武可爽， 劉 澤， 方俊杰， 林 瓊

(1.浙江省交通工程建設(shè)集團第三交通工程有限公司， 浙江 杭州 323000；2.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 湘潭 411201)

山區(qū)公路擋土墻的病害調(diào)查與成因分析

武可爽1， 劉 澤2， 方俊杰1， 林 瓊1

(1.浙江省交通工程建設(shè)集團第三交通工程有限公司， 浙江 杭州 323000；2.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 湘潭 411201)

擋土墻是維護山區(qū)公路路基、邊坡穩(wěn)定性的重要工程結(jié)構(gòu)。以浙江西南山區(qū)為重點，通過現(xiàn)場走訪、從養(yǎng)護部門收集體資料等方式，對浙江山區(qū)公路擋土墻的主要結(jié)構(gòu)形式、病害及其成因與發(fā)育規(guī)律進行了研究，為公路擋土墻的維護、加固設(shè)計提供參考。

山區(qū)公路； 擋土墻； 病害； 發(fā)育規(guī)律

0 引言

山區(qū)地形起伏大，溝壑縱橫，使得公路建設(shè)時深挖高填現(xiàn)象非常普遍。為了維護路基和邊坡的穩(wěn)定性，擋土墻成為公路沿線最常見的構(gòu)筑物。作為一種露天結(jié)構(gòu)，擋土墻不僅受到長期的雨水淋濾作用，加速材料風(fēng)化老化，還受到長期的交通荷載動荷載影響，致使擋土墻病害層出不窮，直接影響到道路營運的安全。

開展山區(qū)公路擋土墻病害與加固技術(shù)研究，對保障道路安全有著重意義，國內(nèi)的許多學(xué)者與技術(shù)人員都投入了大量的精力。楊建國[1]分析了剛性擋墻常見病害成因及加固方法；陳華[2，3]分析了公路加筋土擋土墻、錨錠板擋土墻的病害及其整治措施；羅江波[4]研究了壁板式錨桿擋土墻的典型破壞原因與加固措施；何善國[5]分析了病險及舊擋土墻加固改造途徑。一些學(xué)者還研究了擋土墻的質(zhì)量檢測方法[6]、安全評估方法[7]、加固設(shè)計方法[8]等，有力地促進了山區(qū)公路擋土墻維護、管理與加固技術(shù)的發(fā)展。

浙江位于我國東部沿海，多山地少平原，地質(zhì)條件復(fù)雜；季風(fēng)氣候明顯，臺風(fēng)、暴雨、洪災(zāi)多發(fā)；經(jīng)濟發(fā)達、道路交通量大、軸載重，這些特點都是擋土墻病害產(chǎn)生、發(fā)展、失穩(wěn)的重要原因。筆者結(jié)合浙江省交通科技項目(2013H27-4)的研究，對山區(qū)公路擋土墻的常見病害進行了調(diào)研，為公路擋土墻的維護管理提供了依據(jù)。

1 山區(qū)公路擋土墻的主要結(jié)構(gòu)形式

調(diào)研以浙西南山區(qū)為重點，通過現(xiàn)場走訪、從養(yǎng)護部門收集資料等方式，先后對金麗溫高速公路、龍麗高速公路、麗龍高速公路、330國道、333國道、49省道、52省道及麗水境內(nèi)的部分縣道，如云和線、平黃線、麗和線等進行了調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于山嶺地區(qū)石料來源廣、數(shù)量多，且石料的強度較高、抗風(fēng)化性能較好，故山區(qū)公路建設(shè)時重力式擋土墻是最主要的支擋結(jié)構(gòu)，主要形式有：

1) 干砌片(塊)石擋土墻。干砌片(塊)石擋土墻是目前縣鄉(xiāng)道中最主要的結(jié)構(gòu)形式(圖1)。擋墻直接由塊石片石搭砌而成，具有成本低，施工簡單的優(yōu)點，但強度低，穩(wěn)定性差，也是山區(qū)公路支擋結(jié)構(gòu)病害最為嚴(yán)重的墻型。

2) 漿砌片(塊)石擋土墻。漿砌片(塊)石擋土墻(圖2)在國省道中應(yīng)用最為廣泛，結(jié)構(gòu)上以衡重式擋墻為主，一般要求砂漿標(biāo)號為M7.5，石料抗壓強度應(yīng)大于30 MPa，墻高一般為5～15 m。在縣鄉(xiāng)道修復(fù)工程中，漿砌片石擋土墻已開始取代干砌片石擋土墻。

