擋土墻的作用

擋土墻是各類工程建設中常見的支擋結構形式，它具有結構簡單、占地少、施工方便和造價低廉等諸多優點。目前，不僅廣泛應用於公路、鐵路、城市建設，同時應用於水壩建設、河床整治、港口工程、水土保持、土地規劃、山體滑坡防治等領域。

概述

擋土墻的分類

擋土墻的種類很多，按照其結構特點可以分為：

（1）重力式擋土墻;

（2）懸臂式擋土墻;

（3）扶臂式擋土墻;

（4）支撐式擋土墻;

（5）錨定板擋土墻;

（6）板樁墻擋土墻;

（7）加筋土擋土墻。

擋土墻存在問題

擋土墻的主要載荷是土壓力和相關的外來載荷，隨著其使用時間的增長，擋土墻的穩定性就會減弱，甚至會出現不同程度的失穩現象。尤其是在頻繁的外部載荷和地震、水災等自然因素作用下，擋土墻的失穩現象表現的更加突出。在公路交通建設中，幾乎所有的跨線大橋，山區公路均建有擋土墻。在動載荷下擋土墻的失穩日趨嚴重，如：

• 始建於80年代的濱州黃河大橋南北接線的擋土墻，墻高6m，從1991年開始，擋土墻逐漸開始發生變形，墻體外傾，到1997年墻體的最大變形達280mm，其中南接線西側甚至發生過坍塌事故，嚴重威脅到整座大橋的交通安全。
• 建成於1990年前後的104國道界河立交橋，自建成初期即發生輕微的墻體外移現象。從1997年開始，墻體的外鼓變形加劇，到2000年6月份，墻體最大的位移量達到100mm，絕對位移量超過200mm，路面局部發生縱向開裂，墻體的頂部面板開始脫落，墻體整體失穩，並有進一步加劇的趨勢。
• 位於山東省淄博市境內的辛店大橋，縱向長度600m的擋土墻均出現不同程度的外傾和外鼓現象，局部的外鼓達150mm之多，從而嚴重威脅到瞭公路運輸的安全。
• 2001年9月27日，洛陽-三門峽高速公路K104+940-K105+100段坡間擋土墻，突然隨坡體下滑，塌方量達12萬m3以上，半幅路基平均下陷深度為5m，致使原定通車時間滯後3個多月。
• 京滬高速公路（化臨段）擋土墻在建設過程中即發生不同程度的側滑現象，不得不重新設計和加固。

由此可見，擋土墻的失穩問題不是個例，而是帶有普遍性。僅山東省境內就有不少於20座各類擋土墻發生不同程度的失穩現象。國內類似工程有幾百處，嚴重者甚至有可能釀成墻體傾覆、交通中斷、人員傷亡的嚴重事故。因此，如何在設計和施工階段采用有效的工程措施，以消除擋土墻失穩的事故隱患是事關交通安全的重大工程技術難題。

失穩擋土墻的加固方法

主要有預應力錨固、重力式翼墻、後跺式扶臂墻、噴射混凝土和預應力錨桿聯合加固以及加筋噴射混凝土和預應力錨桿聯合加固等 。

在實際工程中，由於擋土墻所承受的外部載荷環境不同、回填土性質以及擋土墻的類型不同，因而，結構失穩的原因和所采用的加固方法以及同一種方法所選用的加固參數也不盡相同，所以，問題的研究必須有針對性。即針對某一類型的擋土墻的失穩情況，從實際出發進行比較系統的研究，瞭解它的失穩機理並選擇一種切實可行的加固方法，從理論和實踐中加以證明其可行性並進而推廣應用。

加筋土擋土墻失穩的基本特征及原因分析

失穩特征

據調查，加筋土擋土墻雖然建設的年代、應用對象甚至具體的設計參數不盡相同，但由於基本結構是相似的，因此其失穩現象都有著共同的特征：

1、墻體外鼓

這種現象約占70%，主要有以下兩種表現形式：

(a)弧形外鼓(圖6a)。調查發現，全國現有的加筋土擋土墻運行5年以上的，都不同程度地出現瞭墻體外鼓，路面兩側護欄內傾，且墻體越高，外鼓現象越嚴重，外鼓位移最大處一般發生在離地面高度的2/3處。

