某砖砌挡土墙垮塌事故的原因分析

荣 誉，曾钰尧

(1.长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124;2.95402部队，贵州 贵阳 550014)

1 工程概况及事故情况

该砖砌挡土墙位于湖南省西南部某家属区与某食品有限公司边界处，总长度396.5m，由三部分组成:第一部分，位于水塘填土区，为悬臂式钢筋混凝土挡土墙，长129.6m，高 2.9 ～3.5m，悬臂板厚300mm，基底板宽1900mm;第二部分，位于一般填土区，为重力式浆砌片石挡土墙，长80.0m，高3.0～3.4m，墙顶宽 500mm，基底宽 1300mm;第三部分，位于挖方区，为普通砖砌挡土墙，长186.9m，高2.4～2.8m，墙厚370mm，基底宽600mm。2009 年3月，因为靠近片石挡墙的一段(约42m)砖砌挡墙发生严重倾斜变形，拆除后改用片石挡墙重建，所以片石挡墙部分实际长度122m，砖砌挡墙部分实际长度145m。该三部分挡墙顶部均设有砖砌围墙，高2100mm，厚240mm，每3.5m 设一370mm ×130mm附壁柱。砖砌挡土墙设计采用M10水泥砂浆砌MU10普通烧结粘土实心砖，厚370mm，基底设100mm×400mmC10素混凝土，垫层上浇一道370mm×300mm C25钢筋混凝土地圈梁，并每隔3.5m设置一根370mm×370mm C25钢筋混凝土构造柱与之相接，墙顶设370mm×240mm C25钢筋混凝土压顶梁与构造柱相连。墙外距地坪300mm高处每2000mm设Φ50PVC泄水管一根，墙背设200mm宽卵石滤水层。挡土墙及围墙立面布置如图1所示，砖砌挡土墙、围墙断面如图2所示。该工程于2009年11月17日发包给施工单位，2010年5月，在挡土墙主体完工后不久，与片石挡墙邻近的一段(约42m)砖砌挡墙发生严重倾斜变形，经协商，对该段挡墙实施拆除并按片石挡墙重建，2010年9月，该工程全面完工，2011年4月，砖砌挡土墙再次倒塌50多米，且大部分向外倾斜。

图1 挡土墙立面示意图

图2 砖砌挡土墙及围墙断面示意图

2 现场勘查及检测情况

2.1 砖砌挡土墙外观质量情况调查

砖砌挡土墙及围墙外露部分均用水泥砂浆粉刷，从倒塌部分墙体看，墙体砌筑方法基本正确，挡土墙砌筑砂浆为混合砂浆而不是设计要求的水泥砂浆，灰缝饱满度、灰缝厚度等基本符合规范要求。墙体变形缝的留设位置、宽度基本符合设计要求，墙身泄水孔位置、直径和数量基本符合设计要求，但由于墙后未按设计要求铺设卵石滤水层，致使泄水管大部分堵塞，墙后排水不畅。挡土墙顶部未按设计要求布置排水沟，而挡土墙底部虽然按设计要求设置了排水沟，但沟内排水不畅。

2.2 砖砌挡土墙截面尺寸及墙背回填土质量检测

采用钢卷尺测量了砖砌挡土墙截面尺寸和墙后回填土范围，挡土墙截面宽度370mm，地面以上高度2.2m～2.4m不等，与设计图纸基本吻合。墙后回填为素填土，以粉质粘土为主，松散、较湿，未见参有粗粒径的卵石或碎块石，回填土上部宽度达1.5m，下部宽度达0.6m(垂直墙背方向)。

2.3 砖砌挡土墙变形及损伤检测

通过现场检测，与片石挡土墙比邻的一段砖砌挡土墙(约52m)整体向外倾覆破坏，滑移变形不明显。尚未倒塌的部分墙体和地基梁(长约93m)局部存在细微裂缝，且大部分发生外倾变形。随机抽取三个测点，通过吊线、吊锤和直尺检测其侧向变形，测得挡土墙顶部相对于其底部的侧向位移分别达到263mm、251mm、171mm，已远远超出《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292－1999)规定的极限25mm，墙体处于危险状态。

2.4 砌筑砖、砌筑砂浆抗压强度检测

采用回弹法对砌筑砖和砌筑砂浆的抗压强度进行检测，共检测了2个测区各10块砖和5个砂浆测位，依据《砌体工程现场检测技术标准》(GBT50315－2011)，得到各测区砖抗压强度等级和砂浆抗压强度等级推定值。检测结果表明，砖砌挡土墙所用主要材料烧结普通粘土实心砖推定抗压强度等级为MU10，满足设计要求。砌筑砂浆推定抗压强度等级为M2.5，不满足M10的设计强度要求，而且所检砂浆为混合砂浆，不符合设计要求的配合比。

3 砖砌挡土墙稳定性验算

从现场墙体破坏形式看，墙体以向外整体倾覆为主，滑移变形不明显。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330－2002)3.3.6 条规定，对挡土墙的整体稳定性进行验算。

鉴于被鉴定对象为挖方区挡土墙，现场检测结果表明，该挡土墙后实际存在约0.6～1.5m宽范围不等的回填土，因此，针对墙后为原状土和墙后为回填土两种状况分别验算其稳定性。

3.1 原状土边坡直立开挖的临界高度

由于该挡土墙工程未进行专门的岩土工程勘察，依据设计文件及相邻建筑物勘察资料，挖方区边坡土质主要为粉质粘土和粉质粘土，为安全起见，以土质较差的粉质粘土计算，其物理力学参数取值为:

