朱思軍，陳小丹，楊光華，杜秀忠

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣東省山洪災(zāi)害突發(fā)事件應(yīng)急技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635)

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某水閘左岸擋土墻開裂原因分析及處理措施

朱思軍，陳小丹，楊光華，杜秀忠

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣東省山洪災(zāi)害突發(fā)事件應(yīng)急技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和位移監(jiān)測資料，分析了導(dǎo)致水閘擋土墻開裂的可能原因，并通過極限平衡法計(jì)算分析得出擋土墻開裂的最可能原因?yàn)閾跬翂ν鈧?cè)存在較高邊坡，匯水面積較大，當(dāng)遇強(qiáng)降水或連續(xù)降水時(shí)，從上部邊坡下滲的地下水會(huì)導(dǎo)致墻后水位增高，水土壓力增大，從而導(dǎo)致?lián)跬翂Πl(fā)生滑移或錯(cuò)動(dòng)。針對擋土墻現(xiàn)狀，對常用的擋土墻加固方案進(jìn)行比選，提出了采用旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿的方案進(jìn)行加固處理，可為類似工程提供參考。

擋土墻；開裂；旋噴樁；微型鋼管樁；錨桿

1 工程概況

某水閘于1989年建成，1991年正式投入使用，工程等別為Ⅴ等，因工程地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)規(guī)范規(guī)定2～5級建筑物可提高一級設(shè)計(jì)，但洪水標(biāo)準(zhǔn)不予提高，故主要建筑物為4級，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。該水閘工程任務(wù)是攔截河流、壅高水位、引水發(fā)電及灌溉。

2016年3月份以來，水閘左岸擋土墻持續(xù)發(fā)現(xiàn)明顯位移，擋墻頂砼面產(chǎn)生很多裂縫，水閘管理人員采用瀝青灌注對表面裂縫作了臨時(shí)處理，現(xiàn)場照片見圖1。位移監(jiān)測點(diǎn)平面布置示意圖見圖2，擋土墻頂監(jiān)測點(diǎn)位移趨勢圖見圖3，護(hù)坡底監(jiān)測點(diǎn)位移趨勢圖見圖4，護(hù)坡頂無位移。圖中左移量表示指向河流的方向，右移量表示背向河流的方向。

圖1 現(xiàn)場照片示意

圖2 位移監(jiān)測點(diǎn)平面布置示意

圖3 擋土墻頂監(jiān)測點(diǎn)位移趨勢圖曲線示意

圖4 護(hù)坡底監(jiān)測點(diǎn)位移趨勢示意

從圖3可以看出，擋土墻頂各監(jiān)測點(diǎn)的位移呈臺(tái)階上升，尚未趨于穩(wěn)定，如任其發(fā)展下去，勢必會(huì)產(chǎn)生更大的位移，存在較大的安全隱患，若不妥善處理，存在倒塌的可能性，嚴(yán)重威脅水閘安全和正常運(yùn)行，因此必須采取有效的工程措施進(jìn)行處理。

2 地質(zhì)情況

圖5 擋土墻處地質(zhì)剖面示意

①-1人工填土：淺黃色，主要成分為花崗巖殘積土，含較多中粗砂和強(qiáng)-中風(fēng)化塊石，塊徑為1～12 cm，約占30%，攔河壩兩側(cè)翼墻大部分鉆孔揭露。做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)3次，N=7～9擊，平均7.6擊。

①-2人工填砂：為中粗砂，淺黃色，含少量塊石和礫石，粒徑2～6 cm，呈中密狀。

①-3人工砌石：主要為翼墻擋土墻，灰色，塊石大小不等，塊徑多為10～30 cm，少量在10 cm以下，塊石多為中風(fēng)化-微風(fēng)化花崗巖，裂隙由水泥砂漿充填。

④-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰白色、灰褐色，巖芯呈碎塊狀，礦物成分以鉀長石、角閃石、石英等為主，部分風(fēng)化呈中細(xì)砂，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)破碎，巖塊較硬。本次勘察部分鉆孔見及，已揭露厚度為1.60～6.75 m，層頂埋深0.0～22.00 m，層頂標(biāo)高-8.20～19.15 m。做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)3次，N=52.0～72.0擊，平均59.0擊。

④-3中風(fēng)化花崗巖：灰白色，巖芯呈短柱狀，礦物成分以鉀長石、石英、白云母等為主，堅(jiān)硬，完整，節(jié)理呈閉合狀，屬硬質(zhì)巖類，粗粒花崗巖結(jié)構(gòu)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。本次勘察于部分鉆孔見及，該層未揭穿。已揭露厚度為0.80～9.20 m，層頂埋深-8.60～15.65 m，層頂標(biāo)高-8.60～-15.65 m。

3 參數(shù)選取

選用巖土參數(shù)時(shí)，遵照下列原則：天然重度等物理性質(zhì)指標(biāo)選用平均值；巖土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選用標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)量較少時(shí)，選用指標(biāo)的最小值。各巖土體的巖土參數(shù)建議值見表1。

