重力式挡土墙综合质量检测方法研究

刘 瑛 方龙建 姜 啸

（1、镇江市自然资源和规划局京口分局，江苏 镇江212001 2、江苏省地质矿产局第三地质大队，江苏 镇江212021）

1 概述

重力式挡土墙是用石砌、砖砌或者混凝土砌筑而成以自身的重力来保持墙体在侧向荷载作用下的稳定性的挡土墙，在治理土体滑坡等自然地质灾害中被广泛使用。但是挡土墙会在长期的使用下受到自然或者人为因素的影响而发生失稳或者破坏现象，其中自然因素的影响主要是指自然水文条件和自然地质条件对重力式挡土墙本身长时期的影响，人为因素的影响主要包括施工过程中遗留的问题在长时期作用下对结构本身产生的影响和使用过程中承担的各种载荷等产生影响[1～3]。这些不良因素的存在是导致挡土墙在一定使用期限后其强度和稳定性的不足，从而产生安全隐患，严重的还影响到周围建筑物或者构筑物的正常使用以及人身安全。

传统的检测方法，主要依靠人工经验来布点取样，但是在实际工程中，此类工程大多不符合挡土墙的验收标准，且不能够通过一套科学的标准对其进行维修和加固[4]；无损检测方法在一定程度上弥补了传统检测方法过多依靠人工经验来判断工程质量优劣的不科学性，但是无损检测方法的使用范围比较窄，无法进行综合质量的检测[5]。随着技术的不断进步，重力式挡土墙的结构也会产生新的形式，其内部构造自然会随之改变，因此找到一个更适应新时代的重力式挡土墙质量检测标准是必然的趋势。

针对以上问题本文结合传统检测方法和无损检测方法，提出了一套较为可行的重力式挡土墙综合质量检测方法，以镇江市京口区东吴路188 号11 栋和12 栋东侧挡土墙为例进行该方法的阐述和工程应用，并通过有限元模拟来验证该方法的正确性，推动了重力式挡土墙的检测和加固技术的进一步发展。

2 工程背景

2.1 项目概况

检测目标挡土墙的名称：东吴路188 号挡土墙。挡土墙地点：镇江市京口区东吴路188 号11 栋和12 栋东侧。调查编号：D1（京口区），调查点坐标：（E：119°28′10.88″）（N：32°13′5.55″）。

2.2 气象、水文地质条件

镇江市位属于亚热带季风气候区，气候湿润，降水量大，四季分明，无霜降时间比较长，夏季的风向以东、东南风为主，而冬季则以北偏西风为主导风向，一年中最大的风俗可达到16m/s。

2.3 地质构造

镇江市坐落于长江三角洲的顶端，地质结构复杂，其中南边的地势较高而北边的地势较低，中部为低山和丘陵，东部和北部为平原地带。因地壳运动其断裂构造尤为显著。镇江市历史上发生过的地震现象多为低频小震，对周边环境的破坏性不大，所以该地区的地质情况相对稳定。

3 检测方法及结果

本文针对现有重力式挡土墙检测方法的不足，提出了一套较为可靠的重力式挡土墙综合检测方法。该方法主要思想路线是：现场检测- 结果整理- 安全评估。

3.1 现场检测

针对既有挡土墙已有病害特征的总结，结合现场施工经验及科学的理论分析，现场检测的内容主要包括挡土墙的外观和实体检测。

3.1.1 挡土墙的外观检测

挡土墙的外观检测主要针对墙身裂缝、墙面空鼓、伸缩缝、墙面平整度和墙顶的安全性五个方面进行检测。

3.1.2 挡土墙的实体检测

挡土墙的实体检测是通过借助各种相关检测器材对检测主体进行检测并采集相关数据，是整个检测项目的重要步骤。具体操作如下:

（1）墙背回填土检测：该项检测主要是针对挡土墙背面的回填土进行检测，检测内容主要有：土层的分布和厚度、各土层的性质等。

（2）墙身断面检测：该项检测内容主要包括三个方面：墙身厚度、顶面高程和墙面坡度，采用地质雷达检测。

（3）墙体强度检测：根据墙体本身的材质和构造选择合适的检测方法，比如：混凝土砌筑的挡土墙以无损检测方法为主；块石砌筑的挡土墙应当选用钻芯抽样检测方法。

（4）砂浆强度检测：工程中常用的砂浆强度计算方法是回弹法。

3.2 结果整理

本次实验检测用到的仪器型号分别为：拓普康GPT-300LNC 全站仪、南方RTK 移动数据、引申仪、回弹仪、意大利IDS（INGEGNERIA DEI SISTEMI）公司生产的RIS 系列探地雷达等。

