沈家忠　李连伟

摘 要：重力式挡土墙在出现严重变形后，如何在考虑既有支挡措施的基础上，提出既安全又经济的治理方案是加固设计的工作难点。文章基于反演分析法的设计思路，以工程实践为例，探讨了加固设计方案，取得较好的经济效果。

关键词：挡墙加固；反演分析法；重力式挡土墙

云南省地处高原山区，城市乡镇多处于山前断陷盆地、山麓坡地。随着近些年城镇建设的迅猛发展，尤其是云南省政府“城镇上山”重大决策的提出，房屋建设往往牵扯到边坡治理问题。重力式挡土墙因其具有施工方便、就地取材、经济效果好等优点，在山地工程建设中得到广泛的运用。但受限于设计经验、施工质量等因素，往往施工完成后不久就出现严重变形，存在安全隐患。对于此类挡土墙的加固，如何在考虑既有支挡措施的基础上，提出既安全又经济的治理方案，是各位建设工作者都在思考的问题。笔者结合多年的工程实践经验，采用基于反演分析法的设计思路进行挡墙加固设计，实际应用效果较好。

1 反演分析法思路

《建筑边坡工程鉴定与加固技术规范》第4.4.4条“当边坡工程已产生变形或滑动时，可采用反演分析法确定滑动面抗剪强度指标。对出现变形的边坡工程，其稳定性系数Ks宜取1.00～1.05；对产生滑动的边坡工程，其稳定系数Ks宜取0.95～1.00。”及第6.2.2条“……3计算单元中的组合支护结构或构件应满足下式要求：ζLRN+R0≥KS……”。

基于以上规范要求，我们可以假设现状边坡或挡墙是处于临界平衡状态的，临界状态所对应的安全系数可按等于1.00考虑。此时边坡平衡状态方程可表述为：

R0≈K0S（式1）

式中：R0—原支护结构或构件的有效抗力；

S—支护结构或构件上的外部作用力；

K0—现状下边坡稳定安全系数，≈1.00。

加固后的挡墙或边坡的设计安全系数须满足规范要求，可表述为：

ζLRN+R0≥KS（式2）

式中：ζL—新增支护结构或构件的抗力发挥系数；

RN—新增支护结构或构件的抗力；

K—满足规范要求的安全系数。

联立以上平衡状态方程，根据边坡或挡墙主动土压力及安全系数，反演推算需要增加的锚固力，进行快速计算，制定方案。

2 工程实例

2.1 工程概况

云南省楚雄市某工业园区位于楚雄盆地东侧，属构造剥蚀丘陵地貌单元，场地总体地势北东高、南西低，原始地形为自然的斜坡地带，经场地开挖整平后，各工业厂区呈台阶状分布。某塑料厂与某矿山机械厂紧邻建设，场地高差约7.5～8.0m。厂区建设时在高差处采用重力式浆砌片石挡土墙进行支护，石材选用当地的中风化泥质粉砂岩。挡墙砌筑时为冬季，完成后无重大变形。第二年夏天雨季来临后，挡墙开始出现变形，至10月份雨季结束，该挡墙转角处出现纵向裂缝（图1），宽约5～10cm，墙顶厂区地面出现平行挡墙走向方向裂缝，距离挡墙顶边约2.0～3.5m，宽约2～3cm，墙身砌体片石出现纵向和横向裂纹（图2），挡墙泄水孔未见出水。挡土墙的变形严重影响到墙顶及墙脚厂区的人员生命和财产安全。

