老旧挡土墙破坏类型及治理实例探析

林 枢

(福建省地质工程勘察院 福建福州 350002)

0 引言

重力式挡土墙，是依靠墙体自身重力抵抗土体侧压力使边坡保持稳定的支护结构。由于其取材方便，施工简单，是我国常用的一种支护结构。在上个世纪，福州市区内需要削坡支护的区域，几乎都采用重力式挡土墙进行支护，其墙身一般为干砌或浆砌块石，形状一般做成简单的梯形，高度大部分在8 m以下。随着时代发展，因地质环境因素影响或各种不利的外力作用，一些老旧挡土墙开始显现失稳破坏的迹象。如墙身鼓胀开裂、砌体局部掉块、甚至整体倒塌等，说明挡土墙存在有安全隐患，需及时进行加固治理或者翻新重建。

1 市区老旧挡土墙常见破坏类型

笔者对福州市区内老旧挡土墙出现的破坏迹象进行了调查，总结出3种主要破坏类型：土压力作用破坏、地基沉降变形破坏、植物根系劈裂破坏。

1.1 土压力作用破坏

在外观上，主要表现为墙身鼓胀拱起，鼓胀位置主要在墙身中下部，这是因为墙后土压力的合力位于此部位所致。导致此类破坏的主要原因有：a.墙体本身设计施工质量问题，早期修建挡土墙由于缺失设计经验，实施的墙身尺寸偏小或挡土墙施工中块石垒砌不合格，导致墙体无法拦挡土压力；b.墙身排水不畅或生活用水长期渗漏，导致墙后土体软化，土压力增大，甚至导致挡土墙突然倒塌；c.后期墙顶地面填土加高，导致墙后土压力增加。

1.2 地基沉降变形破坏

在外观上，挡墙墙身会出现“正八字形”裂缝，墙角出现“倒八字”形裂缝，此类裂缝往往是上下平齐的，没有前后错位，但在部分实例中，由于存在土压力共同作用，裂缝也会出现前后错位现象。导致此类破坏主要原因，是修建挡土墙时，忽略对挡土墙地基的处理，导致部分挡土墙基础落在填土上面，随着填土密实下沉，导致墙身开裂。

1.3 植物根系劈裂破坏

在外观上主要表现为墙顶2 m以内区域鼓胀开裂，勾缝掉落，甚至部分石块松动。此类大部分由墙顶乔木根系劈裂作用导致，乔木主要为榕树、构树、毛竹、白玉兰等。早期为了景观绿化，人们往往在墙顶地面靠近挡土墙位置种植乔木，经过四五十年的生长，树木根系发达膨胀，根系挤压附近的挡土墙，使墙身鼓胀开裂。该类破坏由于变形位置在挡墙上部，可采用移植乔木及重修上部挡土墙等措施进行治理。

2 老旧挡土墙的治理实例

对老旧挡土墙的加固治理措施，有地基及基础加固、墙身加固、墙背填土置换[1]、锚杆框架加固[2]、化学灌浆，或水泥搅拌桩改善墙后填土区[3]、墙身注浆[4]等。对市区内老旧重力式挡土墙的治理，往往会受到既有建筑物或地下管线的布置、地形地貌、地质条件等诸多方面因素的限制，应根据不同的破坏类型与环境条件采用不同的治理方案。现笔者选取四个老旧挡土墙加固实例分析介绍，并评述其方案特点和设计计算模型。

2.1 墙身锚杆框架加固

挡土墙位于某小区西侧，高约6 m，厚约1.2 m，修建于1996年，为干砌块石仰斜式重力挡土墙。挡墙面有水泥勾缝，墙面苔藓遍布，现状挡墙中部已出现鼓涨变形，部分勾缝脱落，最大鼓胀约8 cm，范围宽约5 m，挡墙顶砖砌围墙已出现开裂变形。迹象表明，该挡土墙区域多水潮湿，墙后土压力变大导致墙体出现变形破坏迹象。

