王榮魯，孟麗娟，洪崗輝，孫其臣

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700；3.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

某水庫(kù)扶壁式擋土墻破壞原因分析及加固措施研究

王榮魯1，孟麗娟1，洪崗輝2，孫其臣3

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700；3.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

對(duì)某水庫(kù)擋土墻破壞原因進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查與檢測(cè)，對(duì)擋土墻混凝土進(jìn)行了多項(xiàng)檢測(cè)評(píng)估與監(jiān)測(cè)資料分析，同時(shí)對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，分析破壞的主要原因。分析表明擋土墻背水面水荷載超載是造成墻體較大變形的主要原因，上部超載也對(duì)擋土墻的穩(wěn)定和基底面的應(yīng)力分布有不利影響，在施工中未按要求設(shè)置排水設(shè)施是破壞的直接原因。針對(duì)擋土墻破壞的現(xiàn)狀，提出了可行的處理方案與加固措施，實(shí)踐表明，修復(fù)效果良好。

擋土墻；破壞；原因分析；加固措施

1 研究背景

擋土墻是水利水電工程中常用的建筑物，幾乎在所有的防洪、治澇、灌溉、供水和發(fā)電等水利水電工程中都是不可缺少的。它不但具有擋土作用，而且還兼有擋水、導(dǎo)水和側(cè)向防滲等多種功能，應(yīng)用廣泛和運(yùn)用復(fù)雜是擋土墻的兩個(gè)顯著特點(diǎn)［1］。擋土墻的主要和常用的結(jié)構(gòu)型式有重力式、衡重式、半重力式、懸臂式、U型結(jié)構(gòu)、板樁式和空箱式等。扶壁式擋土墻屬輕型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性主要靠底板以上填土重量來保證，高度大于10 m的高擋土墻多采用這種型式。因此，擋土墻發(fā)生事故導(dǎo)致不能發(fā)揮作用，不僅影響整個(gè)樞紐工程的正常運(yùn)用，而且還將增加整個(gè)工程中各建筑物的施工難度和工程造價(jià)。尤其是岸墻和翼墻的布置，不僅影響水流和側(cè)向防滲條件，而且事關(guān)整個(gè)工程的安全，一些水工建筑物的失事，往往是由于翼墻或岸墻的破壞，造成的所屬水工建筑物隨之破壞的嚴(yán)重后果［2-4］。

本文通過對(duì)發(fā)生位移變形的擋土墻進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)測(cè)資料分析及復(fù)核計(jì)算，找出擋土墻基礎(chǔ)變位、墻體變形及開裂等問題的原因，最終以擋土墻安全狀況的綜合評(píng)價(jià)為依據(jù)，提出有針對(duì)性的修復(fù)加固建議。

2 工程概況

某水庫(kù)為中型水庫(kù)，是北京市國(guó)家重點(diǎn)工程的配套工程，水庫(kù)主要功能為防洪和供水。工程建設(shè)內(nèi)容包括庫(kù)區(qū)新建防滲墻、新建泵站及庫(kù)尾橡膠壩、改造及維護(hù)庫(kù)區(qū)現(xiàn)狀建筑物等。由于鐵路客運(yùn)專線工程從水庫(kù)西側(cè)通過，與調(diào)蓄水庫(kù)工程交叉施工。庫(kù)區(qū)西側(cè)采用防滲墻加高及扶壁擋土墻方案，扶壁式擋土墻位于水庫(kù)西堤北部，擋土墻全長(zhǎng)190.16 m，自北向南分為14個(gè)單元，墻頂高程為59.0 m，上寬0.6 m，基座寬度9 m和9.8 m，扶壁寬度0.8 m，扶壁內(nèi)間距2.7 m，擋土墻平均高度約11 m。扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

場(chǎng)區(qū)15 m深度范圍內(nèi)，為卵礫石單一地質(zhì)結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)條件較好，地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值建議為260 kPa。擋墻設(shè)計(jì)底高程處有回填土，施工中要求清除回填土，回填砂礫料，厚度為1.5 m。墻后填土為黏性土，分層碾壓，壓實(shí)度達(dá)到92%。

