某挡土墙结构性能及加固建议分析

吴志新，刘杭杭，项炳泉 （.安徽建工检测科技集团有限公司，安徽 合肥 3003；.安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 3003）

0 引言

随着国家启动对老旧小区的改造工程，许多建造于上个世纪的小区房屋及附属设施得到了全面排查，其中小区周边的挡土墙结构较大位移及开裂的现象尤为突出。挡土墙主要受水土侧向压力，随着时间推移和人类活动，其稳定性不断衰减，进一步出现变形失稳现象，最终将会导致墙后土体滑移。因此，对挡土墙及时采取加固措施，可有效避免重大的生命和财产损失。当前，众多学者对挡土墙进行了结构性能分析与加固设计，并取得了一定的研究和实践成果。梁利生等[1]在刚性挡土墙与填土之间设置柔性垫层可减小作用于挡土墙的土压力，基于挡土墙土压力-位移的关系曲线，引入迭代法进行收敛计算，得到设置EPS 柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法。楼华锋等[2]基于FLAC 3D 建立了加筋土挡土墙数值模型，在验证模型有效性的基础上，通过调整墙面倾角，分析墙面倾角对模块式加筋土挡土墙的侧向变形、土压力和筋材拉力的影响。结果表明75°是模块式加筋土挡土墙的合理倾角，不仅便于墙面绿化，还可以减少挡土墙变形、提高挡土墙的稳定性。李彬[3]对衡重式挡土墙进行了研究，以某电站大坝下游左岸河堤护岸加固工程为例，阐述衡重式挡土墙的具体应用情况，为类似挡土墙加固提供实践经验。闫明超[4]研究了隧道洞口挡土墙的稳定性，提出采用钢花管注浆加固、钢筋网片、喷射混凝土等措施加固挡土墙的技术方案，可为今后类似挡土墙加固防护施工提供理论参考。张坤[5]对既有挡土墙进行抗滑移和抗倾覆稳定性进行复核验算，还提出了锚杆格构加固既有挡土墙和系列截排水具体设计措施。丘启木[6]将加筋土工格栅应用于挡土墙加固，以某防护工程为研究对象，对土工格栅加筋挡土墙进行了研究，为工程实践提供基础。朱勇志[7]通过对某基坑开挖工程项目的研究，分析重力式挡土墙裂缝发生情况，总结发生裂缝原因，并提出具体有效解决方案，结果表明采用挡土墙卸载加上锚喷面层和钢管支护的方法能够阻止裂缝发展。左欢等[8]提出了一种与主体结构脱开的带锚杆的挡土墙，通过设置变形缝将挡土墙顶部与主体结构断开，同时设置锚杆，解决了悬臂挡土墙墙厚和配筋过大的问题。刁万民[9]对某路段加筋土挡土墙的检测情况进行了阐述，分析了该路段加筋土挡土墙产生病害的原因，提出对该路段的路基加筋土挡土墙的加固方案。施小平[10]研究了倒Y 型挡土墙结构的稳定性，为填土范围较小、施工空间有限、地基开挖难度较大区域倒Y 型挡土墙的设计提供参考。邹方舟及李志春[11-12]以悬锚式挡土墙为研究对象，以精确的分析结果为依托，对悬锚式挡土墙的稳定性与结构设计进行了深入性探究，给出了无限条分析法与专业的拉杆设计方式，对悬锚式挡土墙的设计与工程应用提供参考。谭菲等[13]对坡地建筑上部结构嵌固部位的选取和坡地建筑挡土墙的设计进行了分析讨论，结果表明坡地建筑的结构初步设计应着重从概念设计入手，尽早参与到前期规划设计中，并提出了坡地建筑挡土墙的设计方法。夏长华等[14]通过对某挡土墙失稳的原因分析及几种失稳挡土墙加固方法对比，对双排桩加固失稳挡土墙的实际应用进行探讨。结果表明双排桩加固挡土墙效果显著，同时取得了较好的经济效益，为失稳挡土墙加固提供了新思路。

本文结合某挡土墙工程实例，检测该工程挡土墙的病害特点，采用现场静载方法[15]对挡土墙进行原位加载试验。观察试验段挡土墙裂缝宽度的变化情况，分析挡土墙测点的水平位移与荷载变化曲线，验证该挡土墙结构性能的安全性，提出该挡土墙加固建议。

1 工程概况

某小区挡土墙工程（以下简称“挡土墙”）位于祁门县。抗震设防烈度为6度，结构安全等级为二级；挡土墙底部采用桩基础，混凝土强度等级为C35；挡土墙墙身混凝土强度等级为C30，上部墙身厚度为300mm，下部墙身厚度为500mm。该挡土墙工程于2016 年完工，包括双排间距1.5m、直径600mm钻孔灌注桩，上部设置承台、立板及钢筋混凝土挡土墙。2021 年对挡土墙工程被动区域进行了增设支撑加固。挡土墙东西两端嵌入山体，南侧为道路和21 号楼，北侧为综合楼，综合楼离挡土墙距离约1～4m，综合楼纵向范围内挡土墙顶部与建筑物之间采用后浇梁板混凝土结构连接；南侧为小区道路地面，地面标高（+11.100m）基本与挡土墙顶部齐平，承台顶标高为+5.800m；综合楼西侧范围内挡土墙设有两道支撑，综合楼东侧范围内挡土墙设有三道支撑，挡土墙平面及侧视图见图1、图2。因试验段挡土墙沿水平向为连续构件，选择荷载效应较大的两桩之间的挡土墙作为试验段[9]（具备试验条件的3-4 轴范围），加载范围（即2-5 轴）各向两边延伸一跨（以桩与桩之间为一跨），见图1。