3) 柔性生態(tài)加筋土擋墻。隨著工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的重視，近年來柔性生態(tài)加筋土擋墻在浙江高速公路建設(shè)中得到大力推廣。這種擋墻將加筋土技術(shù)與生態(tài)護坡技術(shù)結(jié)合在一起，不僅施工簡單、工效高，而且生態(tài)效果好，常用的結(jié)構(gòu)形式有綠色加筋格賓擋墻(圖3)、土工格柵包生態(tài)袋擋墻、吉奧擋墻(圖4)等。

4) 其它形式的擋墻(如混凝土擋墻、錨桿擋墻錨碇板擋墻等)在浙江山區(qū)公路建設(shè)中稍有嘗試，應(yīng)用較少。

圖1 干砌擋土墻

圖2 漿砌擋土墻

圖3 綠色加筋格賓擋墻

圖4 吉奧擋墻

2 山區(qū)公路擋土墻的主要病害形式

從調(diào)研結(jié)果可以看到，浙江山區(qū)公路擋土墻可分為圬工(漿砌干砌)擋土墻和生態(tài)加筋土擋墻兩類，其病害也可以按這一分類方法分別討論。

2.1 圬工擋土墻的主要病害

調(diào)研結(jié)果表明，在山區(qū)公路建設(shè)中以干砌、漿砌方式建造的圬工擋土墻應(yīng)用最為廣泛。主要原因在于很多山區(qū)公路建設(shè)時間較早、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，而山嶺地區(qū)石料來源廣，強度高，便于就地取材、降低工程造價，但石料一般采用爆破方式開采，多呈不規(guī)則狀，難以機械化施工，而且單體重量大，造成擋土墻施工時工人工作環(huán)境差、勞動強度大、工藝性強、因而實際工程中擋墻的病害也很多。

2.1.1 擋土墻倒塌

擋土墻倒塌嚴(yán)重威脅路基和邊坡的穩(wěn)定性，造成交通中斷，甚至可能引發(fā)重大交通事故(圖5)?，F(xiàn)場調(diào)查和資料統(tǒng)計表明，山區(qū)公路擋土墻倒塌多發(fā)生在暴雨期間或連續(xù)降雨之后。

2.1.2 墻體外傾

墻體外傾表現(xiàn)為墻體繞墻趾轉(zhuǎn)動。通常在伸縮、沉降縫處可觀察到相鄰擋土墻間產(chǎn)生相對錯動，位移呈上大下小的楔形，如圖6所示。墻體外傾主要發(fā)生在整體性較好的漿砌擋土墻、混凝土擋墻上，干砌擋土墻一般不會出現(xiàn)。

2.1.3 整體滑移

擋土墻隨墻后土體整體發(fā)生滑移或下沉，路面或墻后土體出現(xiàn)縱向裂縫。如圖7所示。

2.1.4 墻身外臌

由于墻身質(zhì)量差，抗剪強度不足，使墻身中部或中下部向外臌出(圖8)。墻身外臌主要發(fā)生在干砌擋土墻和漿砌擋墻上。

2.1.5 墻體斷裂

墻體產(chǎn)生貫穿性縱向或橫向裂縫。縱向(沿墻高方向)裂縫將一段擋墻分割成若干段，通常是由于沉降縫、伸縮縫設(shè)置不合理或數(shù)量不夠，受地基沉降、溫度變化的影響時，墻體變形受限而被擠裂或拉開；而橫向(沿路線方向)裂縫將一段擋墻沿墻高分割成若干塊，使?jié){砌擋土墻變成了干砌式(圖9)。

2.1.6 墻土差異沉降

擋土墻與墻后土體沉降不一致使得墻土交接處形成一條沿路線方向的裂縫(圖10)，為路面積水提供了通往路基內(nèi)部的通道。

圖5 擋墻倒塌

圖6 擋墻外傾

圖7 整體滑移

圖8 墻體外臌

2.1.7 砂漿料石脫落

墻面勾縫砂漿隨時間風(fēng)化，成塊狀或條狀脫落或在雨水、地表徑流作用下，砂漿被沖刷散失，混凝土預(yù)制塊或片(塊)石砌縫外露。漿砌擋土墻施工后如果養(yǎng)護不及時也可能使砂漿燒壞，呈粉砂狀脫落。墻面外層石塊風(fēng)化、或因砂漿失效、或受外力作用而脫落(圖11)。

