擋土墻的險情分析和排危加固技術分析

陳宇航

(東莞市麻涌鎮(zhèn)工程建設中心， 廣東 東莞 523000)

擋土墻作為水利工程的重要組成之一，在水利工程中發(fā)揮著作用，對于防洪，排澇，防止水土流失及保護沿岸設施都極其重要。近年來，隨著水利設施建設的不斷增加，對擋土墻的需求也不斷增加。但隨著使用年限的增加，擋土墻的自身狀況也逐漸惡化，遭受了自然或人為的破壞，且隨著時間的增加，破壞程度逐漸增大，如果不能及時對這些擋土墻進行險情分析和排危加固，很容易導致?lián)跬翂ζ茐氖鹿实陌l(fā)生。尤其是在城市地區(qū)，擋土墻發(fā)生破壞的后果更加嚴重，時刻威脅著沿岸城市的安全和人民群眾的生命。并且，擋土墻的破壞也會導致河道阻塞，間接削弱了水利工程的作用，阻塞嚴重時有可能會導致河水外灌，威脅沿岸的群眾財產(chǎn)安全。因此，為了保證河道的正常運行以及沿途居民的安全，針對擋土墻的險情分析和排危加固是很有意義的。

1 工程概況

某擋土墻加固工程位于廣東省某地的一條河流沿岸，河流長度35.2 km，上游為大型水庫，承擔水庫的泄洪任務。該擋土墻的總長度已超過1.5 km，河床寬度平均16.6 m，常年水位線為269.0 m，最低水位線為261.6 m，該河道流量為582 m3/s。這一河段的擋土墻是防洪擋土墻，主要作用是防止洪水對河床的直接沖刷，造成河底土層流失，保護河床的完整和穩(wěn)定，避免因河岸的塌方造成河道兩岸建筑的下沉和破壞。該防洪擋土墻常年位于水位線以下，遭受河水沖刷，擋土墻已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴重的損壞，局部出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。受到季節(jié)性流水的影響，擋土墻受力情況隨季節(jié)變化較大，較為復雜，使得該河段擋土墻更容易發(fā)生破壞。并且近年來生活垃圾和污水的排放，導致河道出現(xiàn)了不同程度的阻塞，間接地加大了擋土墻被沖刷的程度和受到的水壓力。上述情況都導致了河道擋土墻的進一步破壞，時間越長，擋土墻越容易出現(xiàn)安全問題，擋土墻的使用壽命也會收到影響。因此，對于擋土墻的維護不僅限于對其進行加固，還應綜合考慮河道的情況，進行其他方面的處理，如進行清淤及河道的疏通等工作，延長擋土墻的使用壽命。由此可見，加強對擋土墻及河道的險情分析，進行合理的加固措施，對擋土墻及河道的正常使用是非常有必要的。

2 擋土墻險情分析

2.1 擋土墻倒塌原因分析

該河道擋墻為路堤墻，擋土墻對稱布置在水道兩側，擋土墻基本高度6.0 m，河床以上部分擋土墻高度為4.5 m，下部埋置深度為1.5 m，寬度1.5 m。如前所述，擋土墻遭到了較大程度的破壞，甚至部分位置出現(xiàn)了局部倒塌情況，經(jīng)過實地考察和分析，擋土墻破壞的原因主要有以下幾點：受到洪水的沖擊以及河道阻塞的影響，導致?lián)跬翂Τ霈F(xiàn)了一定程度的破壞;因為施工單位施工過程不規(guī)范，擋土墻背后的回填土沒有按照設計要求進行回填，河底淤泥作為回填土直接回填，導致土體力學性能很差，且施工時沒有對回填土進行壓實處理，土壓力過大，這導致?lián)跬翂Ρ砻娉霈F(xiàn)明顯裂縫，局部出現(xiàn)明顯鼓包甚至坍塌現(xiàn)象，墻體抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆能力大幅下降，防洪水沖擊和侵蝕的能力不足；擋土墻內(nèi)部排水管數(shù)量很少，局部地區(qū)甚至未設置排水管，且擋土墻內(nèi)部地下水水位很高，墻內(nèi)地下水不能正常排出，使得內(nèi)部水壓力過大，導致了墻體從內(nèi)向外的破壞；并且，擋土墻上部的臨河房屋距離擋土墻太近，房屋荷載直接作用在擋土墻上，對擋土墻的結構安全造成了威脅。

2.2 加固方案比較

(1)拆除重建。由于擋土墻全長較長，如果全部拆除重建，整個工程資金投入過大，且施工周期太長，汛期來臨前無法全部完成施工。因此，這一方案不適用。但是，對于局部變形較大，或已經(jīng)發(fā)生坍塌的位置，可以選擇拆除重建。如該河段上部左岸擋土墻，變形較大，鼓包明顯，且長度較短，約為20.0 m，可以拆除重建。但在施工時應該考慮實際情況，拆除重建需要進行放坡，坡度比最小為1∶0.5，因此，河岸近處有房屋的位置無法進行施工，在確定重建方案時應根據(jù)現(xiàn)場情況綜合進行考慮。如果拆除擋土墻，強行進行施工，可能會導致房屋倒塌，施工安全不能保證。