3.2.1 外观检测结果

该挡土墙为砌石砌筑的重力式挡土墙，墙高3.5m～7m，长约27m，上部局部有砖墙，高约0.3m；墙身有新勾缝，新勾缝无脱落，旧勾缝有脱落现象，墙体无明显移动，墙身比较完好没有裂痕、错动现象，仅有局部砂浆脱落情况，墙面约78°～80°；挡土墙上部的砖墙外倾有安全隐患；挡土墙的后面是一高约3m 的土坡，该土坡的土质较好，无明显裂缝；墙身的排泄孔距地面0.5m，间距2.5×3.0m，数量为2～3 个，墙顶未发现截排水措施。

3.2.2 实体检测结果

表1 D1 挡土墙墙后土体计算参数

表2 D1 东吴路188 号挡土墙墙身强度回弹值

表3 D1 东吴路188 号挡土墙砂浆强度回弹值

表4 地质雷达检测挡土墙截面尺寸表

3.3 安全评估

鉴于已有挡土墙病害发生的多样性及复杂性，目前已有的挡土墙评估方法尚且不够完善也没有统一的评估标准，在实际检测中缺乏知道标准和科学依据，本文针对已有问题的出现，总结大量工程经验，参照桥梁隧道相关规范，提出了一套相对完整的安全评估方法并将其运用到上述检测案例中以检测其合理性和适用性。

3.3.1 安全评估方法

根据挡土墙的病害程度及安全性依照以下标准对其进行安全等级划分：

合格，目标检测挡土墙的各项检测指标符合既定的标准且无病害特征；

甲级不合格，挡土墙严重破坏，随时会出现滑坡或者破坏，需要立即修复整理的；

乙级不合格，挡土墙处于临界破坏阶段，由于外界因素的影响可能出现破坏，需要尽快修复整治的；

丙级不合格，目前来看挡土墙各项指标稳定，但是存在诸多安全隐患的，需要对其加固的。

确定挡土墙的安全评估要素。根据目标挡土墙的检测结果进行数据汇总，并对各安全评估要素进行归类和评估。

3.3.2 评估结果

运用以上方法对本次检测对象进行安全性综合评定结果如表5 所示。

表5 D1 东吴路188 号挡土墙安全性单项评估结果

综上可知，该挡土墙有部分砂浆脱落但是不影响安全性、稳定性，所以综合质量合格。

4 有限元验证

为验证本文所提出的综合挡土墙安全性评估方法的正确性和合理性，对目标挡墙建立有限元模型，如图1 所示，结合3.2中目标挡土墙的实际检测得到的相关计算参数，通过对目标检测挡土墙的自重及自重+暴雨两种工况进行有限元模拟计算得出整体的检测结果与依据本文所提出的稳定性评定标准分析所得到的结果进行对比分析。挡土墙材料选用刚体，重度22kN/m3。

图1 挡土墙整体现状稳定性计算模型图

4.1 自重工况模拟结果

在此工况下目标挡土墙的墙厚土体计算参数如表1 所示。模拟结果如图2a～2b 所示。

图2a 下限剪切耗散图

图2b 上限剪切耗散图

对比分析可知，目标检测挡土墙在自重工况下的上下限安全系数分别为：1.327 和1.269，符合安全稳定性标准。

4.2 自重+暴雨工况模拟结果

在此工况下目标挡土墙的墙厚土体计算参数如表6 所示。模拟结果如图3a～3b 所示。

表6 暴雨工况下挡土墙墙后土体的计算参数

图3a 下限剪切耗散图

对比分析可知，目标检测挡土墙在自重工况下的上下限安全系数分别为：1.264 和1.214，符合安全稳定性标准。

图3b 上限剪切耗散图

5 结论

综上所述，有限元模拟结果与依据本文所提出的稳定性评定标准分析所得到的结果相吻合，说明本文所提出的重力式挡土墙综合检测方法与安全评估方法是可行的，具有一定的参考价值。