某重力式挡土墙开裂_鼓胀成因分析与加固治理浅谈

某重力式挡土墙开裂、鼓胀成因分析与加固治理浅谈

张秀铭

(广东省深圳市地质勘查局,广东深圳518019)

摘要:通过对深圳某重力式挡土墙开裂、鼓胀的加固施工治理,较详细的分析了其成因,介绍了具体

的工作方法,对存在的问题或类似工程存在的问题提出了一些工作方法和建议,对今后地质灾害的加固施工治理有一定的借鉴和指导意义。关键词:重力式挡土墙;地下水;加固治理中图分类号:U41711+1　文献标识码:B　文章编号:1004—5716(2007)06—0179—03

1　工程概况

深圳某重力式挡土墙,近直立式,呈北西～南东方向展布,西侧一级挡土墙下为3～4层厂房,第一级至东侧第二级挡土墙平台为宽10.50m的土路,一级与二级挡土墙相平行分部。后者为最近2年砌置,墙高5.71～4.16m,且挡土墙以上仍有高度5.28～1.00m的土坡。

一级重力式挡土墙已修筑13余年,总长为99.00m,高度9.42～0.94m,北西向高而南东向低。在2005年第3季度持续大暴雨的影响下,致使该一级重力式挡土墙的北西部出现明显的裂缝、鼓胀现象。裂缝最宽达3cm,鼓胀外突起最高达25cm,严重危及西侧厂

房的安全和正常使用,同时也给东侧道路的行车安全带来极大的隐患,必须对其进行加固治理,消除不安全因素。2　场地工程地质条件2.1　地形地貌特征本加固场地地处低残丘斜坡与冲洪积层接壤地貌区,地势北东面高南西面低,经开挖与修筑现为二级人工砌石重力式挡土墙,在一、二级挡土墙平台回填整平后现为厂区土路。2.2　地质构造　　根据钻探和区域地质资料,场地附近有北东向、北西向的断裂通过,受其影响场地基底岩石裂隙发育—较

图2　实测值与理论计算值比较

5　结论

参考文献:

[1]　梁波.土石坝测压管水位观测资料分析方法[J].大坝与安

通过以上分析,坝体地下水位异常原因主要是由于

坝体填土的不均匀性、右坝头填土与基岩接触带具有强渗漏性、右岸山体地下水的影响、左侧坝体导流洞渗水、右坝背水坡进行过灌浆处理等原因造成的。因此,鉴于坝体疏松,防渗性能较差,应对大坝进行防渗灌浆处理,特别是对右坝头,应进行充填灌浆,处理深度进入相对不透水的基岩不小于3m。

全,2005,4.

[2]　冯文凯,石豫川,等.降雨及库水升降作用下地下水浸润线

简化求解[J].成都理工大学学报(自然科学版),2006,1.

[3]　水利部,SL169-96土石坝安全监测资料整编规程[S].[4]　安景生,等.克孜尔水库主坝左坝肩观测资料异常情况分

析[J].大坝与安全,2003,2.

[5]　唐劲松,等.嶂山闸扬压力异常原因分析[J].水电自动化

与大坝监测,2004,6.

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发育,岩面起伏明显,岩石具有碎裂再胶结现象,裂面充填后期碳酸盐细脉,但未发现新构造活动迹象,第四系各土层分布稳定、连续。2.3　地层岩性

根据钻探揭露及地表出露情况,挡土墙场地各地层组成和野外特征自上而下依次为:

(1)人工填土层(Qml)。素填土:灰黄、棕红、棕黄、紫色,干,松散,为近期北东侧削山开挖回填土,由扰动的粉质粘土夹少量碎石组成,层厚1.50～9.50m,平均4.67m。

(2)第四系坡积层(Qdl)。含碎石粉质粘土:棕红、棕黄、紫色,稍湿,可塑,含碎石5～15%,大小0.20～2.50cm,层厚1.20～4.00m,平均2.44m。

(3)第四系冲洪积层(Qal+pl)。粉质粘土:棕红、棕黄、紫、灰黄色,稍湿—湿,可塑,局部硬塑,下部普遍含5%～20%的碎石,分布不均,大小不等,一般0.20～2.60cm,最大6cm。层厚悬殊,厚度4.90～19.70m,平均9.54m。

(4)石炭系下统沉积岩(C1)。石灰岩:灰黑色,隐晶—细晶结构,层状构造。矿物成分主要为方解石。岩石坚硬,具有碎裂再胶结现象,顶部见溶蚀现象。裂隙较发育—发育,充填后期碳酸盐细脉,层厚不详。2.4　水文地质

