某山区挡墙倒塌原因分析

乔克昌

（杭州市城建设计研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概况及地勘水文资料

四川省某自来水厂工程，厂内主要的建、构筑物有斜管沉淀池、无阀滤池、清水池、废水池、加氯加药间、生产综合楼、门卫及进水厂路边挡墙等。拟建场地位于山地上，进厂道路蜿蜒与厂区连接，道路与原状地面形成了4～11 m的高差，因此在道路边设置了重力式挡墙。根据本工程的地质勘察报告，地质情况如下：1素填土：褐、灰褐、黄褐等色，松散，稍湿。以黏性土为主，层厚0.20～5.50 m。4-1黏土：褐黄色，硬塑，稍湿，干强度高，韧性高，层底多含少量砾岩碎屑，层厚0.30～12.70 m。4-2粉质黏土：黄褐～褐黄色，可塑，稍湿，含灰白色高岭土条斑，干强度高，韧性高，层底多含少量砾岩碎屑，层厚1.10～9.70 m。砾岩5-1：强风化，巨厚层状构造，泥质结构，泥质胶结，风化裂隙极其发育，结构面不清晰，岩芯破碎，胶结物局部被风化呈土状、块状，局部发育孔隙。揭露厚度为0.30～8.00m；砾岩5-2：中风化，巨厚层状构造，泥质结构，泥质胶结，钻孔未揭穿。地下水类型主要为分布于第四系松散土层中的极少量的上层滞水。拟建场地的抗震设防烈度为7度；基本地震加速度值为0.15 g，设计地震分组为第二组。

2 挡土墙结构

本工程沿道路边线设置了重力式挡土墙，设计墙高4～8.6 m（净高度），挡墙结构采用俯斜式挡墙，应当地要求，需就地取材，挡墙材料采用卵石。设计根据地形及道路标高，设计最高挡墙高度为8.6 m，基底落在4-1层黏土层上，地基承载力特征值为220 kPa。挡墙设计断面见图1、图2。

图1 设计挡墙断面（一）（单位：mm）

图2 设计挡墙断面（二）（单位：mm）

3 挡墙施工及倒塌情况

施工单位于2010年9月初开始施工，由于地形不准的原因有些地方实际挡墙高度达到了10.6 m，施工单位为了赶工期对8.6 m挡墙擅自加高到10.6 m，并未与设计单位进行沟通，9月底由于连续降雨，在9月28日晚与水厂连接位置挡墙出现了大约30m范围的倒塌，倒塌的挡墙为8.6～10.6m高的重力式挡墙，倒塌部分照片见图3、图4。

图3 挡墙倒塌部分照片（一）

图4 挡墙倒塌部分照片（二）

4 挡墙设计参数及计算结果

8.6 m高挡墙，设计采用俯斜式挡墙，浆砌卵石结构，抗震设防烈度为7度，基底摩擦系数取0.3，墙后填土内摩擦角为 35°，墙后填土容重:19 kN/m3，墙背与墙后填土摩擦角:15°，墙背无水，修正后地基承载力特征值:220 kPa，土压力计算方法采用库仑理论，挡土墙车辆荷载采用2004路基规范的要求取用，采用理正挡土墙设计软件计算结果如下：

滑移验算:Kc=1.399＞1.300，满足规范要求；倾覆验算:K0=4.402＞1.600，满足规范要求；墙趾处地基承载力验算:压应力=245.249≤1.5×220=330 kPa，满足规范要求；墙踵处地基承载力验算:压应力=83.13≤1.625×220=357.5 kPa，满足规范要求；地基平均承载力验算:压应力=164.189≤1.25×220=275 kPa，满足规范要求；墙体抗剪强度及抗压强度均满足规范要求，因此8.6 m高挡墙设计上是安全的。

10.6 m加高挡墙，按照以上参数复核，仍采用理正挡土墙设计软件，计算结果如下，滑移验算:Kc=1.062＜=1.300，不满足规范要求；墙趾处地基承载力验算:压应力=345.426＞ 330.000（kPa），不满足规范要求；其余均满足规范要求，因此10.6 m高挡墙在8.6 m高挡墙上直接加高是不安全的。

5 挡墙倒塌原因分析

挡墙倒塌范围约30 m，在路面出现了多道纵向裂缝，裂缝宽度10～30 mm，倒塌挡墙的断面高度为8.6～10.6 m，10.6 m加高挡墙出现了坍塌可以理解，8.6 m高挡墙经计算均满足规范要求，为何8.6 m高度挡墙也出现了坍塌，我们从现场的情况来看，挡墙是沿着墙身中下部剪切破坏的，挡墙的抗剪强度无法抵抗墙背回填土形成的剩余下滑力造成了挡墙的破坏。

原因分析如下：

（1）设计要求为浆砌卵石，要求卵石尺寸200～300 mm，并互相搭接咬合，但从倒塌保留断面照片看到，仅挡墙表面有砂浆勾缝，墙身内部砂浆很少，更谈不上饱满，而且卵石尺寸大多小于200 mm，墙身结构相当的松散，卵石之间相对光滑，咬合力非常小，不能形成一个整体结构，因此抗剪强度很低。