2.1.8 基礎(chǔ)掏空

山區(qū)沿溪河擋土墻或處于庫水漲落范圍內(nèi)的擋土墻，受水流長期沖刷作用，使擋土墻基底材料被沖蝕、流失，隨著沖刷深度和范圍的增大，基礎(chǔ)逐漸脫空(圖12)。

圖9 墻身斷裂

圖10 墻土差異沉降

圖11 墻面塊石脫落

圖12 墻基礎(chǔ)被掏空

2.1.9 泄水孔被堵塞或位置不當(dāng)

擋土墻設(shè)有泄水孔，但水從塊石周圍縫隙或伸縮縫滲出，泄水孔不出水，形同虛設(shè)。此時，墻背填土飽和，墻內(nèi)積水無法及時排出，擋墻受附加靜水壓力作用，穩(wěn)定性必然下降。

2.2 生態(tài)加筋土擋墻的主要病害

在浙江省得到廣泛應(yīng)用的加筋土擋墻主要是無面板的土工格柵包生態(tài)袋擋墻、綠色加筋格賓擋墻、吉奧擋墻等，其中土工格柵包生態(tài)袋擋墻應(yīng)用最多，因此調(diào)研中看到的病害也多為這種結(jié)構(gòu)擋墻的病害。主有以下幾種：

2.2.1 擋土墻外臌變形

主要表現(xiàn)為加筋土擋墻的中下部向外臌出，呈“臌肚”狀，臌出部分筋材被繃緊，受力較大(圖13)。當(dāng)墻面綠化覆蓋率較低，臌脹部分的外包土工格柵將長時間接受陽光輻射，老化加速，強度降低而被拉斷，使墻面填料失去約束而溜滑，有可能進一步引起擋墻失穩(wěn)滑塌，使路面開裂、路基失穩(wěn)(圖14)。

2.2.2 生態(tài)袋過早老化，墻面填料流失

為了能進行生態(tài)綠化又避免填土從筋材網(wǎng)孔中漏出，生態(tài)型加筋土擋墻一般采用生態(tài)袋充填營養(yǎng)土或耕植土，再碼砌在擋墻外側(cè)并通過筋材反包構(gòu)成墻面。生態(tài)袋一般要求采用可降解的專用植生袋，工程中有的施工單位為降低成本而采用普通化纖編織袋。這種編織袋表面致密，植物難以從袋中長出，而且耐久性很差，在陽光輻射下只需數(shù)星期時間就會完全老化潰爛，使袋內(nèi)填料失去約束。若墻面綠化不到位，受降雨和路面匯集水沖刷作用時，袋內(nèi)填料就會從土工格柵的網(wǎng)孔間流出(圖15)，造成墻面反包筋材架空，擋墻局部失穩(wěn)；在雨季局部失穩(wěn)可能進一步發(fā)展，引發(fā)加筋體滑移失穩(wěn)。

2.2.3 筋材破損老化

筋材破損老化包括兩方面：一是機械損傷。受施工機械、人畜活動等影響，擋墻表層的筋材被破壞(圖16)。二是墻面或頂層、分級臺階上的反包筋材沒有得到應(yīng)的防護而長期裸露在陽光下，受到光熱的輻射而加速老化。

2.2.4 墻面植被綠化不到位

土工合成材料一般以高分子聚合物為原料，材料老化、強度下降是不可避免的，其老化速率與光熱輻射強度最為敏感。因此，無面板生態(tài)型加筋土擋墻應(yīng)在施工后及時對擋墻進行植生綠化。但受綠化施工方法、植物種類、養(yǎng)護以及氣候等因素的影響，部分擋墻墻面長期不能形成有效的綠化植被，直接影響擋墻的耐久性和墻面抗沖刷能力。

圖13 墻身膨脹變形

圖14 路面開裂

圖15 填土流失

圖16 筋材被破壞

3 山區(qū)擋土墻病害成因與分類

山區(qū)公路擋墻的病害與墻型、墻身質(zhì)量、水文地質(zhì)條件、外部荷載等因素都有關(guān)系。結(jié)合調(diào)研結(jié)果分析，山區(qū)公路擋土墻的致害原因主要有以下幾種。