表1 巖土參數(shù)建議值

4 變形開裂原因分析

導(dǎo)致?lián)跬翂ψ冃伍_裂的影響因素很多，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及位移監(jiān)測資料進(jìn)行初步分析，以下5個(gè)原因可能性較大。

1) 2008年發(fā)現(xiàn)左側(cè)擋土墻內(nèi)部有濁水冒出，延續(xù)1 h左右，說明底板底有局部土體沖蝕，導(dǎo)致不均勻沉降。

2) 左側(cè)擋土墻排水管堵塞導(dǎo)致排水不暢，擋土墻承擔(dān)的水土壓力增加，導(dǎo)致?lián)跬翂ψ冃伍_裂。

3) 左側(cè)擋土墻存在較嚴(yán)重的繞壩滲流現(xiàn)象，滲流量較大，目前上游水頭高，滲透力增大，滲透穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致?lián)跬翂ψ冃伍_裂。

4) 擋土墻外側(cè)存在較高邊坡，匯水面積較大，當(dāng)遇強(qiáng)降水或連續(xù)降水時(shí)，從上部邊坡下滲的地下水會(huì)導(dǎo)致墻后水位增高，水土壓力增大，從而導(dǎo)致?lián)跬翂Π踩越档?，變形增大?/p>

5) 左側(cè)擋土墻在干濕交替和溫度等綜合作用下老化，出現(xiàn)裂縫。

目前對擋土墻穩(wěn)定計(jì)算分析的方法有很多，常用的方法有極限平衡法，有限元法，有限差分法，強(qiáng)度折減法，局部強(qiáng)度折減法[1]等?，F(xiàn)采用常規(guī)極限平衡法對現(xiàn)有擋土墻進(jìn)行整體穩(wěn)定性、抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性分析。

4.1 擋土墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用理正巖土軟件進(jìn)行計(jì)算，選擇瑞典條分法和簡化Bishop法進(jìn)行分析。

將擋土墻及其上部邊坡進(jìn)行整體穩(wěn)定分析，現(xiàn)將不同方法計(jì)算的擋土墻的整體穩(wěn)定安全系數(shù)結(jié)果列于表2。

表2 不同方法計(jì)算得到的安全系數(shù)

擋土墻整體穩(wěn)定性安全系數(shù)遠(yuǎn)大于1.0，不會(huì)整體失穩(wěn)。根據(jù)監(jiān)測資料知，護(hù)坡頂無位移，護(hù)坡底位移與擋土墻位移相反，可見不屬于整體失穩(wěn)。

4.2 擋土墻抗滑抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用理正巖土軟件計(jì)算擋土墻抗滑抗傾覆穩(wěn)定性，基底摩擦系數(shù)取0.5，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 不同工況下計(jì)算得到的安全系數(shù)

以上計(jì)算分析可知，擋土墻背側(cè)無水時(shí)，擋土墻抗滑和抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.0，擋土墻處于穩(wěn)定狀態(tài)；在強(qiáng)降雨期間或上游繞壩滲流嚴(yán)重時(shí)，若擋土墻排水管堵塞導(dǎo)致排水不暢，擋土墻背側(cè)充滿水時(shí)，擋土墻的抗滑和抗傾穩(wěn)定均小于1.0，擋土墻處于失穩(wěn)狀態(tài)。

綜上分析，該擋土墻出現(xiàn)變形開裂的原因?qū)倩苹蝈e(cuò)動(dòng)。

5 方案比選

目前類似工程常用的處理措施有鉆孔灌注樁+錨索方案、重建擋土墻方案、錨桿+格梁方案、旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案[2-10]等，下面對這些方案分別進(jìn)行可行性分析。

1) 鉆孔灌注樁+錨索方案

鉆孔灌注樁+錨索方案廣泛用于基坑工程和邊坡工程中，具有可靠性好，施工方便，施工工藝成熟，位移控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但鉆孔灌注樁施工對土體擾動(dòng)較大，機(jī)械較重，且需要較大的安全穩(wěn)定的工作面，本項(xiàng)目中，場地狹小，且擋土墻已經(jīng)開裂，在施工機(jī)械的重量和擾動(dòng)下，擋土墻可能會(huì)加速開裂，甚至突然傾覆，危險(xiǎn)性極大，故該方案不適宜用于本工程。

2) 重建擋土墻方案

現(xiàn)有擋土墻出現(xiàn)較多裂縫，具有較大的安全隱患，可將其拆除，然后新建擋土墻，該方案安全可靠，效果較好，但也具有一定的缺點(diǎn)，首先，在拆除舊擋土墻時(shí)難以保證后方邊坡的穩(wěn)定性；其次，此方案需要修建圍堰，目前正處于洪水期，水量大，流速大，修建圍堰較困難，工作量較大，且工期較長，對本工程不利。故本方案也不適宜用于本工程。