（2）挡墙的剪切破坏面处在挡墙的下部1/4～1/3范围内，说明这个位置墙背后土体的剩余下滑力大于墙体的抗剪强度。

（3）从荷载方面来分析，设计要求墙背采用砂卵石分层夯实回填，实际施工中施工单位基本上采用了山体塘渣及开挖出来的粘性土回填，砂卵石的掺量很少，从照片中看到，塘渣中的粘性土含量也比较大，因此后背土体的内摩擦角就达不到35°，内摩擦角对土压力大小的影响是很显著的，因此造成了墙后土压力的大大增加；同时，倒塌前又遭遇大降雨，使土体的含水量增加，抗剪强度降低，且土体重量大大增加，各种不利的因素综合造成了挡墙的倒塌。

6 倒塌挡墙处理

倒塌的挡墙如何处理是摆在设计人员面前的一大问题，另外还需排查尚未倒塌部分挡墙的安全情况并进行风险评估。

经排查，与倒塌部分挡墙衔接的未倒塌部分挡墙墙体表面勾缝砂浆出现了一些水平裂缝，该段挡墙范围约为15 m，剩余部分挡墙未出现裂缝，据此分析15 m范围衔接部分挡墙也需采取加强措施。

根据不同部位采取不同的措施，对倒塌部分挡墙，由于原设计道路较宽，设计通过调整道路线型把道路往里平移，此时采取降低挡墙高度且顶部放坡处理，即采用路堤挡墙的形式，挡墙高度降低2.9 m，墙背回填采用砂卵石，挡墙顶按1∶2放坡至路边线，同时坡面做一些防护，如坡面隔渗及绿化防护。对破坏挡墙以下基础部分的处理，若全部挖除老基础，则开挖面过大，并对原有挡墙造成不利的影响，经过现场勘察，挡墙基础部分质量尚可，采取基底注浆的形式加强整个基础，另外在剥除部分松动的老基础后浇筑一块1 000厚的钢筋混凝土底板作为过渡加强，在底板上面先铺平卵石，卵石与卵石之间水平距离约50～150 cm的间距，然后采用C25细石混凝土灌缝浇筑，混凝土漫过卵石顶面至少30 cm，然后再铺卵石，并重复上述过程浇筑至挡墙顶部，见图5。

图5 加固挡墙断面（单位：mm）

对加固部分挡墙设计计算验算结果如下：滑移验算:Kc=1.388＞1.300，满足规范要求；倾覆验算:K0=4.524＞1.600，满足规范要求；墙趾处地基承载力验算:压应力=233.711≤330 kPa，满足规范要求；墙踵处地基承载力验算:压应力=94.794≤357.5 kPa，满足规范要求；地基平均承载力验算:压应力=164.253≤275 kPa，满足规范要求；墙体抗剪强度及抗压强度均满足规范要求。

对15 m范围衔接部分挡墙，同样通过调整道路线型把道路往里平移，并采用路堤挡墙的形式，降低挡墙高度，并沿着挡墙顶 按1∶2放坡至路边线，同时坡面做一些防护。挡墙墙趾外地基采取斜向注浆处理，挡墙后背也采取注浆处理。

通过以上的处理后，挡墙于2010年11月初加固完成至今，挡墙至今未出现开裂、滑移等不良情况，说明以上加固方案是可行的。

7 结论及建议

重力式挡土墙设计与施工密不可分，相辅相成，设计计算虽然满足规范要求，但不合理的施工就会造成挡土墙的倒塌，因此挡土墙设计与施工需密切配合。一个考虑问题周到、精心的设计是保证挡土墙安全的前提，因此设计人员需认真对待，充分掌握挡土墙设计的要点，针对性地对挡土墙可能产生的问题加以研判和预防。同时施工单位应充分领会设计意图，从砌体施工、回填土施工、排水措施施工等方面满足设计的要求。

设计方面具体的措施有：（1）需根据各种工况计算挡土墙抗滑移、抗倾覆、砌体强度验算、基础设计等；（2）墙背填料要求非常重要，它与土压力的计算息息相关，选择好填料，不仅使设计合理，也更经济安全。一般应选择重度小，内摩擦角大的填料，以砾石、粗砂、砂卵石为好，这样的填料透水性强，抗剪强度好，易排水，能显著减少主动土压力。当然为了节约投资，也采用开挖的塘渣作为填料的，如需应用时需控制黏土的含量，含量应小于5%。本工程施工采用的含泥量高的塘渣及黏土填料，黏土性能不稳定，遇水膨胀，干燥时收缩，在挡土墙上产生的侧压力无法正确考虑，故填料选择一般不采用黏性土，采用塘渣时需严格控制含泥量。（3）墙体砌筑材料，建议就地取材，本工程采用卵石砌筑，由于卵石比较光滑，砌筑难以保证其抗剪强度，因此建议采用平铺卵石，预留空隙再用细石混凝土浇筑能保证挡墙结构的抗剪强度。（4）排水设计，墙背排水极其重要，沿墙高及长度方向设置一定的泄水孔，泄水孔后面应设置反滤层及隔水层，保证只排除挡墙后面的水不排除泥沙。另外坡顶需设置隔水层防止地表水渗入，一般挡墙顶部范围设置截水沟，坡脚设置排水沟使水体尽快的排除。