3.1 洪澇災(zāi)害造成的水毀

洪澇災(zāi)害是引發(fā)山區(qū)、沿溪河公路擋土墻失穩(wěn)破壞的首要原因。浙江地處東部沿海地帶，年降雨量大，特別在夏秋季節(jié)，臺風(fēng)、暴雨頻繁，造成山區(qū)河流暴漲暴落，且因山區(qū)地形變化大，匯水面積大，水流落差大，流速急，對路基擋土墻產(chǎn)生很大沖擊，使墻前堆積體甚至擋土墻地基土體、石塊被沖蝕流走，而墻后填料進水，重度增加，水土壓力變大，造成擋土墻甚至整個路基倒塌(圖17)。從調(diào)研結(jié)果可看到大部分路基、擋土墻的失穩(wěn)破壞都是水毀。據(jù)浙江省國土資源廳公布的地質(zhì)環(huán)境公報，浙江省的地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在2～3月持續(xù)降雨期、6月梅雨期和8月臺風(fēng)期間，滑坡位于各類地質(zhì)災(zāi)害之首，其中就包括大量的支擋結(jié)構(gòu)損毀。

3.2 長期浸水

由于山區(qū)公路往往依山傍水沿河庫而建，公路擋土墻就是河庫岸的一部分，既使沒有降雨影響，長期的溪流沖淘使擋土墻基礎(chǔ)被掏空，庫水位的波動在墻內(nèi)引起反復(fù)滲流，動水壓力使得擋土墻受到附加作用力、填料中的細(xì)顆粒流失。特別隨著山區(qū)水電建設(shè)的發(fā)展，我省一些河流被層層截斷蓄水發(fā)電，使大量沿河路基擋土墻由非浸水擋土墻變?yōu)殚L期浸水擋土墻，不僅改變了擋土墻的受力體系，降低地基及墻后巖土體強度，而且?guī)焖坏恼{(diào)節(jié)和河水位的周期性變化將引起地下及墻后水位的變化，潛流水位上升，水力梯度增大，潛流水的淘蝕范圍增加，從而使擋土墻傾覆變形、路基不均勻沉降、路面出現(xiàn)縱向裂紋。近年來330國道沿開潭、五里亭電站、外雄等水庫的漿砌衡重?fù)跬翂吐坊『旧隙寂c水電站建、路基擋土墻由非浸水擋土墻變?yōu)榻畵跬翂τ嘘P(guān)(圖18、圖19)。

3.3 路基超載

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，作用在路面的交通荷載也在不斷增長。大量超長超重車輛晝夜不停行駛在各級公路上，使實際交通荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原有設(shè)計值，不僅使擋土墻受到土壓力增加，更使路基、擋土墻受到長期高水平動應(yīng)力作用，塑性變形累積，疲勞效應(yīng)明顯，使路面開裂、路基沉降增加，擋土墻逐漸外傾、臌脹變形。

3.4 墻身質(zhì)量差

由調(diào)研結(jié)果可以看到，低等級山區(qū)公路擋土墻因設(shè)計等級低、建設(shè)早多采用干砌片石擋土墻，墻身靠塊石間的相互咬合作用傳遞荷載，整體性差；并受長期風(fēng)雨侵蝕作用，一些塊石風(fēng)化瓦解，塊石間間隙增大。既使采用漿砌擋土墻，也因砌筑工藝要求高，工人勞動強度大，偷工減料現(xiàn)象嚴(yán)重，墻體座漿率低、空洞大(圖20)、強度低，使?jié){砌擋土墻變成了干砌擋土墻，甚至由于片石、塊石隨機堆放，其質(zhì)量要比干砌擋土墻還差，這也是造成墻身臌脹、倒塌的主要原因。一些工程還因工期緊，混凝土強度尚未達到要求就開始下一工序施工，造成混凝土與塊石的粘接破壞，為擋墻病害的發(fā)展埋下了隱患。

圖17 擋土墻水毀

圖18 擋土墻垮塌

圖19 擋土墻外傾

圖20 墻身座漿率不足

3.5 地基承載力不足

由于山區(qū)地形變化大、地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，路基擋土墻(特別低等級公路)基礎(chǔ)大多位于堆積體上，基礎(chǔ)埋置淺、地基承載力小，使擋土墻趾部下沉、墻身傾覆變位、水平推力變大，造成擋墻滑動甚至垮塌，有時也隨邊坡、地基整體滑動失穩(wěn)。