2011年7月初填筑擋墻后填土過程中發(fā)現(xiàn)擋墻9單元與10單元之間的伸縮縫張開了2 cm。7月23日晚暴雨，次日發(fā)現(xiàn)扶壁式擋墻與改移段擋墻之間的伸縮縫明顯拉大。7月25日，裂縫處距擋墻頂5 m處止水帶被拉開，水從西側(cè)漏出，根據(jù)漏水情況看，止水帶被拉開10 cm左右。此后發(fā)現(xiàn)擋墻基礎(chǔ)均存在不同程度沉降，趾板存在擠壓破壞，擋墻底部出現(xiàn)裂縫，擋墻整體向庫(kù)內(nèi)傾斜變形，其安全運(yùn)行成為問題。本文通過對(duì)發(fā)生位移變形的擋土墻進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)測(cè)資料分析及復(fù)核計(jì)算，找出擋土墻基礎(chǔ)變位、墻體變形及開裂等問題的原因，最終以擋土墻安全狀況的綜合評(píng)價(jià)為依據(jù)，提出有針對(duì)性的修復(fù)加固建議。

圖1 扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)

3 擋土墻檢測(cè)及監(jiān)測(cè)情況

3.1現(xiàn)場(chǎng)混凝土檢測(cè)方案根據(jù)本工程破壞特點(diǎn)，制定了具體實(shí)施檢測(cè)方案［5］。首先對(duì)扶壁式擋土墻進(jìn)行全面的缺陷檢查，主要依靠具有工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)目視查明混凝土擋土墻表面存在的病害和缺陷，并采用讀數(shù)顯微鏡、米尺等專用工具量測(cè)出裂縫的寬度、長(zhǎng)度和位置，伸縮縫的狀況等，并對(duì)上述內(nèi)容做好記錄。其次是通過回彈法檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度，對(duì)擋土墻混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行較全面的檢測(cè)，因回彈法檢測(cè)的回彈值受諸多因素的影響，如混凝土表面平整度、碳化深度和含水量等，因此，為比較準(zhǔn)確地檢測(cè)擋土墻混凝土的抗壓強(qiáng)度，在無損檢測(cè)的基礎(chǔ)上，還采取鉆孔取芯法，實(shí)測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度，用以復(fù)核回彈儀檢測(cè)值。采用讀數(shù)顯微鏡，采用帶拍照功能的裂縫寬度檢測(cè)設(shè)備，再次對(duì)裂縫寬度檢測(cè)。最后根據(jù)裂縫性狀，現(xiàn)場(chǎng)選取了6條典型裂縫，對(duì)其進(jìn)行超聲波裂縫深度檢測(cè)。

3.2現(xiàn)場(chǎng)混凝土檢測(cè)結(jié)論

（1）由普查情況看，目前擋土墻部分單元存在基礎(chǔ)錯(cuò)臺(tái)變位、底部趾板基礎(chǔ)局部脫空，部分相鄰單元伸縮縫拉開、甚至漏水墻體變形、開裂，下部擋土墻裂縫較普遍存在長(zhǎng)度不等的裂縫43條，部分裂縫有內(nèi)外貫穿和滲水等問題；（2）擋土墻混凝土回彈推定強(qiáng)度在41.8～55.8 MPa，芯樣實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度最低為37.7 MPa，最高達(dá)到49.8 MPa，均滿足設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30的強(qiáng)度要求；（3）擋土墻的裂縫均自下而上，裂縫寬度為0.15～1.1 mm不等，長(zhǎng)度不一，但均分布在下部的單元，所檢測(cè)的6條裂縫最小縫深為15 cm，其余均超過40 cm或者貫穿。貫穿裂縫滲水析白，裂縫的存在將影響整個(gè)擋土墻的耐久性，貫穿裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全也存在一定影響。

3.3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置

（1）沉降觀測(cè)點(diǎn)。扶壁式擋土墻自南向北分別為14、13、12…1單元，每單元距擋土墻兩端1 m左右處布設(shè)一個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，每單元布設(shè)2個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，共28個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。

