重力式挡土墙安全性能评估研究

重力式挡土墙安全性能评估研究

何威雷德清

联创新锐设计顾问(武汉)有限公司武汉430000

摘要：本文通过对重力式挡土墙的各类破坏形式及各因素对重力挡土墙的影响程度的研究，探索和研究一套针对重力式挡土墙安全评估方法，并通过实际工程验证了其合理性。

关键词：重力式挡土墙；破坏类型；安全性能；评估方法

重力式挡土墙是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。

1重力式挡土墙基本构造

重力式挡土墙是由墙身、基础、排水设施、伸缩沉降缝等部分组成。

为了保证挡土墙基础的稳定性，应保证基底可能出现的最大应力不超过地基的容许承载力，避免地基产生剪切破坏，保证基础稳定；而且还应保证基础不受冲刷，对于地基受水冲刷地段或季节性冰冻地区，应对基础进行适当处理。

如果挡土墙排水不当，地基和墙背土体将由于含水量的增加而改变原来的状态，导致地基承载力降低和土压力增加。同时，土内含水过多，还会产生静水压力。所以，设置有效的排水设施是保证挡土墙稳定性和强度必不可少的措施。

2重力式挡土墙破坏形式

常见的重力式挡土墙的病害可概括五类：稳定性破坏，基础不均匀沉降破坏，墙体自身破坏，沿软弱层破坏面滑移破坏以及其他形式的破坏[1-2]。

2.1稳定性破坏

重力式挡土墙发生稳定性破坏的两种形式分别为基础滑动破坏和倾覆破坏。

2.1.1基础滑动破坏

当重力式挡土墙发生基础滑动破坏时，墙身在纵向位移量不同的分界处能够形成竖向错断裂面，或者能够在挡土墙本身的竖向伸缩缝处错位。当重力式挡土墙的移动量比较大的时候，挡土墙本身保护的危险边坡体上会形成和挡土墙移动方向一致的张开裂缝，且裂缝常伴随下滑现象。

2.1.2倾覆破坏

重力式挡土墙发生倾覆破坏时是由于挡土墙的抗倾覆力矩不足造成的，此时挡土墙会发生绕墙趾转动的破坏。当挡土墙倾覆失稳破坏的转动量比较大时，被挡土墙保护的边坡会形成与挡土墙方向一致的张开裂缝，并可能发生伴随下沉的现象，下沉现象往往在裂缝形成末期比较明显，而在裂缝发生的早期下沉量不明显。

2.2基础不均匀沉降破坏

重力式挡土墙发生基础不均匀沉降破坏时，其破坏的主要表现形式为挡土墙整体墙体有明显倾斜现象，挡土墙本身基础有竖向沉降移动，且在挡土墙墙体上还可能出现类似抗倾覆破坏的特征，即会出现绕挡土墙墙趾转动而形成的裂缝现象；由此可见重力式挡土墙的抗倾覆破坏和基础不均匀沉降破坏有相同的破坏特点，两者破坏的差别在于抗倾覆破坏无明显的基础沉降变形，而基础不均匀沉降破坏有明显的基础沉降变形。

2.3墙体自身破坏

重力式挡土墙发生墙体自身破坏时，当截面的法向应力大于墙体自身材料的容许应力时，墙体会出现截面有压裂、压碎的现象，对重力式挡土墙的安全造成重大影响；当挡土墙截面的剪应力过大时，挡土墙会出现墙身剪切破坏，即挡土墙墙体上会出现与垂直于挡土墙方向大约成45?的横向剪切裂缝，当剪切位移程度较大时，挡土墙墙体会出现与挡土墙方向一致的张裂缝。

2.4沿软弱层破裂面滑动破坏

重力式挡土墙发生沿软弱层破裂面滑动破坏的表现形式为产生沿挡土墙墙踵的某一破裂面，或者沿挡土墙基底以下的某软弱夹层滑动。当重力式挡土墙基底下发生沿软弱夹层滑动破坏时，挡土墙会发生"坐船"式的滑移，在挡土墙沉降不明显的情况下，墙体本身没有裂缝，此种破坏具有边坡滑移破坏的特点。