3) 錨桿+格梁方案

該加固方案具有施工簡便，無需修建圍堰，無需開挖等優(yōu)點(diǎn)。但施工錨桿需要鉆孔打穿現(xiàn)有的擋土墻，施工較困難，且施工擾動(dòng)會(huì)加劇擋土墻的開裂，現(xiàn)有裂縫無法消除，工程隱患仍然存在。錨桿如處理不當(dāng)容易腐蝕，該方案實(shí)施后不利于后期采用重建擋土墻加固處理。綜合分析后可知本方案可行，但不推薦采用。

4) 旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案

旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案施工機(jī)械輕便小巧，對擋土墻擾動(dòng)較小，且無需修建圍堰即可施工，可克服鉆孔灌注樁+錨索方案的施工擾動(dòng)大，機(jī)械大且重等缺點(diǎn)，也可克服重建擋土墻方案需要修建圍堰的缺點(diǎn)，并且可以對已經(jīng)處于臨界破壞狀態(tài)的擋土墻分級拆除，消除工程隱患。支護(hù)面離擋墻有足夠位置，后期的除險(xiǎn)加固工程若按備選方案采用擋土墻重建方案，既不會(huì)影響其施工，又不需要對上部邊坡進(jìn)行土方開挖，提高施工安全性。

該方案常用于基坑支護(hù)工程中，本工程推薦采用，但要注意該方案用于永久工程時(shí)，錨桿和鋼管需采取防腐蝕措施。

6 加固方案

本工程采用旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿方案對現(xiàn)狀擋土墻進(jìn)行加固處理，加固方案平面圖、剖面圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 加固方案平面示意

圖7 加固方案剖面示意

該方案分以下幾步進(jìn)行施工：

第一步：在距離護(hù)坡底0.1～3 m處施工一排旋噴樁，樁長9 m，直徑為500 mm，樁間距為350 mm；示意圖見圖8。

圖8 施工旋噴樁示意

第二步：施工微型鋼管樁，鉆孔直徑150 mm，鋼管長9 m，外徑為114 mm，壁厚3 mm，間距為700 mm。在旋噴樁施工完成7 d后方可施工。示意圖見圖9。

圖9 施工微型鋼管樁

第三步：拆除旋噴樁外側(cè)的擋土墻至擋土墻頂以下1 m處，在0.5 m高處施工第一道錨桿，鉆孔直徑為150 mm，錨桿采用一根直徑為25 mm的HRB 400鋼筋，間距為1 500 mm，然后現(xiàn)澆混凝土板；示意圖見圖10。

圖10 施工第一排錨桿示意

第四步：拆除旋噴樁外側(cè)的擋土墻至擋土墻頂以下2.5 m處，在墻頂以下2.0 m處施工第二道錨桿，指標(biāo)與第一道錨桿相同，然后現(xiàn)澆混凝土板；示意圖見圖11。

圖11 施工第二排錨桿示意

第五步：拆除旋噴樁外側(cè)的擋土墻至擋土墻頂以下4 m處，在墻頂以下3.5 m處施工第三道錨桿，指標(biāo)與第一道錨桿相同，然后現(xiàn)澆混凝土板；示意圖見圖12。

圖12 施工第三排錨桿示意

7 結(jié)語

根據(jù)擋土墻的現(xiàn)場實(shí)際情況及位移觀測數(shù)據(jù)初步確定了導(dǎo)致其出現(xiàn)變形開裂的各種可能的原因。根據(jù)常規(guī)極限平衡法對現(xiàn)有擋土墻進(jìn)行整體穩(wěn)定性、抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行分析，可確定擋土墻出現(xiàn)變形開裂的原因?qū)倩苹蝈e(cuò)動(dòng)。

根據(jù)方案比選，推薦采用“旋噴樁+微型鋼管樁+錨桿”的加固方案。

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(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Causes Analysis and Treatment Measures of a Sluice's Left Retaining Wall Cracked

ZHU Sijun, CHEN Xiaodan, YANG Guanghua, DU Xiuzhong

(Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower;Guangdong Research Center of Geotechnical Engineering; Emergency Technical Research Centre of Guangdong Province Mountain Flood Emergencies，Guangzhou 510635，China)

According to the field investigation and displacement monitoring data, the possible cracked causes of the sluice wall have been analyzed, and by using the limit equilibrium method, it is known that the most likely reason for retaining wall cracked is higher outside slope. The catchment area is large, when heavy rainfall or continuous precipitation falls, the water level after the wall will increase causing by the seepage from upper slope, and the water pressure increases, resulting in retaining wall sliding or dislocation. In view of the current situation of retaining wall, compared with the common reinforcement schemes of retaining wall, broach the measure of jet grouting pile and micro steel pipe pile and bolt is proposed to strengthen the wall, which provides a reference for similar projects.

retaining wall； crack； jet grouting pile； micro steel pipe pile； bolt

2016-08-05;

2016-08-25

朱思軍(1986)，男，碩士，工程師，主要從事巖土工程設(shè)計(jì)及咨詢工作。

TU476+.4

B

1008-0112(2016)09-0011-05