（2）水平位移觀測(cè)點(diǎn)。分別于扶壁式擋土墻1、4、8、11、14單元和直接接墻GY1單元（南側(cè)與扶壁擋土墻相連接）布設(shè)6個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)。

（3）傾角計(jì)觀測(cè)。對(duì)應(yīng)扶壁式擋土墻水平位移觀測(cè)處布設(shè)5個(gè)傾角計(jì)，與水平位移觀測(cè)平行進(jìn)行。

3.4監(jiān)測(cè)成果分析

（1）沉降量監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，目前擋土墻的沉降依然在發(fā)展，并未趨于穩(wěn)定；11單元至14單元的沉降量明顯偏大，觀測(cè)到的累積最大沉降量為10.48 mm（11單元），累積最小沉降量為0.32 mm（1單元），說明擋土墻的沉降在縱向呈現(xiàn)非均勻性。

（2）14個(gè)單元中，有5個(gè)單元本身存在不均勻沉降，其中3、10單元整體傾向下游，12、13及14單元整體傾向上游。說明擋土墻的基礎(chǔ)沿縱向存在差異。

（3）水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，所有單元的ΔY累積水平位移向庫(kù)內(nèi)方向，且其水平位移變化量和累計(jì)位移量均無減小或趨穩(wěn)的趨勢(shì)。1、4、8單元向庫(kù)內(nèi)傾斜位移量較11、14單元小。14單元的沉降和水平位移在觀測(cè)期位移量最大，分別達(dá)到3.7 mm和3.9 mm。

（4）因沉降與水平位移觀測(cè)始于發(fā)生變形破壞之后的7月31日，變形的初值未監(jiān)測(cè)到，實(shí)際沉降與變形比上述監(jiān)測(cè)到的數(shù)值要大。在縱向及垂直擋墻方向的不均勻變形導(dǎo)致了在伸縮縫處部分止水破壞，趾板混凝土局部擠壓破壞。

4 擋土墻復(fù)核計(jì)算和破壞原因

4.1基本資料根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL379-2007），本水庫(kù)為II等工程，擋土墻為次要建筑物，為3級(jí)建筑物。設(shè)計(jì)地震烈度8度。水庫(kù)西堤平臺(tái)0+031～0+219段擋土墻采用C30扶壁式擋土墻，其中0+031～0+070段墻高11.1m，0+070～0+219段墻高12.1 m。扶壁式擋土墻取兩相鄰永久縫之間的擋土區(qū)段作為計(jì)算單元，對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、地基承載力以及結(jié)構(gòu)應(yīng)力等進(jìn)行計(jì)算分析。水庫(kù)正常蓄水位56.4 m，最高蓄水位58.5 m，汛期為了不影響水庫(kù)承擔(dān)的防洪任務(wù)，以汛限水位48.0 m運(yùn)行。墻頂活荷載為人群荷載400 kg/m2。

地基為中等堅(jiān)硬的砂卵石地基，場(chǎng)區(qū)15 m深度范圍內(nèi)，為卵礫石單一地質(zhì)結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)條件較好，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值建議為260 kPa。參數(shù)選擇如下：混凝土墻體容重25 kN/m3，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，裂縫計(jì)算鋼筋直徑32 mm，填土內(nèi)摩擦角330°，墻后填土黏聚力0.0 kPa，墻后填土容重19kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角17.50°，地基土容重18 kN/m3，修正后地基承載力特征值300 kPa。墻底摩擦系數(shù)0.5，地基土類型為土質(zhì)地基，地基土內(nèi)摩擦角350°，墻后填土浮容重9 kN/m3，地基浮力系數(shù)0.7。

4.2部分設(shè)計(jì)工況下的計(jì)算復(fù)核對(duì)正常蓄水位、汛期、地震+正常蓄水位共3種工況進(jìn)行復(fù)核［6-7］，各工況對(duì)應(yīng)的庫(kù)水位見表1。

抗滑穩(wěn)定系數(shù)允許值、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)允許值及基底應(yīng)力允許值見表2—4。

