浅析扶壁式前墙的内倾问题

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摘要：某城市高架桥桥台扶壁式挡土前墙出现内倾现象，文章通过结构计算、基底验算、墙体实际受力等几个方面进行分析检查以确定产生的原因及处理方案。

关键词：扶壁式挡土前墙内倾；结构计算；基底验算；墙体实际受力

中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0193-02

当挡土墙墙高超过6米时，宜于采用扶壁式挡土墙。扶壁式挡土墙是钢筋混凝土薄壁式结构，由于可采用标准化工厂化预制，施工方便，外形美观，因此在城市立交中得到了广泛的使用。本文主要针对一城市高架桥桥台扶壁式前墙出现内倾现象进行分析和总结，以避免类似情况的发生。

一、工程简介

本高架桥位于国道城市段，由于与城市道路交叉路口多，交通繁重且复杂，交通事故发生频繁，因此决定在该段建设高架桥，桥梁跨径52×20米。由于台后路基最高处超过7米，决定采用扶壁式挡土墙。其中0号桥台纵向与路线方向斜交45米，前墙斜长43.84米，高H=4.7～5.4米，沉降缝均设置在接柱两侧，即台柱位置部分为一分段，台柱间为一分段，共划分为15段。该前墙采用现浇法施工。另外，52号桥台与路线方向正交，前墙长17米，高4.5米，采用装配式施工。

二、内倾现象

本桥建成通车半年后，发现0号桥台扶壁式前墙7号与9号段向台后一侧倾斜，其中9号向内倾斜约6cm（顶端），其两侧沉降缝上端产生裂缝，缝最宽处约1～2cm，而7号向内倾斜约3cm（顶端），其两侧沉降缝上端未产生裂缝；7号、9号段相邻台柱位置面板两侧各出现一条自上而下较长的裂缝，缝宽1～2mm。观察52号桥台未发生类似情况。

三、问题分析

问题出现后，首先对挡土墙结构重新进行了计算，确定原设计计算正确后，再结合施工及监理现场记录，对地基沉降、结构实际受力情况进行了检查验算。

（一）结构计算

结构计算根据《公路设计手册・路基》中的计算方法进行，主要包括土压力计算、墙身尺寸计算、墙身稳定性及基底应力验算、墙身配筋和裂缝开展宽度计算等四部分。计算时，将墙面板和踵板视为三向连续固定板，将肋和趾板分别视为矩形和变截面“T”形悬臂梁，进行简化近似计算。其中踵板受力荷载考虑土重（W1）、自重（W2）、作用在假想墙背上土压力EH1的竖向分力（W3）、作用在踵板端部上土压力Eh1竖向分力（W4）、由趾板固端弯矩M1引起踵板的向下平衡力、作用在底板上的地基反力（σ1、σ2）。将上述外力简化，采用应力叠加三角形分布。

以9号段为例，设计尺寸如下：H=4.85m，h=0.4m，B1=0.5m，B2=0.5m，B3=3.5m。经再次验算，其抗滑、抗倾覆稳定性、基底应力、裂缝开展宽度等均满足规定要求，证明结构设计及配筋是合理安全的。

（二）基底验算

挡土墙的破坏大多是由于基础处理不当引起的，因此重点对基础设计和施工进行了验算和检查。

0号桥台位置的地下土层的物理力学性质指标见下表：

通过地质资料及0号桥台引线挡土墙的检测观察，可以证明出现严重不均匀沉降的可能性较小。对9号段进行基底验算，其最大基底应力为109.3Kpa，满足地基承载力130Kpa的要求，而在施工中为了提高地基承载能力，对地基进行了换填厚50cm砂砾的处理；采用分层综合法根据压缩模量Es计算地基总沉降量Sc= =8.6cm（式中：Esi为各土层压缩模量，pi为地基各分层中点的附加应力增量，hi为各分层厚度）。由于前墙未进行直接的沉降观测，因此参考台后高填土路基沉降观测资料。资料显示，在进行路面施工前该路基沉降已趋于稳定，当时月沉降量小于1厘米，建成通车半年内沉降1.1cm，符合设计预期。

由上述验算及检查资料分析，对基础和地基处理的设计和施工是较为成功的，产生预料外重大问题的可能性极低。

（三）结构实际受力情况分析

通过上述验算和分析结果，可以基本确定挡土墙结构及基底处理不是造成前墙内倾的原因，因此开始重点检查施工及监理现场记录，以分析前墙的实际受力情况。在检查中发现，原前墙设计沉降缝设置在台柱中心位置，后考虑到沉降问题，进行变更设计，将沉降缝改设在台柱两侧位置；变更设计时，0号桥台前墙钢筋已整体绑扎，部分节段已浇筑，因此施工单位对钢筋或混凝土进行了切割以设置沉降缝，而52号桥台在变更后才开始进行施工。由于7号与9号段肋与沉降缝距离较近，施工不方便，因此该位置切割不完全的可能性极高，而这将使得7号、9号段与相邻6号、8号、10号段存在连接，产生固结。由于6号、8号、10号段支承在台柱上，不会随基底沉降，因此当7号、9号段发生沉降时，受相邻节段约束的墙体部分将不随之沉降，其踵板受力将发生变化。

进行扶壁式挡土墙结构稳定验算时，主要考虑由于墙后主动土压力对挡墙稳定造成的影响，以9号段为例，其抗滑稳定系数Kc=N・f/Ex=1.62、抗倾覆稳定系数K0=My/MH=958.2/120.4=7.96（式中N为作用在墙体上的总法向力，My为作用在墙体上的总稳定力矩，Ex 为墙体承受的土压力， MH为墙体承受的土压力对基底的弯矩，f为基底摩擦系数），尽管两者均大于1.3的安全稳定系数，但抗倾覆稳定系数K0安全储备过大，一旦基底反力变小，无法提供足够的相反力矩，则墙体就会出现内倾现象。9号段顶端内倾6cm，可推算其踵板端沉降约4.7cm，在地基总沉降范围内。

经过上述分析，初步推断7号、9号段内倾原因是其与相邻节段仍存在固结。后在现场检测，发现节段间部分钢筋未截断，证明了推断的正确，随后确定处理方案：截断连接钢筋，重做沉降缝，对墙身表面进行修补。处理完毕后，对前墙进行了长时间的观测，内倾现象未再发生，挡土墙工作状况正常。

四、结论

扶壁式挡土墙适用填土高的路基，体积较大，受力复杂，因此可尽量采用装配式施工，施工时应严格按设计进行，以避免出现不应有的问题。

参考文献

[1]公路设计手册・路基[M].人民交通出版社，1996.

[2]高速公路路基设计与施工[M].人民交通出版社，1998.

作者简介：张海波（1975- ），男，滨州市公路勘察设计院滨州公路工程处工程师，研究方向：公路勘察设计。