某擋土墻結構性能及加固建議分析

吳志新，劉杭杭，項炳泉 （.安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 3003；.安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 3003）

0 引言

隨著國家啟動對老舊小區的改造工程，許多建造于上個世紀的小區房屋及附屬設施得到了全面排查，其中小區周邊的擋土墻結構較大位移及開裂的現象尤為突出。擋土墻主要受水土側向壓力，隨著時間推移和人類活動，其穩定性不斷衰減，進一步出現變形失穩現象，最終將會導致墻后土體滑移。因此，對擋土墻及時采取加固措施，可有效避免重大的生命和財產損失。當前，眾多學者對擋土墻進行了結構性能分析與加固設計，并取得了一定的研究和實踐成果。梁利生等[1]在剛性擋土墻與填土之間設置柔性墊層可減小作用于擋土墻的土壓力，基于擋土墻土壓力-位移的關系曲線，引入迭代法進行收斂計算，得到設置EPS 柔性墊層的剛性擋土墻土壓力計算方法。樓華鋒等[2]基于FLAC 3D 建立了加筋土擋土墻數值模型，在驗證模型有效性的基礎上，通過調整墻面傾角，分析墻面傾角對模塊式加筋土擋土墻的側向變形、土壓力和筋材拉力的影響。結果表明75°是模塊式加筋土擋土墻的合理傾角，不僅便于墻面綠化，還可以減少擋土墻變形、提高擋土墻的穩定性。李彬[3]對衡重式擋土墻進行了研究，以某電站大壩下游左岸河堤護岸加固工程為例，闡述衡重式擋土墻的具體應用情況，為類似擋土墻加固提供實踐經驗。閆明超[4]研究了隧道洞口擋土墻的穩定性，提出采用鋼花管注漿加固、鋼筋網片、噴射混凝土等措施加固擋土墻的技術方案，可為今后類似擋土墻加固防護施工提供理論參考。張坤[5]對既有擋土墻進行抗滑移和抗傾覆穩定性進行復核驗算，還提出了錨桿格構加固既有擋土墻和系列截排水具體設計措施。丘啟木[6]將加筋土工格柵應用于擋土墻加固，以某防護工程為研究對象，對土工格柵加筋擋土墻進行了研究，為工程實踐提供基礎。朱勇志[7]通過對某基坑開挖工程項目的研究，分析重力式擋土墻裂縫發生情況，總結發生裂縫原因，并提出具體有效解決方案，結果表明采用擋土墻卸載加上錨噴面層和鋼管支護的方法能夠阻止裂縫發展。左歡等[8]提出了一種與主體結構脫開的帶錨桿的擋土墻，通過設置變形縫將擋土墻頂部與主體結構斷開，同時設置錨桿，解決了懸臂擋土墻墻厚和配筋過大的問題。刁萬民[9]對某路段加筋土擋土墻的檢測情況進行了闡述，分析了該路段加筋土擋土墻產生病害的原因，提出對該路段的路基加筋土擋土墻的加固方案。施小平[10]研究了倒Y 型擋土墻結構的穩定性，為填土范圍較小、施工空間有限、地基開挖難度較大區域倒Y 型擋土墻的設計提供參考。鄒方舟及李志春[11-12]以懸錨式擋土墻為研究對象，以精確的分析結果為依托，對懸錨式擋土墻的穩定性與結構設計進行了深入性探究，給出了無限條分析法與專業的拉桿設計方式，對懸錨式擋土墻的設計與工程應用提供參考。譚菲等[13]對坡地建筑上部結構嵌固部位的選取和坡地建筑擋土墻的設計進行了分析討論，結果表明坡地建筑的結構初步設計應著重從概念設計入手，盡早參與到前期規劃設計中，并提出了坡地建筑擋土墻的設計方法。夏長華等[14]通過對某擋土墻失穩的原因分析及幾種失穩擋土墻加固方法對比，對雙排樁加固失穩擋土墻的實際應用進行探討。結果表明雙排樁加固擋土墻效果顯著，同時取得了較好的經濟效益，為失穩擋土墻加固提供了新思路。

本文結合某擋土墻工程實例，檢測該工程擋土墻的病害特點，采用現場靜載方法[15]對擋土墻進行原位加載試驗。觀察試驗段擋土墻裂縫寬度的變化情況，分析擋土墻測點的水平位移與荷載變化曲線，驗證該擋土墻結構性能的安全性，提出該擋土墻加固建議。

1 工程概況

某小區擋土墻工程（以下簡稱“擋土墻”）位于祁門縣?？拐鹪O防烈度為6度，結構安全等級為二級；擋土墻底部采用樁基礎，混凝土強度等級為C35；擋土墻墻身混凝土強度等級為C30，上部墻身厚度為300mm，下部墻身厚度為500mm。該擋土墻工程于2016 年完工，包括雙排間距1.5m、直徑600mm鉆孔灌注樁，上部設置承臺、立板及鋼筋混凝土擋土墻。2021 年對擋土墻工程被動區域進行了增設支撐加固。擋土墻東西兩端嵌入山體，南側為道路和21 號樓，北側為綜合樓，綜合樓離擋土墻距離約1～4m，綜合樓縱向范圍內擋土墻頂部與建筑物之間采用后澆梁板混凝土結構連接；南側為小區道路地面，地面標高（+11.100m）基本與擋土墻頂部齊平，承臺頂標高為+5.800m；綜合樓西側范圍內擋土墻設有兩道支撐，綜合樓東側范圍內擋土墻設有三道支撐，擋土墻平面及側視圖見圖1、圖2。因試驗段擋土墻沿水平向為連續構件，選擇荷載效應較大的兩樁之間的擋土墻作為試驗段[9]（具備試驗條件的3-4 軸范圍），加載范圍（即2-5 軸）各向兩邊延伸一跨（以樁與樁之間為一跨），見圖1。

