結(jié)果，對(duì)該擋土墻的安全評(píng)估結(jié)論綜述如下：

⑴三段擋土墻在接縫處均存在塌落和裂縫，但無明顯變形。

⑵道路改造完工后，K0+350～K0+450 段擋土墻前水深為0 m、1 m、2 m時(shí)，擋土墻的抗滑移安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載力均不滿足文獻(xiàn)［1］要求。

⑶K0+500～K0+580 段擋土墻前水深為0 m、1 m時(shí)，擋土墻的抗滑移安全系數(shù)不滿足文獻(xiàn)［1］要求；K0+500～K0+580 段擋土墻前水深為2 m 時(shí)，擋土墻的安全系數(shù)滿足文獻(xiàn)［1］要求。

⑷道路改造完工后，K0+580～K0+650 段擋土墻墻前水深為0 m、1 m、2 m 時(shí)，擋土墻的抗滑移安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載力及墻體承載力均不滿足文獻(xiàn)［1］要求。

基于現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)際情況與分析對(duì)沙步四橫路既有擋土墻提出處理建議如下：

⑴道路改造施工前，建議對(duì)K0+350～K0+450 及K0+500～K0+650段擋土墻進(jìn)行加固，如加固實(shí)施難度較大，也可考慮拆除重建。

⑵加固方法可采用增大擋土墻截面、增設(shè)錨桿等。

⑶加固或拆除重建應(yīng)由有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

通過具體案例的分析與對(duì)前人經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與軟件分析的方法對(duì)既有河岸重力式擋土墻的安全進(jìn)行評(píng)估，以此形成行之有效的河岸重力式擋土墻檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)，為今后相關(guān)工程提供經(jīng)驗(yàn)與參考依據(jù)。