该场地地表冲沟不发育,未见明显地表水系。场地内地下水类型分为两种:一种是赋存于填土层、第四系坡积层、冲洪积层的上层滞水,分布不连续,直接受大气降水补给,以蒸发、下渗的方式排泄,水位极不稳定;另一种是赋存于挡土墙墙体下石灰岩溶隙裂隙中,含水性不均匀,含水量相对较丰富,具有承压性,接受大气降雨和邻近地下水的补给,具有统一水面,水位动态受降雨影响而具有季节性变化。勘察时在钻孔内测得地下水稳定水位标高53.55～55.02m之间,即在一级挡土墙底面以下。3　一级重力式挡土墙特征3.1　挡土墙墙体特征

该挡土墙墙体近于直立,倾角80°～85°,厚度:上部3.00～3.50m,下部4.00～4.50m,出现开裂与鼓胀的地段在北西部,该地段墙高6.80～9.50m,长度31.00m。挡土墙顶部另加有高2.00m,厚度0.25m的浆砌块石围墙。

该墙体在人工砌置时,块石间砂浆少或无,结构疏松,仅墙体外表面勾缝处粘结尚好。3.2　挡土墙墙面特征

该挡土墙墙面裂缝到处可见,宽0.10～3.00cm,雨季时,墙面部分沟缝砂浆细条体脱落,浓泥浆从块石缝隙间溢出墙外,泥浆迳流处有明显的印迹。另外,墙面鼓胀外突起最高达25.00cm,面积约(4×22)m2,主要见于墙体的中下部。4　挡土墙开裂、鼓胀成因分析4.1　挡土墙开裂、鼓胀的内在因素

(1)地形地貌。一级重力式挡土墙置于自北东向南西倾斜的低山斜坡前缘,加上该挡土墙的顶部围墙砌置延长至低山斜坡上长约30m,下雨时地表水汇流到挡土墙处,沿着回填土层的沉陷裂缝贯入挡土墙后填土层中,积水一积一多,侧压力逐渐增大。

(2)地层岩性。挡土墙后的岩性主要为人工填土层,厚度1.50～9.50m,宽度≥10.50m,呈松散状态,吸水性和饱水性强,而下伏第四系坡积的含碎石粉质粘土,第四系冲洪积的粉质粘土均为弱透水层,属于相对隔水层,当地表水下渗至该地层时,自然继续向西南部填土渗透与积蓄。4.2　挡土墙开裂、鼓胀的外部因素

(1)当地表水沿着填土层下渗后,虽然部分积水已沿着块石缝隙迳流排泄,但仍有相当多的地表水在挡土墙与填土交接处滞留,改变了挡土墙原有的受力平衡。

(2)多雨季节,挡土墙内地下水位升高,浸湿和饱和了墙体,使其自重应力增加,增大了墙体的土压力,降低了其抗剪强度。

(3)该挡土墙顶部浆砌有高2.0m,厚0.25m的块石围墙,加上墙后道路车辆动荷载对填土的侧压作用,对挡土墙墙体增大了荷载。5　挡土墙加固措施与方案分析

根据该边坡加固场地的地质情况及周边环境,综合分析目前挡土墙的现状,对以下三种方案进行比较。5.1　拆除原有挡土墙,重新恢复

若拆除原有浆砌块石重力式挡土墙,再按照考虑大型货柜车通行的荷载(30t)要求重新设计挡土墙,该方法工艺虽然简单,施工方法较普通,但由于第二级与第一级挡土墙净距仅为10.5m,而原挡土墙的基础宽度为4.80m,且新设计的挡土墙基础必然会超过4.8m,即第一级挡土墙墙踵处距第二级挡土墙墙底不到5.7m,而其高差最大达9.5m,土层多为填土,再重新施工挡土墙挖基槽时,第二级挡土墙必然临空作用于开挖的陡立坡面上,无法保证下面施工作业工人的安全。当重新施工挡土墙,必然会将道路挖除,影响原有的交通和功能,且该方案需折除挡墙顶的围墙、清除旧挡土墙、挖土、护坡、重新砌筑,无法保证施工的安全,工期较长,费用较高,所以不宜采用。

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5.2　坡脚加斜支撑

因目前挡土墙底距厂房净距仅为5.0m,一级边坡

需加固的范围为北西部长度的31.00m,墙高为6.8～9.50m,若考虑到已有厂房的基础外挑,而支撑点采用人工挖孔桩,其最小直径为1.2m,加上护壁,则为1.5m,即桩中心距挡土墙的水平距离最大为3m左右,作为内支撑本身是一个被动受力体系,只有当挡土墙再次继续变形、位移后,支撑才会受力,而支撑角度太陡,其承受的水平力是极其有限的,所以需要的支撑数量必然较多,其加固的费用十分昂贵,同时加了斜支撑后,厂房内的消防通道再也无法通行,严重破坏了原有的功能,因此,也不宜选用此方案。5.3　预应力锚索加框架梁结构