究其原因，主要是雨季地表水下渗后，土体自重增大，墙后主动土压力变大，同时挡墙砌体所选用的泥质粉砂岩抗压强度不够，不足以抵抗主动土压力，导致墙体剪切破坏。

2.2 反演分析计算

由于该挡墙设计时未按规范实施，建设方不能提供原设计图纸及边坡勘察资料，故本次挡墙加固采用“反演分析法”进行设计。设计过程如下：

采用朗肯土压力公式计算天然状态下挡墙所受到土压力，填土重度取19KN/m3，填土综合内摩擦角取30°：

Ea1=0.5×19×82×tan2（45-30/2）=202.7KN/m

坡顶荷载产生的土压力：

Ea2=35×8×tan2（45-30/2）=93.3KN/m

则单位长度挡墙所承受的土压力为：

Ea合=296.0KN

根据挡土墙变形现状，假定现状安全系数为1.00，则根据式1推导单位长度原挡土墙可提供的有效抗力为：

Ep合≈Ea合=296.0KN

挡墙加固考虑采用预应力锚索加固，设计2排，间距3.5m，新增加锚索安全发挥系数ζL取0.95，加固后的挡设计安全系数取1.4，则根据式2有：

0.95×2×RN+296.0×3.5≥1.4×296.0×3.5

RN≥218.1KN

考虑到场地内地基土主要为全～强风化粉砂质泥岩，锚杆的极限粘结强度标准值按135kPa考虑，则设计锚索锚固长度L：

L=2.4×218.1/（3.14×0.15×135×cos25°）=9.1m

2.3 治理方案

为保证挡土墙墙顶及墙脚厂区安全，采取“预应力锚索+框格梁+现浇挡土板”的加固设计方案：

2.3.1 预应力锚索设计

根据计算，在挡土墙面设计增加2道预应力锚索，锚索采用4束φ15.2mm低松弛钢绞线（极限强度标准值为1860MPa），第1道锚索总长18m，自由段8m，锚固段10m，第2道锚索总长16m，自由段6m，锚固段10m，锚索成孔直径150mm，锚索锁定值220KN，入射角度25°。最下排框格梁设置6m长钢筋锚杆。

2.3.2 框格梁及梁间挡土板设计

在挡土墙墙面搭设脚手架施工框格梁及梁间挡土板。框格梁梁宽40cm×40cm，设置水平梁3道，间距4m、2.8m，竖向梁横向间距3.5m。梁间设置现浇钢筋混凝土挡土板，板厚30cm。

2.3.3 泄水孔设计

挡土板设置泄水孔，孔间距2.5m×3.0m，要求孔底穿透原挡土墙墙身，进入墙后土体不小于10cm。

2.3.4 墙顶地面砼覆盖设计

墙顶厂区地面全部采用砼覆盖，做好地面散水、排水处理，严禁地表水渗入墙后土体。

2.3.5 治理效果

该挡土墙加固施工至今已2年，自竣工后该挡土墙运行良好，墙面、墙顶地面未再出现裂缝，监测数据无重大变形。

3 结语

通过基于反演分析法的重力式挡土墙加固设计案例的分析，总结以下结论：

（1）在工程实践中，反演分析法在缺少相关资料的情况下，可以迅速的制定出比较安全、经济、合理的加固设计方案。由于较充分考虑了原有挡墙的作用，因此可大量节约工程投资，取得较好的经济效益。

（2）重力式挡土墙的设计和施工应按规范要求进行，合理设计、精心施工，砌体材料强度应达到设计抗压强度要求。鉴于楚雄地区石材多为泥质粉砂岩，建议超过5m以上边坡治理慎重选择浆砌片石重力式挡土墙。

（3）反演分析法要求设计者对当地工程实践经验了解比较充分，对个别关键参数，如现状安全系数、土体所能提供的锚杆极限粘结强度值等有较准确的判断的情况下方可实施。

参考文献

[1] 程良奎.岩土锚固工程技术[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2] 林宗元.岩土工程治理手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1993.

[3] GB50330-2013.建筑边坡工程技术规范[S].2013.

[4] GB50843-2013.建筑边坡工程鉴定与加固技术规范[S].2013.

[5] 卜良桃.工程结构可靠性鉴定与加固[M].北京：中國建筑工业出版社，2009.

作者简介：沈家忠（1964- ），男，云南昆明人，云南省设计院集团，工程师，研究方向：总图设计及岩土工程；李连伟（1984- ），男，湖北荆门人，云南省设计院集团勘察分院，工程师，研究方向：岩土工程勘察及设计。