γ =18.9kN/m3、c=31.2kPa、Φ =15.5°。

按朗肯土压力理论，依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第 6.2.4 条，边坡直立开挖的临界高度为:

上述计算结果表明，该边坡直立开挖的临界高度4.3m远大于挡土墙设计高度2.8m，该边坡土压力为0，设计成直立开挖是完全可以的。

3.2 墙后为原状土时挡土墙稳定性验算

如前所述，当挡土墙后为原状粉质粘土时，其郎肯土压力为0。事实上，按照库伦土压力理论，依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第6.2.3条，挡土墙墙背承受的库伦主动土压力为:

取 α =90°、β =0、q=0、c=31.2kPa、Φ =15.5°、γ =18.9kN/m3、H=2.8m、δ=Φ =7.75°，代入上 式 得:Kq=1、η =1.179，Ka＜ 0，取Ka=0，得Ea=0。即墙背为原状粉质粘土时，所得库伦主动土压力也为0。

因挡墙基底水平，挡土墙滑动力和倾覆弯矩均为0，依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第10.2.3、10.2.4 条，挡土墙整体稳定。

3.3 挡墙在静水压力作用下的稳定性验算

根据设计，墙背与坡面之间设置了200mm宽卵石滤水层。也就是说，即使边坡按照设计未被超挖，挡墙与坡面之间也会存在一个200mm宽的回填区。如果泄水管堵塞或排水不畅，回填土不密实，墙顶地面又无隔排水措施，则地表雨水可能大量渗入回填区并迅速抬高地下水位(因为墙体、原状土坡面和原状土地基渗透系数相对较小，可以视为相对隔水层)。可按水土分算的方法分别计算水土压力。由于填土区较小，与静水压力相比土压力可以忽略不计，因此可以近似认为墙背只受静水压力作用，计算如图3所示。

设回填区浸水高度为hw，则墙背所受静水压力为EW=1/2×10×hw2=5hw2，静水压力合力作用点距离基底的高度为ZW=1/3hw，依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第10.2.3条，挡墙的抗滑稳定安全系数为:

Ks1.3 得:hW＜ 1.9m。

图3 墙背受静水压力作用时挡土墙的稳定性计算简图

又依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第10.2.4条，挡墙绕基底前趾的抗倾覆稳定安全系数为，得hw＜ 1.5m。

挡墙绕圈梁底前趾的抗倾覆稳定安全系Kt2=，得hw＜ 1.4m。由此可见，在挡土墙泄水管堵塞或排水不畅的情况下，只要墙背回填土浸水深度超过1.4m，挡墙便不满足规范抗倾覆稳定性要求。

3.4 墙后为回填土时挡土墙的稳定性验算

根据现场勘察，墙后回填土为粉质粘土，如果施工中能按照西南地区标准图集(图集号04ZG901)说明中要求控制好回填土的质量，则其物理力学参数可按照该图集取为:

γ =18kN/m3、c=6kPa、Φ =20°、δ=10°、μ =0.25

依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第6.2.3条，挡墙墙背承受的库伦主动土压力为=90°、β =0、q=0、c=6kPa、Φ =20°、γ =18kN/m3、H=2.8m、δ=Φ =10°，代入上式得 Kq=1、η =0.198、Ka=0.211、Ea=13.3kN/m。

Ea作用点离基底高度为Zf=H=0.93m。

Ea的水平分力为 Eax=Eacosδ=13.1kN/m。

Ea的垂直分力为 Eay=Easinδ=2.3kN/m。

(1)抗滑稳定性验算

根据图4所示进行计算。

图4 墙后为回填土时挡土墙的稳定性计算简图

围墙重:G1=0.24 × 2.1 × 19=9.6kN/m

挡墙重:G2=21.9kN/m

取挡墙与地基之间的摩擦系数，依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第10.2.3条，挡墙的抗滑稳定安全系数为:

不满足规范抗滑稳定性要求。

(2)抗倾覆稳定性

依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002)第10.2.4条，挡墙绕基底前趾的抗倾覆稳定安全系数为:

不满足规范抗倾覆稳定性要求。

挡墙绕圈梁前趾的抗倾覆稳定安全系数为:

由此可见，即使墙后严格依照西南地区标准图集要求回填粉质粘土，挡土墙抗倾覆稳定性也不能达到规范要求，更何况墙后回填土实际质量尚未达到西南标的设计要求，因而其稳定性更差。

4 结论

根据以上检测结果和计算分析，该砖砌挡土墙垮塌的原因有:

1)挡土墙后原状粉质粘土边坡被过度超挖，超挖后回填土的物理力学性能较原状土显剧降低，导致砖砌挡土墙所承受的土压力显著增大，超出了挡土墙的整体稳定承载力。

2)挡土墙泄水孔堵塞或排水不畅，墙顶未采取隔排水措施，致使雨水渗入填土区内，在土水压力共同作用下，加剧了挡土墙的垮塌。

3)施工时边坡开挖方法不当，导致挡土墙后原状土被过度超挖。施工时对施工质量控制不严，挡土墙砌筑砂浆抗压强度达不到设计要求，配合比与设计不符，墙背回填土不密实，卵石滤水层不符合设计要求，墙身排水孔大部分堵塞或排水不畅。

［1］林宗元.岩土工程治理手册［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，1993.

［2］岩土工程手册编写委员会.岩土工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1994.

［3］刘尧新，朱新实.预应力技术及材料设备［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］罗帮富，魏明钟.钢结构设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1989.

［5］刘正峰.地基与基础工程新技术实用手册［M］.北京:海潮出版社，2003.