3.6 擋土墻排水不良

擋土墻的排水條件對其穩(wěn)定性影響很大。盡管山區(qū)地形變化大，地面積水少，但大氣降雨、墻前水位上漲、路面積水、山體涌水等都很容易進入路基，若擋墻排水不良，使墻背填土和地基土的含水量增加，增大土體重度，降低其抗剪強度和地基承載力，并產(chǎn)生附加靜水壓力、土體膨脹壓力，增加擋墻失穩(wěn)機率。

除了墻體內(nèi)的水應(yīng)及時排除外，還應(yīng)做好路面積水的疏排，避免路面積水滲入路基以及對擋墻墻面沖刷。這對于無面板生態(tài)加筋土擋墻而言更為重要，圖21為有集水溝和無集水溝對生態(tài)型加筋土擋墻影響的對比?？梢?，無集水溝時，路面匯集的雨水會對擋墻坡面形成沖刷，使墻頂填土流失，頂層反包層的土工格柵裸露出來，加速筋材老化、引起擋墻局部失穩(wěn)。

a) 無集水溝 b) 有集水溝

3.7 勘察、設(shè)計、施工不到位

山區(qū)公路等級往往較低，勘察、設(shè)計、施工要求被放松，特別是早期建設(shè)低等級公路擋土墻，可能必要的勘察工作都沒有，水文地質(zhì)條件沒有查明，設(shè)計時參數(shù)選擇不當(dāng)，擋墻設(shè)計尺寸過小，施工時砌石擠漿不夠密實，回填土不符合要求，壓實不足等，都會造成墻身剪切破壞、外凸變形、勾縫脫落、石塊松動等病害。

3.8 維護不及時

在病害發(fā)生初期，若不認(rèn)真檢查就很難及時發(fā)現(xiàn)，也就不能及時進行養(yǎng)護、修補；或者發(fā)現(xiàn)后，未能找出病害原因，采取的處治方法不適當(dāng)，貽誤時機，導(dǎo)致病害惡化。

結(jié)合調(diào)研和病害成因分析，可將山區(qū)公路擋墻的病害分為三類：一是單純性病害。這類病害主要是由于擋土墻自身能力不足引起的病害，如墻身質(zhì)量差、抗剪強度低、墻身抗滑移抗傾覆能力不夠，病害主要由擋土墻設(shè)計、施工、材料老化等因素造成。二是間接性病害。擋土墻位于斜坡地形或軟土地基時，病害多因邊坡滑動、地基承載力不足而造成，通常發(fā)生擋土墻隨邊坡、地基整體滑移失穩(wěn)。坡間擋土墻、軟土地基擋土墻多發(fā)生這種病害。三是水害水毀，主要指擋土墻受山洪沖擊、墻前水位驟變或者受水流長期沖淘作用而引發(fā)的病害失穩(wěn)，山區(qū)沿河沿庫公路擋土墻多發(fā)生這類病害。這三類擋土墻病害的致害原因不同，加固設(shè)計、穩(wěn)定性分析方法等也應(yīng)不同。

4 結(jié)論

1) 在浙江山區(qū)公路建設(shè)中，漿砌干砌擋土墻得到廣泛使用，隨著對生態(tài)環(huán)境的重視，生態(tài)型加筋土擋墻正在得到大力推廣。

2) 柔性生態(tài)加筋土擋墻的主要病害形式有外臌變形、生態(tài)袋過早老化、墻面填料流失、筋材破損老化以及墻面植被綠化不到位等五類；漿砌干砌圬工擋土墻的主要病害有擋土墻倒塌、墻體外傾、整體失穩(wěn)、墻身外臌、墻體斷裂、墻土差異沉降、砂漿料石脫落、基礎(chǔ)掏空、泄水孔被堵塞或位置不當(dāng)?shù)取?/p>

3) 山區(qū)公路擋土墻的致害原因主要有洪澇災(zāi)害造成的公路擋墻水毀、長期浸水、路基超載、墻身質(zhì)量差、地基承載力不足、擋土墻排水不良、勘察、設(shè)計、施工不到位，其中水毀是最主要的因素。

4) 山區(qū)公路擋墻的病害可分為單純性病害、間接性病害和水害水毀等三類，其病害防治應(yīng)各有側(cè)重點。

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1008-844X(2016)04-0022-06

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