图1 挡土墙平面图

图2 挡土墙侧视图

2 试验设计

2.1 试验装置和加载制度

本试验采用DH3816N 静态应变数据采集仪对测点应变数据进行采集，采用YHD-50型容栅式位移传感器测量各测点水平位移，利用DJCK-2 型裂缝测宽观测裂缝宽度的变化。本次试验配重采用沙包（每袋35kg），共计1715 袋。试验加载分7 级，每级90kN，每级持荷时间1.5h，加载到最大荷载后持荷15h；卸载分2 级，每级持荷1.5h。试验加载面积约为60m2，挡土墙上方小区道路为非消防通道，按荷载标准值（即5.0kN/m2）检验挡土墙在正常使用荷载作用下的承载能力，试验最终加载到2 倍标准值终止（即10.0kN/m2）。

2.2 测点布置

挡土墙测点相对于基坑高度H 分别为5.8m、8.4m、11.0m，依据《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019），挡土墙在不同标高处水平位移控制值为0.25%H（即14.5mm、21mm、27.5mm），经理论计算挡土墙在10.0kN/m2活荷载作用下产生水平位移约占水平位移总量的20%（即实际水平位移控制值分别为2.9mm、4.2mm、5.5mm）。根据试验方案要求，本次试验段挡土墙上共布置15 个水平位移测点，见图3。主要关注3～5轴范围内挡土墙水平位移随荷载变化情况，2轴和5轴位于加载区域边缘。

图3 水平位移测点布置图

3 试验现象

经现场查看，试验段挡土墙裂缝主要集中在2、3 轴之间，呈竖向不连续分布，未见墙面裂缝处有渗水和泛碱痕迹，实测墙体结构面裂缝最大宽度为0.80mm。为观测加载过程中裂缝宽度变化情况，现场在裂缝上共布置37 个石膏饼观测点，见图4。加载前记录的裂缝分布和宽度见图5。试验过程中，对试验段挡土墙裂缝宽度观测点进行观察，在外加荷载作用下，挡土墙结构面的裂缝宽度、长度及数量均未明显变化。

图4 裂缝观测点布置图

图5 裂缝分布图

4 试验结果分析

本次试验的挡土墙水平位移测点布置在2 轴、3 轴、4 轴、5 轴及3～4 轴跨中位置上，沿竖向在标高+5.800m、+8.400m 和+11.100m 处各布置1个位移传感器，见图3。各测点水平位移与荷载变化曲线见图6。

图6 各测点荷载-位移曲线

由图6 曲线可知：①5 轴测点A2 及2 轴测点E1，分别在荷载达到600kN 及450kN时，都出现水平位移突增点；其他轴测点水平位移值随外加荷载的增加而增大，卸载过程位移值渐进减小、曲线趋缓。表明挡土墙边缘区域更容易发生变形，在加固时应对挡土墙边缘区域采取更加安全的加固措施。②外加荷载达450kN 时（标准值为300kN），挡土墙最大水平位移在5 轴中间测点A2，位移值为0.79mm；外加荷载达到480kN 时，挡土墙最大水平位移在2 轴测点E1，位移值为2.37mm；外加荷载达到2 倍标准值时（600kN），挡土墙最大水平位移在2轴测点E1，位移值为2.08mm，各测点均未超过挡土墙水平位移控制限值，表明挡土墙结构力学性能满足正常使用要求。③挡土墙中间区域水平位移变形普遍较小，最大位移值都在0.45mm 内；且随着挡土墙标高越高，水平位移值越大，表明挡土墙加固应集中在上部区域。④卸除全部外加荷载后，挡土墙部分侧向位移测点存在较大残余变形量，最大残余量位于2 轴测点E1 处，位移值为1.95mm，这是由于挡土墙边缘区域土体受外加荷载作用造成的土体压实。

5 结论与建议

该挡土墙在正常使用极限荷载作用下最大变形小于限值且无新裂缝产生，受力性能满足正常使用要求，采用静载试验法可以无损检测既有挡土墙的承载力。

挡土墙裂缝主要为混凝土表层收缩裂缝，建议采取封闭修补措施。局部挡土墙根部桩和梁暴露在外，应进行处理。挡土墙在荷载作用下，在挡土墙边缘区域及上部位置变形相对较大，且在边缘处残余变形过大，建议在上述区域采取更安全的加固措施，保证挡土墙的正常使用。

挡土墙在全寿命周期内做好地表排水，防止雨水渗入挡土墙内土体，增加水土压力，挡土墙泄水孔应保持通畅。