衡重式挡土墙稳定性分析

衡重式挡土墙稳定性分析

0衡重式挡土墙平衡重量墙是利用平衡重量台的浮力，降低墙体重量，抵抗地面侧的压力。这是重力墙。由于增加了衡重台及上部填土而墙体重心后移,使基底应力趋于均衡,增加了墙身的稳定性、这样可适当提高挡土的高度。根据文献[1-3],一般重力式挡土墙土质边坡高度不大于8m,而衡重式挡土墙最大高度可以达到12m,截面形式详见图1。故在很多地方,衡重式挡土墙得到广泛使用。衡重式挡土墙除了一般重力式挡土墙特点外,由于增加了衡重台,亦增加了特殊性。本文从一段垮塌挡土墙工程实例,说明衡重式挡土墙的特殊性及设计、施工注意事项。1挡土墙产品已出现异常情况,墙顶排水系统未见排水2014年5月11日,某工程11业主介绍该挡土墙在倒塌前没有发现明显裂缝和损伤,也没有发现其它异常情况;垮塌挡土墙上泄水孔未见流水。同时业主承认因自行改造项目,破坏了墙顶排水沟;墙顶部分外部管网(自来水管、矿浆管)有漏水现象。挡土墙垮塌前一周该市天气情况详见表1。挡土墙现场垮塌照片见图5和图6。2墙的重复式破坏模式与该项目的破坏有关2.1材料不符合设计要求的材料(1)设计原因———安全系数没有达到规范(2)材料原因———采用没有满足设计要求的材料。(3)施工原因———施工方案错误或偷工减料。(4)后期使用维护原因———使用过程中,出现和设计条件不一致的情况。(5)偶然因素———超过设计条件的地震、暴雨等。2.2土体滑动破坏(1)倾覆式破坏,由于各种原因,挡土墙无法承受侧向土压力,从而发生倾覆式破坏。(2)滑移式破坏,由于地基不良或者持力层土体结构变化,导致沿挡土墙基础底面发生滑动,从而发生滑移式破坏。(3)产生接近于圆弧状的滑动面,由于挡土墙地基存在软弱层,沿软弱层发生圆弧滑动破坏,从而丧失稳定性。(4)挡土墙自身截面强度不够,受侧向土压力之后,墙体发生开裂、外鼓,从而发生沿墙体截面的剪切破坏。(5)基础承载力不足,导致挡土墙沉降不均匀,从而发生墙体开裂、错断。2.3挡土墙施工情况根据现场踏勘及业主介绍,垮塌挡土墙情况及分析如下:(1)该工程1(2)垮塌挡土墙下部个别段出现约不超过10mm位移,墙前水沟及路面情况良好、附近地面并无隆起,可判断基础并未出现滑动,没有出现滑移破坏。(3)墙背土体与墙顶混凝土路面出现约200~300mm的空当,墙背土体明显下沉。说明墙背填土在自重或外力作用下(如墙顶水下渗),固结沉降。(4)从现场垮塌部位来看,砂浆明显呈砂粒状、且不饱满,空洞较多,说明砌筑砂浆水泥含量偏低。(5)墙面泄水孔无排水痕迹,说明泄水孔被堵。根据现场监理介绍,挡土墙施工时在泄水孔墙背处有反滤包,这种做法和施工图有出入,但符合规范及标准图要求。(6)观察相邻未垮塌断面及墙面,衡重台处并未设置泄水孔,这与设计不符。(7)垮塌挡墙侧面并未出现垂直通缝和水平通缝,说明挡墙砌筑石材和施工方法合理。(8)附近地面并开裂现象,说明基础情况良好,没有沉降过大和整体滑移情况。3墙背排水不畅(1)根据设计院提供的该挡土墙资料,采用理正岩土计算(单机版5.5版),该挡土墙设计条件、参数取值、断面尺寸均满足当时规范、规程要求。(2)挡土墙墙背泄水孔设置偏少、且衡重台处没有按图设置泄水孔,使上部墙体排水不畅;使用期间,墙背填土自重固结、下沉(业主使用时,后期墙背排水沟破坏和外部管网渗水,加速填土下沉),造成墙背部分过滤包下沉、淤泥堵塞泄水孔;5月2日至9日连降暴雨,因排水不畅,改变挡土墙受力模式、增大墙背压力(此时墙背压力由设计时土压力改变为土压力和附加水压力),致使挡墙变形。衡重式挡土墙最不利受力位置有2处:衡重台处和底面。该工程采用前后双排人工挖孔桩、联合承台基础,这种模式能承受极大竖向力和水平力,所以工程基础良好,底部挡土墙仅局部仍出现微小位移。衡重台处截面在砂浆使用10年后强度降低的情况下,承受不住增大的组合压力,逐渐变形,最终破坏,带动截面以下墙体一起垮塌。(3)从垮塌面分析,挡土墙局部施工质量没有完全达到设计要求,砌筑砂浆不饱满,空洞多。综上所述,该次垮塌,为各种不利情况同时出现的结果。4应学习平衡重量墙的设计、施工和后续应用的教训4.1剪切应力验算衡重式挡土墙衡重台处是除底面以外的另一个最不利位置。设计时,应对上墙截面进行强度验算,特别是偏心距(小于0.3倍上截面长)和剪切应力要满足文献[1]要求。构造上,参考文献[3-4],如墙体采用毛石砌筑,衡重台处应设置C15级毛石混凝土的加强体,加强体高度为0.2倍墙高,位于上下墙的高度为0.4∶0.6。该工程挡土墙设计虽然满足当时规范、规程要求,但衡重台处没有设置加强体,仅采用毛石砌筑,这对衡重式挡土墙是不利的。4.2衡重台与前空反应该工程墙面泄水孔稀少、且衡重台处未设置泄水孔、部分泄水孔堵塞,这是破坏的一个重要原因。设计者应注明泄水孔间距、着重注明衡重台处必须设置泄水孔。施工单位也应着重检查此处是否按图施工。而后期使用过程中,业主应加强对泄水孔的排查,对堵塞的泄水孔应及时疏通。4.3设计条件的影响墙背填土条件,包括填料种类、容重、内摩擦角、压实系数是设计的基本条件,决定了挡墙的受力情况和截面大小。设计图中应注明设计条件;施工时应严格按图