某挡墙失稳原因分析及加固设计

李远辉,陈小丹,马 勇

(1.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635；2.广东省岩土工程技术研究中心，广东 广州 510635)

1 工程概况

某小区距河涌边约7.6 m新建一挡墙，挡墙大致与河岸平行，顺水流方向长约260 m。在挡墙墙趾处有一村道，路面高程为6.0 m，挡墙墙顶高程为8.0 m～9.0 m，并在挡墙顶布置一消防车道，宽为4.0 m。挡墙墙高为3.0～4.0 m的，为悬臂式挡墙，墙顶宽为0.25 m，底宽为2.09 m(墙趾宽为0.77 m，墙踵宽为0.93 m)，底坡为1:5。现状河底高程为3.50 m，河岸高程为6.0 m。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2013)[1]第3.2.1条及场地周边情况，确定该边坡工程安全等级为3级，永久边坡一般工况边坡稳定安全系数Fst为1.25，地震工况边坡稳定安全系数Fst为1.05。挡墙设计断面示意如图1所示。

2 地质条件

根据钻探揭露，场地地层为第四系人工填土层(Qml)、海陆交互相沉积层(Qmc)及基岩层下古生界混合花岗岩(Z)组成。第四系人工填土层以杂填土为主，次为素填土；海陆交互相沉积层(Qmc)珠江三角洲海陆交互相沉积物，以粘性土及砂土为主，包括淤泥，淤泥质粉、细砂，淤泥质土，中砂，淤泥质粉、细砂，粉质粘土，砾砂；第四系残积层为混合花岗岩风化残积土，约混20%石英质级配砂，包括砂质粘性土；古生界混合花岗岩为混合花岗岩，根据岩石风化程度的不同分为全风化、强风化、中风化及微风化岩。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g。各土层物理力学参数建议值如表1所示。

3 挡墙失稳原因分析

悬臂式挡墙浇筑完成达到设计强度后，进行墙后土方回填。其中一段挡墙墙后土方回填至墙顶高程时突然失稳，长约80 m。发生这一现象后现场立即启动应急预案，卸载墙后回填土方，并对失稳原因进行分析，以便对未失稳的挡墙进行加固处理，防止失稳再次发生。

本次挡墙失稳原因分析从两个方面入手，一方面复核挡墙自身抗滑稳定是否满足要求，另一方面复核挡墙整体抗滑稳定是否满足要求。

挡墙自身抗滑稳定计算时，基底摩擦系数取0.35，墙后回填土粘聚力为18 kPa，内摩擦角为15°，墙顶消防车辆荷载为20 kPa，计算结果如表2所示。

挡墙整体抗滑稳定计算按边坡稳定计算，采用理正岩土6.5PB4版进行边坡稳定计算。计算时假定滑动面不从钢筋混凝土挡墙穿过，即钢筋混凝土挡墙粘聚力及内摩擦角足够大。计算典型断面及各土层参数如图2所示，计算结果如表2及图3所示。

图3 滑动面位置示意(单位：高程m，尺寸mm)

在进行现场查勘时，发现挡墙失稳部位河涌中有一处河涌底略高于水面，现场情况如图4所示。

从表2及表3计算结果可知，挡墙自身抗滑稳定安全系数大于1.0，且满足规范要求，挡墙自身是稳定的；边坡稳定安全系数小于1.0，边坡处于滑动状态，挡墙整体失稳。根据图4，滑动面出口位置在河涌底，这与现场河涌底隆起情况是相符的。从多个方面论证分析结论是一致的，即挡墙失稳是深层滑动造成的。表面上直接看到了挡墙变形过大，挡墙失稳，究其内因是挡墙底部存在软土层，抗剪强度低造成深层滑动所致。因此加固处理所要针对的问题在于深层滑动，关键在于软土层的处理。

4 加固方案设计

4.1 加固方案选择与设计

软土地基加固处理的方法有很多，按加固的原理可分为置换、挤密、排水和加筋等几类，主要包括换填法、排水固结法、灰土挤密法、CFG桩法、混凝土预制桩法、静压注浆法、高压喷旋喷桩法、水泥搅拌桩法等[2]。但本次加固是需要在上部主体结构及周边建筑物主体结构完成的情况下进行，受到外部条件的约束且施工工期短，可选择的加固处理方案不多。结合现场实际情况，综合考虑，本次加固方案推荐采用高压旋喷桩处理方案。

地基处理采用Φ600旋喷桩，挡墙底板范围为矩形布置，间距1.3 m×1.0 m，桩端入中粗砂层不小于1.0 m，桩长18.33～20.45 m。挡墙外为长短桩正方形布置，间距1.3 m×1.3 m。短桩桩长应不小于最危险滑动面以下2.0 的深度[3]且须处理完整个淤泥层，桩长8.0～10.33 m；长桩桩端置于中粗砂层顶部，桩长17.33～19.46 m。旋喷桩布置如图5～6所示。

旋喷桩采用双管法施工，采用42.5R普通硅酸盐水泥，水泥掺入量不少于36%(重量比)且每延米旋喷桩水泥用量不少于200 kg。

4.2 加固后挡墙深层抗滑稳定计算

加固后复合土体粘聚力、内摩擦角按下列公式[4]计算。

Cc=Cs(1-m)+mCp

(1)

tanφc=tanφs(1-m)+mtanφp

(2)

式中Cc为加固后土体凝聚力,kPa；φc为加固后土体内摩擦角,°；m为置换率，挡墙底板下为0.27，短桩范围为0.167，短桩与长桩之间范围为0.084；Cp为桩体粘聚力,kPa，取200 kPa；φp为桩体内摩擦角,°，取25°。

计算成果如表4所示，加固后各土层参数如表5所示。

从表4可以看出，经过加固后，挡墙整体抗滑稳定满足规范要求，由此可见加固方案是满足要求的。

5 工程实施情况

2019年7月开始旋喷桩的实施，旋喷桩施工完成后，对旋喷桩进行钻孔取芯检测，抽检数量为总桩数的10%。根据现场取芯情况，旋喷桩成桩质量总体情况较好，芯样抗压强度2.6～3.2 MPa，满足设计要求。待现场检测完成后进行墙后土方回填，于2019年10月回填至墙顶高程。根据施工以来现场监测数据，挡墙顶部沉降量在11 mm以内，挡墙顶部水平位移在16 mm以内，沉降量及水平位移未发现增大的趋势，基本达到设计要求。

6 结语

1) 通过工程地质勘察和计算分析并结合现场情况找到了挡墙失稳原因是挡墙地基下的软土层造成的，针对地基软土层采取了合理可行的加固措施，达到了预期效果。

2) 加固方案针对不同建筑物对承载力及变形的要求不同，采用长短桩布置，既满足安全需要又可节省工程投资。

3) 在进行挡墙设计时不仅要关注挡墙自身的稳定，还应关注挡墙边坡整体抗滑稳定，尤其遇到挡墙底部存在软土层的情况。

4) 本工程竣工到现在仅运用3个月的时间，地基软土变形需要较长时间才能趋于稳定，应加强监测，不应临时堆放超重荷载。