(2)錨桿擋土墻加固。錨桿擋土墻是一種實用的擋土墻加固技術，由金屬錨桿和鋼筋混凝土結構組成，錨桿一端錨固在土體中，另一端與外部擋土墻相連，依靠錨桿的拉力形成自我錨固，本質(zhì)是錨桿提供的拉力維持了墻體的平衡[1]。錨桿采用灌漿的方式來進行安裝，先用鉆機進行鉆孔，錨桿一般為熱軋帶肋鋼筋，先把錨桿插進鉆孔，然后進行灌漿，對錨桿進行錨固。錨桿擋土墻主要分為兩種型式：壁板式錨桿擋土墻和柱板式錨桿擋土墻。壁板式錨桿擋土墻包含兩部分，錨桿和墻面板，錨桿內(nèi)部連接土體，外部直接連接墻板，錨桿上的力直接傳遞給墻板，土壓力直接作用在墻板上。柱板式錨桿擋土墻由三部分組成，和壁板式錨桿擋土墻相比多了肋柱，錨桿與肋柱相連，力先傳遞給肋柱，然后通過肋柱傳遞給墻板，錨桿上的力直接作用于肋柱。壁板式錨桿擋土墻施工工藝簡單，工程造價較低，因此在工程中被廣泛采用[2]。

壁板式錨桿擋土墻的施工流程主要包含以下幾個方面。首先是工作面的開挖，對擋土墻后的填土進行注漿加固，用水泥漿使回填土固結，以此達到改良土體力學性質(zhì)的目的。漿體凝固后，能使土體顆粒更加穩(wěn)固，降低透水性，增加土體穩(wěn)定性。注漿加固的工藝流程可分為五個步驟，分別為鉆孔放樣、鉆孔檢查、加壓設備安裝、注漿及注漿質(zhì)量檢查。注漿結束后，需要將擋土墻表面的雜質(zhì)進行清理，使墻面平整干凈，對鼓包和脫落位置，需要進行簡單修補。然后進行混凝土的攪拌，攪拌完成后用噴射機對混凝土進行噴射。噴射凝固后混凝土可以開始鉆孔的施工，鉆孔施工前需要先對開孔位置進行定位，鉆孔角度要盡可能精確，保證在向下傾斜15°，鉆孔過程中需要隨時對鉆孔位置進行調(diào)整，保證鉆孔角度不變[3]。鉆孔結束后就可以開始錨桿的安裝，錨桿安裝一般采用人工推送的方式進行，推送時要注意調(diào)整好錨桿的位置和方向，保證錨桿能順利進入鉆孔底部，確定錨桿位置正確后開始對鉆孔注漿，鉆孔注漿最常用的方式是孔底反向注漿法，注漿時，注漿設備應該隨著注漿液的注入而往上抬升，抬升時應保證勻速上升，最終達到注漿飽滿的狀態(tài)，在注漿過程中，應該隨時檢測注漿口的情況，如果注漿不夠飽滿，要及時進行二次孔口補漿。錨桿安裝完畢后，要沿著擋土墻布置鋼筋網(wǎng)，將錨桿與鋼筋網(wǎng)進行焊接，綁扎和焊接完成后，安裝模具，進行第二層混凝土的澆筑，澆筑時應該分段分層進行，且澆筑厚度應該均勻。

(3)墻后設置抗滑樁。對于施工條件受限的特殊環(huán)境，如場地存在空間限制，不能隨意加厚擋土墻厚度，或擋土墻型式特殊，如擋土墻傾斜程度很大，則無法正常進行加固，對其墻厚加固存在施工風險，不能直接在擋土墻上施工，因此則可以考慮在墻后設置抗滑樁的加固方式，這種方式對擋土墻本身沒有影響，可以不受空間的限制，但是，這一加固方法需要對擋土墻背面進行開挖，對施工場地要求較高，需要較大的開挖范圍。具體的施工方式是，在原有的擋土墻背面進行開挖，開挖范圍超過10.0 m，而且需要分級開挖，使整個工作面都暴露出來，且每級臺階高度和寬度都有限制，高度不能大于2.0 m，寬度不小于3.0 m。需要在擋土墻背面施工，設置鋼筋混凝土灌注樁，直徑大于80.0 cm，樁長大于8.0 m，灌注樁間距不大于10.0 m，灌注樁頂部采用連梁相連，連梁尺寸不能小于1.0 m，然后在連梁上設置錨桿，錨桿打入擋土墻背面土層，并進行注漿。施工時需要注意，灌注樁與連梁整體相連，灌注樁在施工時，必須采用機械施工的方式[4]。施工完成后，需要在擋土墻后設置排水孔，防止因為地下水壓力對擋土墻造成破壞，回填土也應及時回填，并且逐層壓實，保證抗滑樁的施工質(zhì)量。