该实例属于第一种破坏类型。根据勘察资料，该处挡土墙地基满足要求，但挡土墙上方为另一小区道路，沿道路分布有自来水、电力、电信及煤气等管道，坡体不能开挖，因此采用锚杆框架加固治理方案。锚杆穿过挡土墙，锚固于残坡积砾质粘性土层，外侧与钢筋混凝土框架梁连接，框架梁不仅可传递锚杆的力至墙体，增加墙体的稳定性，还可把墙体紧密连接在一起，增加干砌块石墙身的整体性；同时坡体设置深部仰斜排水管，墙顶设置轻质铁栅栏，如图1～图2所示。该方案对场地的扰动最小，且能对挡土墙进行有效加固，治理效果明显。

图1 锚杆框架加固剖面示意图

图2 加固治理后的挡土墙

该方案计算模型为边坡稳定性计算，计算公式采用简化Bishop法。由于杂填土与挡土墙无法取样得到其准确的抗剪强度指标，因此，先根据边坡现状的稳定性，反算得到其抗剪强度，再对边坡施加锚杆再进行稳定性验算，使其计算得到的稳定系数大于规范规定的安全系数。

2.2 拆除重建挡土墙

挡土墙总长约75 m，高6 m～8 m，厚约1.5 m，为干砌块石仰斜式重力挡土墙，墙脚为某老年公寓，距最近公寓楼约5.5 m，墙顶空地为某驾校训练场地。场地原为一处山间沟地，1998年填土造地，在沟谷横向砌筑一道挡土墙，墙前后填土造地，由于地形为山间谷地，场地整平后，墙前填土厚度0 m～4 m不等。推测填土厚的区域挡墙基础未进行有效的处理，且挡墙尺寸偏小，现局部挡墙中下部已出现鼓涨变形，鼓胀5 cm～10 cm，变形范围宽约30 m。由于墙身为干砌块石，未能发现明显开裂裂缝，墙体已出现整体结构破坏迹象。

该实例属于第一种与第二种混合破坏类型。由于墙后有大量的填土，锚杆加固方案没有理想的锚固地层，但场地有开挖放坡空间，因此采用全部拆除重建挡土墙方案。重建挡土墙采用C20毛石砼砌筑，高6 m～8 m，其中埋深1 m，厚约2.5 m，部分填土较厚区域，采用浆砌块石换填地基，如图3所示。

图3 重建挡土墙剖面示意图

该方案计算模型为重力式挡土墙的验算，墙后土压力计算采用库伦土压力法，复核墙体同时满足抗滑移、抗倾覆及地基承载力的要求，部分地基无法满足承载力的要求时，采用浆砌块石换填地基。

2.3 预应力锚索抗滑桩加固

挡土墙位于某小区北侧，修建于2002年。该场地原为一处突出斜坡，挡土墙采用上下层砌筑，下层挡土墙坡脚为小区上坡道路，上层挡土墙坡脚距下层挡土墙3 m～5 m，不含埋深高5 m～6 m，浆砌块石挡土墙。2015年，居民发现上挡墙东北侧阳角处发生变形开裂，墙体下部鼓胀变形，墙身出现“正八字形”裂缝，墙顶地面出现横向裂缝，显示该处墙体变形下沉外移，墙体结构开始出现破坏，一旦失稳，将直接威胁该处居民的生命财产安全。

该实例属于第二种破坏类型。根据勘察及现场调查资料，该处填土厚7 m～10 m，推测该处上挡墙基础位于填土上，挡土墙地基承载力无法满足安全要求，因此无法采用锚杆框架进行加固；墙顶地面分布管线及建筑物，也不具备拆除重建的条件，最终治理方案采用预应力锚索抗滑桩进行加固，不仅可以对破坏的挡土墙进行加固，还可以增加该处挡土墙的整体稳定性。在挡土墙外侧设置预应力锚索抗滑桩，桩长15 m，间距3 m，桩顶设置冠梁及预应力锚索，高度至挡土墙中部，桩身与挡土墙间设置混凝土挡板以保护锚索，桩间设置挡板，板后回填砂土并压实，以有效传递抗滑桩力至墙身，如图4所示。

