陈跃起（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东日照　276800）



重力式挡土墙失稳破坏原因分析

陈跃起
（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东日照276800）

摘要介绍了石家庄至磁县段高速公路扩宽工程中一起重力式挡土墙失稳事故的原因和处理过程，以此为基础，通过文献调查、统计分析了近年来重力式挡土墙频频发生事故的原因。重力式挡墙工程事故的产生主要有设计、施工和不利的外界条件3个方面的原因，并对这些方面存在的问题提出了一些控制措施和建议，对类似工程的设计与施工有一定的参考价值。

关键词重力式挡土墙；工程事故；调查；原因分析；积水

1　工程概况

京港澳高速公路石家庄至磁县段改扩建项目，路线新建段起自石黄高速公路枢纽互通终点处，终点为冀豫界。全线除邯郸东南环35 km采用双向4车道（路基宽度28 m）标准外，其余路段均按双向8车道（路基宽度42 m）标准建设，其中改扩建部分为双向4车道改双向8车道。全线扩建路段长165. 01 km，新建路段长79. 8 km。设计在部分路侧陡坎（原取土坑边缘）或临近其他建筑物需收缩坡脚的路段，设置了重力式挡墙，全线重力式挡墙设计总长度超过20 km。

线路穿越区属太行山前新冲洪积平原区，地形较平坦，挡土墙墙底地基土均为Q4冲洪积粉质黏土和Q4冲洪积粉土，挡土墙墙身范围内路基填料为粉质黏土和砂土。

在K417 + 920—K418 + 020段左幅路基设计有仰斜式浆砌片石重力式挡土墙（路堤墙），平均墙高5. 5 m，设计埋深1. 0 m，实际埋深仅在0. 5 m左右。挡土墙于2013年9月27日施工完成，上面层于2014 年8月10日施工完成。在2014年9月11日—12日进行该段路基侧向排水沟开挖，水沟距挡土墙墙底约1. 0 m左右，深度1. 1 m，采用反坡开挖方式，仅开挖50 m。2014年9月12日晚至2014年9月17日，该地区连续降雨，造成已开挖的水沟基坑严重积水。2014 年9月18日上午，技术人员发现路面近该段挡墙3. 5 m处、沿线路纵向产生长约40 m的裂缝，伴有路面沉降产生，并有发展趋势。通过回填排水沟基坑，裂缝防渗措施处理，裂缝发展趋于稳定，最终裂缝宽度在3～4 cm，最大沉降在70 mm。现场调查情况详见图1。

图1　路面破坏情况调查照片

2事故原因分析及处理措施

2014年9月27日，在甲方组织下，聘请了相关专家以及施工各方召开现场调查讨论会，进行了事故原因分析。现场调查时，又发现在对应裂缝、沉降发生的最大位置处，挡土墙墙身出现一条断断续续近似水平的裂缝，长度约7 m。裂缝位置在距墙底1 /3墙高处，裂缝沿砌缝发展，裂缝基本对应于路面沉降裂缝最大位置，见图2。

图2　挡土墙墙身裂缝调查照片

施工单位在发现路面裂缝后进行了墙顶水平位移监测，裂缝产生后的水平位移达到1. 2 cm。

通过对设计图、地基条件、施工情况和病害情况的调查，基本可以确定，该段路面开裂、沉降是由于挡土墙发生失稳破坏所导致的。挡土墙失稳破坏的主要原因是由于排水沟在雨季采用反坡施工，未能及时排水，导致水沟基坑积水下渗，软化了墙底粉质黏土、粉土地基，墙底地基土承载力降低，导致挡土墙发生不均匀沉降。另一个原因是挡土墙埋深小，距离排水沟近，开挖水沟引起墙前卸载，虽然设计中不考虑墙趾前被动土压力，但降低了其安全贮备。

挡土墙失稳导致路基及路面发生沉降、开裂、变形，同时裂缝渗水，导致挡土墙背后主动土压力增大，致使挡土墙1 /3墙高处产生沿施工缝的水平裂缝。

针对上述问题，首先要解决挡土墙的安全性问题，才能处理破坏的路基路面，同时还要考虑路面施工的时间。经多方讨论之后，确定先在挡土墙墙底设1排斜向旋喷桩，加固挡土墙基底的地基土防止挡墙变形的继续发展。随后在路基路面破坏段长度两侧各外延10 m，临近挡土墙的外侧2个车道范围内采用旋喷桩处理，处理长度60 m，宽度8 m，该措施可以大大减小挡土墙背后土压力。施工过程中应加强施工监测，另外，后续水沟施工应采用顺坡分段开挖，及时夯实沟底和沟侧边坡，防止沟槽积水。

3国内重力式挡土墙事故调查分析总结

这一工程案例提醒业内人士，在设计与施工环节如不充分、细致地考虑到现场施工的影响因素，即使是不复杂的工程，也会出现意料不到的问题。通过文献调查发现，近20多年来重力式挡土墙设计施工中出现的问题很多，这里进行汇总分析。几个典型的例子见表1。

