某学校边坡挡土墙破坏分析及加固

张 颖 张 磊

(1.邯郸市成祥房地产开发有限公司，河北 邯郸 056000；2.中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司，河北 保定 071069)

1 工程概况

某中学6层教学楼楼后布置挡土墙，高度7.20 m～7.50 m，挡土墙为钢筋混凝土板，间隔3.70 m布置一根0.35 m×0.35 m的钢筋混凝土加强柱，加强柱进入下卧原状土1.00 m，在回填土的施工过程中，发现挡土墙向外(教学楼方向)变形过大，故将回填土挖除，先后在挡土墙后设两排桩径0.60 m的灌注桩(抗拉桩)，通过连梁把挡墙的加强柱与混凝土抗拉桩连接，挡土墙后回填土分层压实。回填土成分大部分为现场的黄土状土，根据地区经验，可能是湿陷性黄土。由于该部分回填土未按照规定要求进行回填，挡土后面布设的两排灌注桩嵌固深度不够，该挡墙在使用过程中墙体出现了严重的水平位移，局部墙面出现鼓胀。

2 挡土墙破坏情况

挡土墙后填土区域(宽度6.00 m)上覆钢筋混凝土面层出现大量平行于挡土墙方向的裂缝，几近贯通，裂缝宽度5 mm～20 mm，裂缝出现在离挡土墙面板1 m～2 m的范围内，破除钢筋混凝土面层后的探槽(0.5×1.0×6.5)显示，挡墙后的第2排桩桩顶已向外(教学楼方向)倾斜，桩顶与后缘填土间裂缝宽度已达2 cm～4 cm。

3 挡土墙破坏原因分析

GB 50007—2011建筑地基基础设计规范[1]要求，压实填土边坡坡高在5 m～10 m范围内的边坡允许值在1∶1.75，不满足要求时应进行专项设计与处理。

压实填土由于破坏了土的原有结构，土的抗剪强度低，土的侧压力系数大，对支挡结构产生的水平力大，挡土墙原设计的加强柱、抗拉桩嵌入原状土的深度浅，不能提供足够大的水平抗力，在填土产生的水平侧压力作用下，整个支挡结构产生较大的水平与垂直方向变形，变形的后果是挡土墙后的抗拉桩、面板、压顶梁上的铁质栏杆向外倾倒，墙后填土不均匀下沉导致上覆钢筋混凝土面层开裂。

4 挡土墙加固方案

教学楼后的填土边坡高度为7.5 m，破坏后果严重，属于一级永久边坡。挡土墙后填土的抗剪强度较低，对挡土墙产生的侧压力较大，导致支挡结构变形较大，从坡顶卸载、增设锚拉结构以及对挡墙后填土的改良三种思路对挡墙进行加固，加固方案分别如下所示。

1)按照坡顶卸载(放坡)，坡脚加固的思路对原挡墙进行加固，具体方案按照坡底设宽度3.0 m，高度H=4.5 m的灰土挡墙，坡顶按1∶2放坡，坡面设台阶，见图1。

2)通过对现有挡墙增设锚拉结构，通过锚杆把作用在挡墙后的土压力传到更远的稳定土层中，同时对锚杆施加一定的预应力可以有效控制挡土墙的变形，挡土墙加固详见图2。

3)从改良挡土墙后填土的角度来进行加固，原挡墙后填土的抗剪强度较低，对钢筋混凝土挡墙产生很大的侧压力，导致原支挡结构变形较大，采用水泥土桩通过对填土进行置换，形成复合地基来提高填土c(粘聚力)、φ(内摩擦角)值来提高挡土墙自身的稳定性，复合土层的抗剪强度提高公式计算如下：

tanφsp=mtanφp+(1-m)tanφs

(1)

csp=(1-m)cs+mcp

(2)

式中：φsp——复合土层内摩擦角，(°)；

m——面积置换率；

φp——桩体材料内摩擦角，(°)；

φs——桩间土内摩擦角，(°)；

csp——复合土层粘聚力，kPa；

cs——桩间土粘聚力，kPa；

cp——桩体材料粘聚力，kPa。

水泥土桩施工之前应进行水泥土桩的配合比试验，水泥土桩的抗剪强度指标要满足c≥290 kPa，φ≥31.5°的要求。

根据当地的经验挡墙后填土内聚力cs=10 kPa，内摩擦角φs=10°；水泥土桩结合现场试验结果及以往经验可取内聚力cp=290 kPa，内摩擦角φp=31.5°加固后复合地基的内聚力要达到csp=65 kPa，内摩擦角达到φsp=15°，把上面的数值代入式(1)，式(2)可求得面积置换率m1=0.210,m2=0.196。

(3)

式中：d——桩身平均直径，m;

de——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；

s——间距。

水泥土桩桩径取d=600 mm，由式(3)求得：s1=1.158 m,s2=1.199 m，取桩间距为s=1.15 m，根据勘察报告，水泥土桩嵌固老土以下不少于1.0 m，最后水泥土桩长定位9 m，详见图3。

边坡的稳定性分析模型采用瑞典条分法[2]来计算边坡的滑动稳定安全系数：

式中：ci——第i土条在滑弧面处土的黏聚力,kPa;

φi——第i土条在滑弧面处土的内摩擦角,(°)；

li——第i土条的滑弧长度,m；

Wi——第i土条承担的地面荷载和土条重力之和。

借助于理正岩土计算6.5版软件[3]进行分析计算，对边坡置换之前土体的稳定性及置换之后土体的稳定性对比计算详见表1，表2。分析对比可得，水泥土桩置换边坡之前滑动稳定安全系数Fs=0.413<1.35不满足规范要求，水泥土桩置换边坡后抗滑安全系数Fs=1.466>1.35满足边坡稳定安全要求。

表1 边坡置换之前土体的稳定性计算结果

表2 边坡置换之后土体的稳定性计算结果

5 结语

从挡墙加固的原理出发，笔者提出三种有针对性的加固方案，方案一通过加固坡脚，坡顶卸载的方法来加固边坡，此方法的优点为经济合理、便于施工，缺点为坡底加固和坡顶消坡(卸载)，都占用了很多的空间；方案二通过设置锚杆形成锚拉结构，通过对锚杆施加预应力来有效控制挡墙的位移，对挡墙的加固效果很明显，缺点为在已经建造好的挡墙上施工锚杆有一定难度，属于高空作业，对施工队伍专业水平要求较高；方案三通过改良土层的方法来提高土体的参数，达到土体自身的稳定性。通过对土层改良的方法来加固挡墙，对现有的周围环境影响较小，既经济安全又便于施工，对今后类似的挡墙加固工程具有较高的借鉴价值。