图4 锚索抗滑桩剖面示意图

该方案计算模型为预应力锚索抗滑桩的计算。首先根据边坡现状的稳定性，采用简化Bishop法，自动搜索最危险滑裂面，反算得到素填土与挡土墙的抗剪强度，然后采用传递系数法，计算出设置抗滑桩位置处的桩后下滑力与桩前抗滑力。将该处计算出的剩余下滑力与库伦土压力大小进行比较，发现本例中库伦土压力大于剩余下滑力。最后计算库伦土压力作用下的预应力锚索抗滑桩，抗滑桩与预应力锚索强度同时满足规范要求即可。

2.4 桩托挡土墙

该场地原为一处斜坡，2009年在坡脚修建挡土墙，该挡土墙地面以上高约10.5 m，厚约1.5 m～3 m，为浆砌块石仰斜式重力挡土墙，墙后回填杂填土至标高42.5 m，坡脚填土至标高31.8 m，填土最厚约12 m，填土下伏地层为砂土状强风化花岗岩，坡顶修建有小区楼房，7层，框架结构，桩基础，距挡土墙最近的距离约5.5 m，墙顶地面有一条污水管网通过。由于该处为填方区域，在使用过程中，该处地面就出现沉降现象，水泥地板开裂，大量地表水汇集该处下渗坡体。且该处污水管由于地面沉降使其开裂，导致大量污水长期入渗坡体，使土体软化，大大增加了墙后土压力。2019年7月10日，直接导致挡土墙倒塌，倒塌区域宽约30 m，如图5所示。所幸坡顶楼房采用桩基础，在随后监测过程中未发现变形迹象。

图5 挡土墙倒塌后的边坡

该实例属于第一种与第二种混合破坏类型。由于该处挡土墙已经发生倒塌破坏，且距楼房很近，坡体土质为杂填土，无法放坡开挖重建挡土墙。该处地层主要为杂填土，楼房区域桩基密集锚杆也无法施工。最终治理方案采用桩托挡墙形式进行治理，桩基采用双排桩，其平面上采用品字形布置(图6)，治理范围向两侧未倒塌挡土墙适当延伸3 m。在滑塌土体上直接采用人工挖孔施工桩基，人工开挖的土体堆积于下方坡脚，起反压作用，待桩与承台施工完毕，最后开挖坡脚土体。

图6 桩托挡土墙剖面示意图

该方案计算模型主要分两部分进行计算。第一部分，复核桩顶的挡土墙应满足抗滑移与抗倾覆要求，作用力为库伦土压力，桩基竖向承载力特征值应满足挡土墙与承台竖向荷载的要求；第二部分，对双排抗滑桩强度进行复核：首先根据滑塌后边坡现状的稳定性，采用简化Bishop法，自动搜索最危险滑裂面，反算得到杂填土的抗剪强度，然后采用传递系数法，计算出回填后，设置抗滑桩位置处的剩余下滑力，并与库伦土压力大小进行比较，发现本例中剩余下滑力大于库伦土压力。对于双排桩抗滑桩的计算，抗滑桩平面上采用品字型布置，为了简化计算，计算模型简化为单排悬臂桩计算，间距取2 m，在剩余下滑力的作用下，复核抗滑桩强度满足规范要求。

3 结论

对老旧挡土墙的加固治理措施多种多样，本文对前述4个挡土墙加固实例进行分析探讨，目的是说明根据不同的破坏类型结合地质条件、地形地貌及周边环境条件，应通过技术论证或方案比较选用，采用不同的加固治理方案。当然其适用条件是不同的，可以单独使用也可以联合应用。挡土墙加固设计，特别是市区内的挡土墙，除了要考虑地形地貌、地质条件、施工技术条件、场地制约条件和环境影响等，还要考虑经济条件如工程投资、建设工期等。