表1 特征水位

表2 擋土墻基底面抗滑安全系數(shù)允許值

表3 擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)允許值

表4 擋土墻基底應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值

本工程地基為中等堅(jiān)硬的砂卵石地基，基本荷載組合時(shí)，基底最大應(yīng)力與最小應(yīng)力的比值允許值為2.00，特殊荷載組合時(shí)為2.50。各計(jì)算工況下的計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 各工況下計(jì)算結(jié)果

4.3復(fù)核主要結(jié)論

（1）擋土墻在正常蓄水位、正常蓄水位+地震及汛期3種工況下抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、基底應(yīng)力及基底應(yīng)力的不均勻系數(shù)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

（2）此擋墻破壞時(shí)為施工期，水庫(kù)汛期水位48 m，墻后水位超過52.0 m時(shí)，擋土墻基底應(yīng)力的不均勻系數(shù)大于2.00；當(dāng)水位超過55.0 m時(shí)，不均勻系數(shù)均大于3.00，均不滿足規(guī)范要求。

（3）當(dāng)墻后水位超過55.0 m時(shí)，抗滑穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求外，基底應(yīng)力最大值為276.44 kPa，大于地基允許承載力標(biāo)準(zhǔn)值260 kPa。

（4）由于墻后未設(shè)置排水溝，致使汛期墻后水位較高，造成超載，使得墻體抗滑穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求，基底應(yīng)力的不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求，基底應(yīng)力最大值大于地基允許承載力標(biāo)準(zhǔn)值，是造成擋土墻發(fā)生較大變位的主要原因。

4.4擋土墻破壞原因分析綜合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)資料分析及復(fù)核計(jì)算的情況來看，破壞產(chǎn)生原因是復(fù)雜的，多方面因素引起的。主要包括：（1）擋土墻破壞時(shí)正處于施工期，庫(kù)內(nèi)水位為汛期水位，墻后水位不宜超過52.0 m。由于暴雨，擋土墻后實(shí)際水位遠(yuǎn)高于原設(shè)計(jì)水位，背水面水荷載超載是造成墻體較大變形的主要原因。施工過程中未按設(shè)計(jì)要求設(shè)置排水設(shè)施，導(dǎo)致雨后積水不能迅速排出，從而引起超載；（2）擋土墻后大量額外的施工機(jī)械及材料堆積導(dǎo)致超載，從而對(duì)擋土墻的穩(wěn)定和基底面的應(yīng)力分布有不利影響；（3）扶壁式擋墻與直墻段擋墻之間的伸縮縫變形明顯，止水帶破壞，有漏水現(xiàn)象，這是由于背水面雨水引起擋土墻超載變形，向庫(kù)內(nèi)傾斜，而直墻段擋土墻由于雨水超載引起擋土墻產(chǎn)生傾向庫(kù)區(qū)內(nèi)的變形引起的；（4）本工程屬于擴(kuò)建工程，擋土墻基礎(chǔ)部位的地質(zhì)工作未及時(shí)開展，在擋土墻與水庫(kù)岸坡銜接處，擋土墻的基礎(chǔ)總是一半落在原狀土一半落在回填土上。雖然本工程基礎(chǔ)處理到位，回填土質(zhì)量控制較好，但仍不能避免尾部擋土墻發(fā)生傾斜和變形。這也是基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降的原因之一。