(b)S形外鼓(圖6b)。這種現象不是孤立存在的，一般伴隨著弧形外鼓出現(例如G104界河立交橋)，其主要特征是：總體仍屬弧形外鼓，但在墻體中下部又出現另一外鼓現象。

2、墻體外傾(圖6c)

這種現象約占30%，主要特征是：墻體整體外傾、路邊護欄外傾（如濱州黃河大橋北接線東側墻體）。

3、路面開裂

所有出現失穩現象的加筋土擋土墻，一般都伴隨著路面縱向開裂，嚴重者裂縫寬度達5—20mm，路面有無裂縫，是判別墻體是否整體失穩的最主要的特征。

4、拉筋與面板脫離，造成墻體面板局部單塊滑落。

加筋土擋土墻失穩特征示意圖

原因分析

加筋土擋土墻是國內外已廣泛應用的成熟技術，我國也制定瞭相應的設計與施工規范（JTJ015-90）。但為什麼加筋土擋土墻在建成初期或運行一定時期後卻相繼發生瞭輕微變形以至發展成嚴重失穩變形呢？經綜合分析，其存在著外在和內在兩方面的原因：

1、外在原因

(a)我國大規模建設加筋土擋土墻時期，交通流量遠不及現在大。例如：濱州黃河大橋81年以前日交通量平均為3085輛，到2000年已增至14890輛；山東省G104界河立交橋建成初期（1989年），日均交通量為2168輛，至2000年達到7645輛，且大型運輸車輛增多，超載嚴重（最大車貨總量超過100噸），直接導致路面動荷載劇增，超過瞭原設計路基的承載能力。

(b)對於一般車流量很大，動荷載相對較高的路段，墻體變形一般主要受動荷載的影響，出現嚴重的外傾失穩，造成頂層拉筋斷裂、面板脫落。

(c)施工質量不高，尤其初期填方不實，拉筋松弛或拉筋材料選材不適當甚至不合格也是造成加筋土擋土墻失穩的不可忽視的外在原因。

2、內在原因

(a)車輛動荷載所引起的側壓力沿垂直方向遵從佈西涅斯克解，即在彈性半空間體上作用一壓力，其應力分佈是上大下小，而主動土壓力是上小下大，二者作用的迭合，即在離地面高度的2/3處形成最大的外推力。因此，墻體外鼓是必然的。但外鼓不一定失穩，隻要外推力不超過拉筋的抗拉強度，墻體仍可保持相對穩定，而判別擋土墻是否失穩的最明確的外在標準是路面是否開裂及面板是否脫落。

(b)加筋土擋土墻的加筋材料為增阻遲緩的柔塑性體，在動荷載作用下增阻速度滯後，不能及時提供阻力以抵禦動載對土體的破壞作用。在許多情況下，拉筋失效並非是本身強度不夠，而是增阻速度不及動載的增載加速，土體因瞬間變形超限而破壞，從而導致墻體填方失穩。

(c)墻體內的填土本身強度很低，建成之時存在著初始塑性變形區，動荷載劇增即可誘發原有塑性區的進一步擴大和發展，隨著時間的積累和變形的疊加，即可能在擋土墻內部出現整體和永久性的破壞。

實 例 界河立交橋加筋土擋土墻失穩加固處理

工程背景

界河立交橋建成於1990年，自建成初期即發生輕微墻體外傾現象。從1997年開始，外鼓變形逐漸加劇，至2000年6月，最大位移量相對值達100mm，絕對值超過200mm，路面局部發生縱向開裂，兩側護攔內傾，頂部面板局部脫落，墻體整體失穩，並有進一步加劇的明顯趨勢 。

工程對策

1、必須滿足的前提條件

對於失穩加筋土擋土墻，最簡單的處理方法是在墻體外側壓土或附加一個重力擋墻作為外支撐，但這將直接導致加筋土擋土墻的主要優越性的喪失，不但工程量巨大，又需要重新征地，除非緊急搶險，此方案不能采用。任何擬采用的加固方案必須滿足以下條件：