(4)錨定板擋墻。對于出現(xiàn)擋土墻坍塌的位置，除了拆除重建也可以采用錨定板的方式進行。擋土墻的坍塌是由于實際土壓力大于設計土壓力，因此，可以通過設置錨定板，代替擋土墻來抵消內(nèi)部的土壓力，從而達到內(nèi)外受力平衡，間接保證了擋土墻的穩(wěn)定性。錨定板的施工方式也比較簡單，但是需要較大的施工場地。首先需要在擋土墻開裂部位的墻背土體中開挖基坑或深井，開挖位置距離擋土墻的距離至少為5.0 m，并在此放置錨定板。在破壞的擋墻位置處，設置鋼筋混凝土連梁，連梁通過錨桿或錨筋與錨定板相連，錨定板上的力通過錨桿傳導至鋼筋混凝土連梁，連梁又將力傳遞到擋土墻上，通過這種方式，將原本擋土墻上的力傳遞到了錨定板上，達到了分擔荷載的目的[5]。錨定板間距不能超過2.0 m。施工結束后在擋土墻背面設置泄水孔并進行回填土的施工。

3 方案計算

通過實地的分析和考察，發(fā)現(xiàn)后面兩種加固方案不適合本工程中的擋土墻加固。該河道的擋土墻破壞比較嚴重，倒塌部分加固難度很大，因此不能進行加固，應該直接拆除重建。對于未倒塌的擋土墻，在擋土墻背面有很多房屋，且距離擋土墻太近，無法大范圍進行基坑開挖和加固施工，因此，最好的加固方法是錨桿擋土墻加固。

確定了河道擋土墻加固方案之后，需要對施工方案進行詳細的計算，首先根據(jù)河道的勘探結果和水文資料進行初步分析，然后利用力學知識進行建模，分析施工方案的可行性。建模分析的主要內(nèi)容包括土體的黏聚力、內(nèi)摩擦角等力學指標。首先計算河床地基承載力能否滿足河道泄洪的要求，對加固后的復合地基承載力進行計算分析，再對擋土墻的承載力進行校核，擋土墻受到的土壓力可按照朗肯主動土壓力進行計算。最后進行錨桿的計算，選擇合適的錨桿直徑和長度。

擋土墻下地基為水泥攪拌樁，樁直徑D為0.5 m,樁長L為6.5 m，復合地基承載力Rsp按式(1)計算：

(1)

式中：Rp為單樁容許承載力，取83.681 kN；Ap為截面面積，取0.196 m2；β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.5；m為樁的置換率，取0.227；Rs為天然地基承載力，取65 kPa。經(jīng)計算Rsp=122.04 kPa。

對擋土墻進行加固后，基底應力分布均勻，平均應力為79 kPa，地基承載力滿足要求。

擋土墻后邊坡為黏性土，等效內(nèi)摩擦角為18.9，河岸兩側建筑作用在擋土墻上對墻后土體試件的附加應力E按照式(2)計算：

(2)

式中：γ為土的容重，取19.0 kN/m3；h為擋土墻高度，取6 m；q為豎向附加應力，取10 kN·m2；K為主動土壓力系數(shù)，取0.51。q的取值雖然偏大，但更有利于工程設計的安全，對工程更加有利。經(jīng)計算E=206.34 kN·m。

錨桿軸向拉力值N可按式(3)計算：

(3)

式中：sx、sy為錨桿間隔，取1.5 m；α為錨桿安裝角度，15°。經(jīng)計算N=89 kN。

錨桿截面面積As按照式(4)計算：

(4)

式中：fy為鋼筋屈服強度，取400 MPa。經(jīng)計算As=113.475 mm2。

錨桿與土層間的錨固長度la應大于式(5)要求：

(5)

式中：K為主動土壓力系數(shù)，取0.51；N為錨桿軸向拉力值,kN；d為錨桿鉆孔直徑，取0.2 m；qsik為錨桿黏結強度標準值，取60.0 kPa。經(jīng)計算la=1.205 m。

錨桿鋼筋選擇直徑為20.0 mm鋼筋，面積為314 mm2,錨桿長度取為3.0 m，滿足要求。

經(jīng)過驗算，錨桿加固的方式滿足要求，且錨桿施工時占用空間小，不會對擋土墻后建筑物產(chǎn)生影響，符合本項目的實際情況。

4 結 語

通過總結和分析現(xiàn)有擋土墻加固施工工藝，結合水文資料和地質(zhì)勘察資料，對該項目的擋土墻的破壞原因進行了詳細分析，針對不同險情，提出了合適的加固方案，并對擋土墻主體結構進行驗算。計算結果表明，加固后擋土墻的承載力滿足要求，表明了這一擋土墻加固方案適用于本項目。