5 修復(fù)方案建議及效果

5.1修復(fù)方案建議

（1）首先立即對(duì)擋土墻的超載進(jìn)行卸荷，并加強(qiáng)沉降與變形的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定合適的加固處理方案；（2）按原設(shè)計(jì)及時(shí)在擋土墻墻后布置排水降水系統(tǒng)，確保降低墻后水位；（3）擋土墻下部的裂縫系溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，與基礎(chǔ)的沉降變形無直接關(guān)系，但對(duì)工程耐久性產(chǎn)生一定影響，宜在氣溫較低、裂縫開度較大時(shí)進(jìn)行處理，以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性和防滲性。對(duì)縫寬大于0.2 mm的裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理并進(jìn)行表面柔性封閉；對(duì)縫寬小于0.2 mm的非貫穿性裂縫僅進(jìn)行表面柔性封閉；（4）對(duì)擋土墻趾板處與塑性防滲墻接縫部位進(jìn)行檢查，確認(rèn)止水是否破壞，如破壞增設(shè)表層止水；對(duì)伸縮縫變形大的部位確認(rèn)止水材料是否破壞，如破壞增設(shè)表層柔性止水系統(tǒng)；（5）擋土墻趾板脫空及破壞部位的處理：將剝蝕部位或脫空的底板進(jìn)行鑿除直至新鮮混凝土，將基面用水沖洗干凈，然后涂刷界面劑，重新澆筑混凝土；（6）在擋土墻趾板處按原設(shè)計(jì)增加鉛絲石籠或者重新澆筑混凝土，以提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，增加擋土墻的穩(wěn)定性。

5.2修復(fù)效果本工程擋土墻按照本方案修復(fù)后，后期無繼續(xù)沉降變形，裂縫未擴(kuò)展。2012年7月21日北京市發(fā)生61年來特大暴雨，本工程所處的房山區(qū)為受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)，降雨量達(dá)到460 mm，本工程經(jīng)過修復(fù)后安全運(yùn)行，未出現(xiàn)破壞和險(xiǎn)情，為類似工程的處理提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）擋土墻施工時(shí)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，尤其注意排水設(shè)施的施工，不能隨意增加頂部荷載；（2）對(duì)擋土墻破壞原因分析時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)成果和復(fù)核計(jì)算成果，根據(jù)實(shí)際基礎(chǔ)情況、破壞形態(tài)和變形發(fā)展趨勢(shì)作出綜合判斷；（3）修復(fù)方案采用綜合措施，減少荷載、增加排水措施、處理裂縫及更換止水的綜合處理措施是一種切實(shí)可行的方法，效果良好，為今后類似工程的處理提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 管楓年，等.水工擋土墻設(shè)計(jì)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1996.

［2］ SL379-2007，水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］ 劉健，馬偉.淺談?chuàng)跬翂Φ顾脑蚍治黾按胧跩］.廣東建材，2010（3）：141-142.

［4］ 潘吉祥.重力式擋土墻的坍塌原因分析及加固措施［J］.巖土工程界，2006，19（8）：69-70.

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［7］ SL191-2008，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Destruction reason analyses and reinforcement measure study of counterfort retaining wall of a reservoir

WANG Ronglu1，MENG Lijuan1，HONG Ganghui2， SUN Qichen3
（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Glcle in River Basin，Beijing 100038，China；2.Sinohydro Foundation Engineering Co.，Ltd，Tianjin 301700，China；3.China Water Resources Beifang Investigation，Design and Research Co.Ltd，Tianjin 300222，China；）

In order to find out the destruction reasons of a retaining wall of a reservoir，detailed investiga?tion and detection was carried out.On the other hand，the retaining wall concrete was detected，evaluated and the monitoring data was analyzed，and also check calculation of the retaining wall structure was execut?ed.It is indicated that overloading of water load on the negative side of the retaining wall is the main rea?son that gives rise to the relatively large deformation of the wall，and upper overloading also has some ad?verse effect on the stabilization of the retaining wall and the stress distribution of the foundation surface. The direct reason of the destruction is that the drainage facilities were not installed as required during the construction process.According to the current destruction conditions of the retaining wall，feasible treatment schemes and reinforcement measures are presented.It is proved that the rehabilitation effect is favorable.

Retaining wall；Destruction；Reason analysis；Reinforcement measures

TU476

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.01.008

1672-3031（2015）03-0201-05

（責(zé)任編輯：王冰偉）

2014-09-28

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院科研專項(xiàng)“十二五”重點(diǎn)科研資助項(xiàng)目（結(jié)集1246）；水利部“948”項(xiàng)目（201301）

王榮魯（1979-），男，山東臨沂人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水工建筑物檢測(cè)評(píng)估研究。

E-mail：wangrl@iwhr.com