(a)不能破壞原工程的基本結構，所實施的加固方案既能完全保留加筋土擋土墻的既有優越性，又能保證不影響其使用功能。

(b)在不影響主路面安全運行的前提下能正常進行加固施工。

(c)施工工藝要相對簡單，工程造價及施工工期不能高於其它加固方案。

2、可采用的工程方案

經反復分析比較，能同時滿足上述條件的方案其實范圍很小：首先，其必須是常規技術；其二，它能有效抑制或減小墻體變形；其三，它具有可靠的有效性和持久性。如何選擇並確定這樣一個由多項常規技術構成又非常規的有效技術組合，是解決失穩加筋土擋土墻加固問題的最大難題。

（a）主要方案

理想的方案是通過一種特殊的工藝，將墻體對應面板鑿穿，穿上鋼筋，對拉鎖定，完全取代原有的拉筋(圖8a)。

由於國內目前鑿孔設備及技術所限，對穿鑿孔不易實現，可改由兩側分別鑿孔，並安裝預應力錨桿以代替對拉鋼筋，這樣鑿孔問題易解決，同時又保持瞭前者的技術精髓，是可實施的技術方案(圖8b)。

02547e6d74075831b93eb273cfdf9fdd主要方案示意圖

（b）選定方案

在墻表面噴射一層砼(加錨網)，使分散的面板預制塊由單體變成整體，這樣可保證在墻表面任何一點加力都能將力分佈在“一片”而不是“一塊”上，整個噴層相當於一個大承力墊板，整個外墻成為一個整體，可大大提高其抗彎、抗剪和整體承載能力。

在墻體兩側墻面對打1—3排預應力錨桿，以此來有效抑制墻體的變形。

錨桿安裝過程中，采用“分層多次高壓註漿預應力錨固技術”，實施多次分層註漿，既能通過對土體的改性加固墻體本身，又可提高預應力錨桿的承載力，一舉兩得。

3、需要克服的主要技術難題

(a)鑿孔問題。由於路基填土為非原狀土，而是由土石組成的雜填土，在這樣的雜土層中鉆孔十分困難，能否正常成孔是選定方案正常實施的關鍵和前提。

(b)預應力錨桿。雖然在巖石層中或在原狀土層中安裝永久預應力錨桿在國內外已是常規技術，而在人工雜填土層中實施該項技術卻有許多沒有解決而又必須解決的技術難題：

• 預應力錨桿預應力值的衰減特征如何，最終穩定的預應力值是多少。
• 采用何種技術手段能提高並能永久保持設計預應力值。
• 如何確定預應力錨桿的設計參數(如錨桿的長度、直徑、密度等)。

(c)錨噴網。按方案，錨噴層是作為其與面板間的結合體而設計的，預期效果能否實現，如何實現？

(d)註漿。在填土中進行註漿，漿液能否按預想的在設計范圍內分層並有效擴散；如何在保證不破壞路面和墻體本身的前提下確定註漿參數，實施高壓註漿；註漿對最終加固效果影響有多大，作用如何等等。所有這些問題必須通過實驗和現場工程實踐來回答。

施工過程

本項目確定的加筋土擋土墻加固方案主要由三項常規技術—錨噴、註漿和預應力錨固構成。這三項技術在國內外巖土工程領域已得到廣泛應用，但應用於加固加筋土擋土墻，在國內外尚屬首次。由於加固對象的特殊性，所以，要達到設計要求，保證完美的加固效果。

1、墻面錨噴網加固

在擋土墻外墻面鋪設一層鋼筋網，主筋采用ф10鋼筋，網度為1000mm×1000mm，輔筋采用ф6.5鋼筋，網度為150mm×150mm。

主筋的每個節點處，打一根連接錨桿。連接錨桿采用ф16螺紋鋼，錨固深度為500mm，並與主筋焊連。

在整個外墻面噴射一層80mm厚的砼，標號C25。

cba3f2a02139ed683d48deb55b9829e2墻面噴射鋼筋混凝土設計圖

2、工程對策

針對上述問題，首先進行瞭理論分析，基本弄清瞭出現問題的內在原因，根據不同情況，設計瞭多項不同的試驗，從根本上解決瞭這些問題：

（a）合理配比。通過現場噴射試驗，確定瞭最適合於噴射對象的噴射材料配合比，即水泥:砂:石子:水:速凝劑=1:2:2:0.4:0.025（重量比）。

(b)分層濕噴。試驗發現，單次噴層厚度不大於40mm，則噴層就不會脫離墻面。超過40mm，個別地段出現輕微離層的跡象。

(c)局部增厚。在每根預應力錨桿錨固墩周圍增加瞭一道加強鋼筋網，參數與單層相同。經過試驗，在每個錨固墩周圍1m2范圍內，噴層增至150mm（雙層鋼筋網），即可完全消除由於局部承載而引起的噴層裂紋現象。