圖1 擋土墻平面圖

圖2 擋土墻側視圖

2 試驗設計

2.1 試驗裝置和加載制度

本試驗采用DH3816N 靜態應變數據采集儀對測點應變數據進行采集，采用YHD-50型容柵式位移傳感器測量各測點水平位移，利用DJCK-2 型裂縫測寬觀測裂縫寬度的變化。本次試驗配重采用沙包（每袋35kg），共計1715 袋。試驗加載分7 級，每級90kN，每級持荷時間1.5h，加載到最大荷載后持荷15h；卸載分2 級，每級持荷1.5h。試驗加載面積約為60m2，擋土墻上方小區道路為非消防通道，按荷載標準值（即5.0kN/m2）檢驗擋土墻在正常使用荷載作用下的承載能力，試驗最終加載到2 倍標準值終止（即10.0kN/m2）。

2.2 測點布置

擋土墻測點相對于基坑高度H 分別為5.8m、8.4m、11.0m，依據《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497-2019），擋土墻在不同標高處水平位移控制值為0.25%H（即14.5mm、21mm、27.5mm），經理論計算擋土墻在10.0kN/m2活荷載作用下產生水平位移約占水平位移總量的20%（即實際水平位移控制值分別為2.9mm、4.2mm、5.5mm）。根據試驗方案要求，本次試驗段擋土墻上共布置15 個水平位移測點，見圖3。主要關注3～5軸范圍內擋土墻水平位移隨荷載變化情況，2軸和5軸位于加載區域邊緣。

圖3 水平位移測點布置圖

3 試驗現象

經現場查看，試驗段擋土墻裂縫主要集中在2、3 軸之間，呈豎向不連續分布，未見墻面裂縫處有滲水和泛堿痕跡，實測墻體結構面裂縫最大寬度為0.80mm。為觀測加載過程中裂縫寬度變化情況，現場在裂縫上共布置37 個石膏餅觀測點，見圖4。加載前記錄的裂縫分布和寬度見圖5。試驗過程中，對試驗段擋土墻裂縫寬度觀測點進行觀察，在外加荷載作用下，擋土墻結構面的裂縫寬度、長度及數量均未明顯變化。

圖4 裂縫觀測點布置圖

圖5 裂縫分布圖

4 試驗結果分析

本次試驗的擋土墻水平位移測點布置在2 軸、3 軸、4 軸、5 軸及3～4 軸跨中位置上，沿豎向在標高+5.800m、+8.400m 和+11.100m 處各布置1個位移傳感器，見圖3。各測點水平位移與荷載變化曲線見圖6。

圖6 各測點荷載-位移曲線

由圖6 曲線可知：①5 軸測點A2 及2 軸測點E1，分別在荷載達到600kN 及450kN時，都出現水平位移突增點；其他軸測點水平位移值隨外加荷載的增加而增大，卸載過程位移值漸進減小、曲線趨緩。表明擋土墻邊緣區域更容易發生變形，在加固時應對擋土墻邊緣區域采取更加安全的加固措施。②外加荷載達450kN 時（標準值為300kN），擋土墻最大水平位移在5 軸中間測點A2，位移值為0.79mm；外加荷載達到480kN 時，擋土墻最大水平位移在2 軸測點E1，位移值為2.37mm；外加荷載達到2 倍標準值時（600kN），擋土墻最大水平位移在2軸測點E1，位移值為2.08mm，各測點均未超過擋土墻水平位移控制限值，表明擋土墻結構力學性能滿足正常使用要求。③擋土墻中間區域水平位移變形普遍較小，最大位移值都在0.45mm 內；且隨著擋土墻標高越高，水平位移值越大，表明擋土墻加固應集中在上部區域。④卸除全部外加荷載后，擋土墻部分側向位移測點存在較大殘余變形量，最大殘余量位于2 軸測點E1 處，位移值為1.95mm，這是由于擋土墻邊緣區域土體受外加荷載作用造成的土體壓實。

5 結論與建議

該擋土墻在正常使用極限荷載作用下最大變形小于限值且無新裂縫產生，受力性能滿足正常使用要求，采用靜載試驗法可以無損檢測既有擋土墻的承載力。

擋土墻裂縫主要為混凝土表層收縮裂縫，建議采取封閉修補措施。局部擋土墻根部樁和梁暴露在外，應進行處理。擋土墻在荷載作用下，在擋土墻邊緣區域及上部位置變形相對較大，且在邊緣處殘余變形過大，建議在上述區域采取更安全的加固措施，保證擋土墻的正常使用。

擋土墻在全壽命周期內做好地表排水，防止雨水滲入擋土墻內土體，增加水土壓力，擋土墻泄水孔應保持通暢。