从理论上说影响重力式挡土墙稳定性的因素很多，如挡土墙的形状、墙体材料、地基土类别、承载力、墙后填土类别、地下水位高度等［1］，但不排除特殊环境因素、突发事件和人为影响。从表1所列各重力式挡土墙破坏原因来看，从技术层面看大致存在3个方面问题：①设计方面，主要有设计计算方法选择不当，地质条件不明或没弄清楚，参数选取未考虑不利因素等。②施工方面，主要包括施工队伍技术水平低，未按图施工甚至擅自修改设计尺寸；挡土墙砂浆未达到设计要求，墙后排水系统施工不规范等。③不利的外界条件成为诱发因素，如暴雨冲刷软化地基土体、墙顶过载、临近墙趾开挖破坏土体平衡等。

针对以上分析，笔者建议在重力式挡土墙的设计与施工中应注意以下几点。

1）参建各方应统一认识，注意工程质量安全是前提，任何工程无小事。从招投标、勘察、设计、施工以及监理各方在工作中都要规范、细致，树立强烈的质量意识，体会质量就是生命的内涵，并贯穿于工程建设全过程。

2）建设方要明确在确保工程质量的前提下，合理降低工程造价，不要因小失大。勘察、设计和施工招标严格按照规范执行，委托有资质、有实力的公司来进行相关工作。

3）勘察、设计与施工方都应对挡土墙工程的地质条件、周围地形和气候条件进行调查了解，特别是挡土墙范围内水源和地表径流情况，充分考虑自然因素，尤其是雨季强降雨对挡土墙周边环境的影响而可能引发的工程事故要有所考虑并制订应急预防措施。从上述调查不难发现水是一个极其重要的事故诱发因素。

4）施工方与监理方应严格按照施工规范施工、检查，防微杜渐。从上述事故原因分析可看出，重力式挡土墙与其它建筑结构相比，其墙体砌筑质量、墙背反滤层、回填土和压实质量更难于保证。墙后反滤层、前后填土和墙体施工任何环节不合格都是导致工程事故发生的隐患。施工中临时堆载的位置、大小也可能引发挡土墙的失稳破坏。既有挡墙附近施工，要注意对既有挡墙周边环境的影响，避免其稳定性降低。

5）设计方应注意工程经验的积累和设计计算理论的研究突破，不要在已有的设计方法上心安理得地进行常规设计，就认为这就是工作的全部，只有不断总结、探索，才能完善和改进设计理论方法，确保设计结果的安全经济，要知道保证工程的安全经济是一个设计者应负有的责任。

表1　国内重力式挡土墙工程事故［2-10］

例如，重力式挡土墙设计沿用挡土墙土压力分布的朗金或库仑公式，其理论计算值与实际不尽符合，有时可能导致严重后果。这一结论不但为理论推导所证明，而且为现场试验和模型试验的大量实测数据所证实［11］。同时，挡土墙土压力计算参数（如黏聚力C和内摩擦角φ）的不确定性和可变性，使设计结果往往难以考虑到最不利的结果，导致挡土墙的失事［12］。

4　结语

当前，由于我国基础设施建设发展很快，建设项目过多，较多的非专业化队伍由于各种原因，加入了施工建设中来，这些队伍专业施工水平有限，不仅既有工程存在问题，而且会给后续工程带来很多问题。因此，建议建设主管部门和参建各单位应加强安全监督、检查，以杜绝事故隐患。

参考文献

［1］李纯玉.重力式挡土墙稳定性影响因素分析研究［J］.工程勘察，2014（5）：21-25.

［2］张军，史飞，陈红敏.某边坡挡土墙垮塌原因分析［J］.四川建筑，2011，31（6）：112-114.

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［5］王艳梅，李成芳，徐锡权，等.某挡土墙工程垮塌事故分析［J］.重庆建筑，2004（32）：28-29.

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［11］王渭漳.关于重力式挡土墙设计中安全经济问题的探讨［J］.中南公路工程，1997，22（1）：1-3.

［12］叶朝良，岳祖润，舒玉.原状残积粉质黏土的饱和度与抗剪强度关系的研究初探［J］.路基工程，2002（1）：1-3.

（责任审编赵其文）

Cause Analysis on Instability and Failure of Gravity Retaining Wall

CHEN Yueqi
（The 1st Engineering Development Co.，Ltd.，China Railway 14th Bureau Group，Rizhao Shandong 276800，China）

AbstractT he cause analysis and treatment of gravity retaining wall instability accident in the widening project of Shijiazhuang-Cixian expressway were introduced. On this basis，the causes of the frequent accidents of gravity retaining wall in recent years were analyzed by literature investigation and statistical analysis，it mainly included design，construction，adverse external conditions. T he control measures and suggestions of some problems in those aspects were put forward in this paper. It has certain reference value for the design and construction of similar pojects.

Key wordsGravity retaining wall；Engineering accident；Investigation；Cause analysis；Ponding

中图分类号TU476

文献标识码A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 30

文章编号：1003-1995（2016）06-0112-04

收稿日期：2016-03-02；修回日期：2016-04-26

作者简介：陈跃起（1965—），男，高级工程师。