(d)分期養護。每次噴射完成後，即進行一次養護（噴水），墻面強度增至設計值的40%時，再進行下一循環噴射和養護，直至達到要求的厚度再進行最終養護。試驗證明，分層噴射、分期養護，可徹底消除由於養護原因而帶來的噴層裂紋問題。

3 、其他常規工程措施

（a）連接錨桿安裝

采用7655型氣腿鑿巖機鉆孔，孔徑50mm，孔深500mm，鉆孔垂直於墻面。

向鉆孔內註入水泥砂漿。首先向孔內插入註漿管至孔底，隨砂漿的註入緩慢地將註漿管拔出，保證砂漿註入飽滿。

註完漿後，立即將連接錨桿插入，連接錨桿用ф16螺紋鋼預制，外露端帶彎鉤，以備與主筋交叉相連。

（b）佈設鋼筋網

主筋的佈設：按1000mm×1000mm的網度編主鋼筋網，在鋼筋網的交叉點處及錨釘與鋼筋網接觸點采用焊連，焊接點位置與墻面的距離為30～50mm。在準備佈設預應力錨桿的位置，預留孔位並采用塑料套管保護，以便於下一步預應力錨桿的施工。

輔筋的佈設：按150mm×150mm的網度編輔筋鋼筋網，在鋼筋網的交叉點及輔筋與主筋的交叉處，采用φ2鐵絲綁紮牢固，將輔筋鋼筋網與主筋固定在一起。在輔筋佈置的同時，定點埋設控制噴射混凝土厚度的標志，以確保混凝土噴射的厚度。

在預留的預應力錨桿鉆孔孔口周圍，佈設1.0m2的加強鋼筋網，兩層網間距為50mm。

（c）噴射混凝土

首先將光滑的墻面鑿毛，然後用高壓風、水將墻面沖凈，以保證首次噴層與墻面的良好粘合。

第一層噴射厚度40mm，噴頭與噴面垂直，間距為0.6～1.0m，第二次噴射砼在第一次噴射養護24小時後進行，必須保證噴射厚度和表面平整。

（d）養護

每次噴射完成，噴層初凝後立即進行養護，當最後一次噴射的混凝土終凝2小時後，進行正常養護，每天至少噴水4次。養護時間一般不得少於7天。

每層噴完後第一次噴水養護時，采用低壓噴水，以防止沖壞噴射混凝土表面。

在養護過程中凡發現剝落、外鼓、裂紋、局部潮濕、色澤不均等不良現象，均及時分析原因、采取措施進行修補，以防後患。

坡間擋土墻失穩的類型及原因分析

所謂坡間擋土墻是指半填半挖段的路基擋土墻，一般位於自然邊坡的坡面上，它是所有擋土墻結構形式中難度最大、結構最復雜，也是最易失穩的結構形式。

失穩類型

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(a).單純失穩

所謂單純失穩是指由於填方質量不好，墻體支擋能力不夠，路面荷載過大而引起墻體本身的失穩，常見的各類擋土墻失穩大多屬於此類情況。

(b).間接失穩

此類失穩是指由於坡體滑移導致的墻體基礎外移，容易誘發整個墻體傾覆的嚴重事故，這是所有擋土墻事故中最嚴重的情況。

坡間擋土墻失穩的主要特征

坡間擋土墻間接失穩的主要特征表現在以下三點：

(a) 坡體滑動

這是此類坡間擋土墻失穩的根源。其特點是由於擋土墻所在原坡體發生滑動，進而導致整個墻體外移失穩。

(b) 路面開裂

墻體失穩後，首先可察覺的跡象是路面產生縱向裂紋，嚴重者甚至可在路面的橫斷面上形成階梯狀。

(c) 發展迅速

上述兩個特征與單純失穩的特征類似，其最大的不同點在於此類失穩發展十分迅速。一般情況下，隻要出現跡象，即會在短時間內(不超過一個月)發展成墻體傾覆、交通中斷的嚴重事故，沒有足夠的後續加固治理時間。對此類事故處治的重點應是預先防止而不是事後治理。

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