由于该一级重力式挡土墙较高,墙后还需考虑通行大型货柜车,其静荷载和动荷载不可小估。针对墙身己出现变形,采用主动受力的预应力锚索结构,可以有效控制和约束墙身的位移和变形,且锚索作为一个水平受力构件,在同等条件下,它比斜支撑等被动受力构件所能提供的水平锚固力大,因此是一个经济的方案,同时,框架梁与预应力锚索结构完全可以承受新增的附加荷载,并控制和约束墙身的变形。综上所述,预应力锚索加框架梁结构是经济可行,不会对原有道路和厂房的使用和功能造成任何影响的最优方案。

经计算后确定,预应力锚索采用3束7󰂡5高强低松驰钢绞线(fptk=1860MPa),成孔直径不小于130mm(岩层110mm),框架梁断面尺寸400×300mm,砼强度等级为C25。各孔网格间距为2m×2.5m,共设54个孔。锚索孔长度18～22m,其中自由段长度5～6m,设计拉力300kN,锁定拉力240kN。6　预应力锚索施工与注浆补强6.1　锚索施工

(1)成孔施工:依据设计要求进行定位成孔→清孔→安置钢绞线→二次高压注浆等。

(2)框架梁施工:在框架梁施工前沿梁柱打入适量的膨胀栓与钢筋骨架连接,使框架梁在施工中及预应力锚索张拉锁定前不致失稳倾倒,确保施工安全。

(3)泄水措施:不仅对原泄水孔进行修复,且重新设置部分泄水孔使墙内积水能及时排出墙外。

(4)预应力锚索张拉锁定:在锚固体达到设计强度的90%后进行首次张拉,锁定值为设计拉力的50%～60%,待锚固体达到设计强度的100%时全部进行第二次张拉,除YM14、YM15、YM16等3孔外,其他各孔均锁定至240kN的设计要求。二次张拉结束后,张拉扣

将锚头用C25砼浇在锚座内。

依据现行规范随机张拉检测的3孔均满足360kN的要求。6.2　注浆补强

(1)注浆。由于该挡土墙砌置时,砂浆填充少或无,块石间结构松散,则采用跳跃的方式成孔,但各孔成孔钻进困难,均出现严重垮孔现象,当施工钻孔完成60%时,由于机械成孔的冲击与振动作用,加剧了对整个墙体的破坏,致使挡土墙裂缝加宽又加密,鼓胀更明显,且范围增大,挡土墙倒塌的危险性加大。

在这种情况下,采取在挡土墙底堆砌平均宽2.60m,高3.00m的砂包进行反压作用,再对已成孔的各孔进行反复的注浆,直至浆液基本灌满整个墙体块石间的缝隙。

(2)补强。在施工过程中,该加固段挡土墙的南东角下部的YM14、YM15、YM16等3孔成孔时,发现孔内水量较多,且孔内垮孔严重,当多次清孔后钢绞线才放入孔内预定深度,并注浆成孔。在第二次张拉时该3孔锁定拉力稍差,分别为180kN、160kN、170kN,即达不到设计要求。因此,在YM14～YM16孔框格中间增补2孔进行局部补强措施。

根据勘察资料,场地地下水位于一级挡土墙地面下1m左右,而YM14～YM16等3孔孔口设置于离地面高0.60m处,也就是说该3孔高于地下水位1.80m左右。因该3孔的原始地势最低,成孔后受东侧低丘地下水的侧向补给,使墙内积水增多,进一步软化了填土层和粉质粘土层,而出现垮孔现象,同时也稀释注浆液的浓度,延缓注浆液的凝固时间。7　结束语

(1)对于挡土墙的加固治理,必须先进行勘察工作,为边坡支护设计与施工治理提供地质依据。

(2)对于人工砌置时间较长、墙体较厚且结构疏松的挡土墙,在加固施工治理前必须对墙体进行必要的注浆加固,使块石间胶结相对紧密,不至于出现孔内块石垮落而成孔困难,甚至墙体裂缝加宽,或墙体出现新鼓胀,带来更加可怕的新的安全隐患。

(3)对有条件的挡土墙加固场地应设法将地下水排除或降低至锚索孔孔底标高下一定范围内,这样不至于施工时多次清孔,甚至出现锚索孔张拉锁定达不到设计要求而需补强的被动局面。

(4)当锚索孔孔内遇有地下水难以排除时,除浆液需注满外,还得适当增加锚索孔长度,根据本工程实例,建议其锚固段的长度在原设计长度的基础上增加25%～33%。