2.5其他形式的破坏

在既有重力式挡土墙在使用的过程中，由于挡土墙基底下地质情况的复杂性、外界环境的多样性、挡土墙构造形式的异同性、作用于挡土墙上荷载的不确定性等原因，挡土墙往往发生多种多样的破坏现象，比如墙面出现渗水、砂浆松动、伸缩缝错开、墙顶面开裂等现象。实际中通常是两种或多种破坏形式的组合，并且这些破坏形式相互影响及加深对挡土墙安全的危害。

3重力式挡土墙安全影响因素分析

根据重力式支挡结构设计及施工经验可知，影响重力式挡土墙安全的影响因素主要来源有设计计算方法、结构类型、地质条件(包括填料)、荷载特征、施工技术、自然环境、自然灾害等[3]。

弹性理论计算得到的土压力要大于库伦理论的计算结果，并且随着墙高的增加，计算结果的差距有逐渐减小的趋势，说明在墙高较小的时候，用库伦理论计算的土压力偏危险，当墙高达到一定值时，两者的差距可忽略不计。因此，当采用不同的重力式支挡结构设计计算方法时，所得墙后土压力大小会有较大不同，设计结果也会不同，导致重力式支挡结构在使用过程中的安全度也会有所不同。

材料的不同，外部条件的改变都会导致材料参数的变化[4]，而这也会导致土压力的变化。当墙高超过一定值时，基本可以认定随着土体重度的增大，土压力要逐渐增大。但墙高随着墙高增加，土体重度对土压力的影响程度逐渐减小。在内摩擦角固定时，随着墙高增大，墙高对土压力影响逐渐减小。当墙高一定时，内摩擦角越小，土体压力越大，且随着墙高的增大而影响程度逐渐降低。

在墙体自重、墙后填土及上部荷载综合作用下，地基将产生沉降。如果沉降量不大，地基处于压密状态，产生弹性变形。当地基中部分区域的剪应力达到最大抗剪强度时，将产生剪切破坏、塑性变形，沉降量大增。

4重力式挡土墙安全评估

根据对重力式挡土墙安全影响因素分析，结合重力式挡土墙的破坏形式，建立了一个重力式挡土墙安全评估体系，其主要考虑因素有：外观项目(墙体裂缝、墙面鼓动、墙体错动、排水检测)，检测项目(设计方法、材料参数)，验算项目(滑动稳定性验算、倾覆稳定性验算、基底应力验算、墙身截面应力验算)等[5-6]。

4.1评估项目权重

表1外观项目

根据重力式挡土墙安全评估体系对重力式挡土墙进行评估，根据总得分划分安全等级，共有4级。

A级(∑S＜50)——安全，可放心继续使用；

B级(50＜∑S＜100)——基本安全，限制使用；

C级(100＜∑S＜200)——临界状态，需要加固处理；

D级(200＜∑S)——危险，立即处理。

4.3工程实例

某一干铺块石重力式挡土墙工程，总长度为200m，墙高7.5m，墙顶厚0.8m，墙底厚3.2m。2002年由于台风来袭，导致该挡土墙出现两处塌方，产生宽分别为15m、12m，高分别为5.3m、4.7m的缺口。现在需要对未塌方部分挡土墙进行综合质量鉴定[7]，见表4。

计算得到总得分为130.8分，按照评估分级属于C级，需要进行加固处理。根据本重力式挡土墙安全评估体系的评估结果与实际结论相近，表明了本文提出的重力式挡土墙安全评估体系的合理性。

5结论

本文通过对重力式挡土墙的破坏形式进行统计分析，然后分析各种因素对重力挡土墙的影响程度分析，提出了一种新的重力式挡土墙安全评估体系，并对某工程实例进行运用，取得了较好的结果，表明本文提出的重力式挡土墙安全评估体系的合理性与可靠性。

参考文献:

1.潘吉祥.重力式挡土墙的坍塌原因分析与加固措施[J].岩土工程界,2006,9(8):69～70.

2.万国环.既有挡土墙安全性评估探讨[J].路基工程,2005(5):24～26.

3.李世元.重力式支挡结构荷载图示模型试验研究.西南交通大学硕士学位论文.2010,05:30～32.

4.罗一农.填料参数对路堤和路肩挡墙土压力的影响.路基工程.2006,4:2.

5.万国环.既有挡土墙安全性评估探讨[J].路基工程,2005(5):24～26.

6.张从明,李国锋等.公路边坡治理措施及安全评价方法人民交通出版社,2009,8:106-108

7.李海光.新型支挡结构设计与工程实例.2004:29