深厚粘性土地層上重力式擋土墻基礎(chǔ)埋深問題探討

楊 煜

(四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

1 問題的提出

擋土墻做為支擋結(jié)構(gòu)在工程中普遍采用。通過對(duì)一些邊坡?lián)跬翂こ淌鹿实奶幚怼⒎治鰵w納后，發(fā)現(xiàn)較普遍的問題是，在深厚的粘性土地層上，擋墻的基礎(chǔ)埋置深度往往偏淺，多數(shù)位于潛在的滑面之上或其附近。當(dāng)外部條件出現(xiàn)不利因素后，擋墻因埋深不夠、支擋能力不足而發(fā)生變形失穩(wěn)。

2 工程實(shí)例

2.1 某500kV變電站南側(cè)擋墻變形

某500kV變電站位于山區(qū)，原地形為一斜坡，北高南低呈臺(tái)階狀，總體坡度為8°～12°。該變電站電壓等級(jí)較高，規(guī)模較大，南北方向的縱向長(zhǎng)度約為240m。根據(jù)站內(nèi)設(shè)計(jì)坡度及分階情況，工程建設(shè)后，在北側(cè)形成高約20m的挖方邊坡，南側(cè)形成約7m～8m高的填方邊坡。

變電站地層巖性主要為坡洪積粘土，呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，厚度為4m～8m，下伏基巖為砂巖、泥巖互層。

設(shè)計(jì)時(shí)，由于粘土工程性質(zhì)較好，地基承載力較高，填土邊坡設(shè)計(jì)的支擋結(jié)構(gòu)型式為折背式擋土墻，基礎(chǔ)持力層為粘土，基礎(chǔ)埋置深度為1.6m～2.0m，墻身露高為6m，斷面及幾何尺寸按國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集選用。經(jīng)驗(yàn)算，地基承載力、抗滑移穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)程、規(guī)范要求。

該變電站建成投運(yùn)后，次年雨季來臨期間，擋土墻墻體出現(xiàn)了變形開裂，裂縫寬度約1cm～3cm，前后錯(cuò)動(dòng)約5cm～30cm，墻體鼓脹變形明顯，擋墻基礎(chǔ)出現(xiàn)水平位移約10cm～20cm；同時(shí)在擋墻前方地面發(fā)生鼓脹、隆起，隆起高度約10cm～20cm，并出現(xiàn)較密集不規(guī)則的橫向及豎向裂縫。受擋墻變形影響，墻后站內(nèi)的構(gòu)架及支架出現(xiàn)了傾斜，嚴(yán)重影響了變電站的正常運(yùn)行，最終不得不停電進(jìn)行處理。

2.2 某220kV變電站填土邊坡?lián)鯄κХ€(wěn)

某220kV變電站位于山區(qū)斜坡，變電站建設(shè)區(qū)域的地形坡度15°～20°，屬于半填半挖場(chǎng)地。場(chǎng)地平整后其西側(cè)位于填方區(qū)，填土厚度4m～5m，地層巖性為含碎石粉質(zhì)粘土，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，厚度一般為11m～18m，下伏石英砂巖。西側(cè)設(shè)計(jì)為直立式路肩擋土墻型式，墻身露高為5m，基礎(chǔ)埋置深度為1.3m～1.8m，斷面及幾何尺寸按國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集選用。地基承載力、抗滑移穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求。

變電站建好投運(yùn)半年后雨季來臨，擋土墻墻后土體出現(xiàn)了下沉，最大下沉量達(dá)到15cm，位于填土區(qū)域內(nèi)的設(shè)備支架及構(gòu)架出現(xiàn)了不同程度的下沉及傾斜，35kV配電房墻體也出現(xiàn)了裂縫，擋墻基礎(chǔ)向外側(cè)移動(dòng)約8cm～16cm，墻體出現(xiàn)裂縫，墻前地面鼓脹、隆起，構(gòu)架、支架的傾斜較大。

3 原因分析

通過對(duì)以上兩個(gè)工程實(shí)例的調(diào)查分析，造成擋墻失穩(wěn)的直接原因主要有：

(1)墻后回填土密實(shí)程度差，雨季雨水容易滲入，造成墻后土體處于飽和狀態(tài)，降低了土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；

(2)墻背濾水層施工質(zhì)量差，甚至完全沒有，且墻面泄水孔大多堵塞，排水不暢，隨著墻后積水水位升高，形成較大的水土壓力；

墻后積水下滲后，浸泡軟化擋墻基底粘性土，降低其抗摩擦能力，造成其抗滑能力不足。

綜合這些因素，可以看出，當(dāng)擋墻原設(shè)計(jì)條件發(fā)生變化及外部條件產(chǎn)生不利影響后，導(dǎo)致墻后填土水土壓力過大，基底土質(zhì)軟化，抗滑移能力不足，發(fā)生了不同程度的滑移及傾覆變形，出現(xiàn)墻頂位錯(cuò)和中下部外鼓。經(jīng)方案比選，兩個(gè)工程均選擇了抗滑樁方案進(jìn)行處理。

4 對(duì)設(shè)計(jì)的啟示

以上兩個(gè)工程實(shí)例中，雖然擋墻變形的原因主要是原設(shè)計(jì)條件發(fā)生了變化及施工質(zhì)量問題所引起，但從設(shè)計(jì)角度而言，在這種深厚的粘性土地層上，對(duì)重力式擋墻這種支擋型式，其基礎(chǔ)埋置深度問題很有探討的必要。

以上兩實(shí)例，地層條件及擋墻基礎(chǔ)埋置深度均相差不大，最后導(dǎo)致變形失穩(wěn)的現(xiàn)象及狀況也基本一致，故下面主要以500kV變電站工程實(shí)例來具體分析說明。

4.1 邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)該填土邊坡及擋墻的變形特點(diǎn)及地層結(jié)構(gòu)，對(duì)該邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性分析采用理正邊坡分析軟件，潛在的滑動(dòng)面在土層內(nèi)部，采用圓弧法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地面隆起及墻后變形的延伸部位，確定剪出口及潛在滑移范圍后緣的位置，同時(shí)結(jié)合地面線及擋墻實(shí)際尺寸，以及工程建設(shè)后地面荷載情況，確定的計(jì)算剖面見圖1。

圖1 邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性計(jì)算剖面圖

計(jì)算工況選擇時(shí)，根據(jù)邊坡及擋墻的變形特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，選擇天然工況(自重)及暴雨工況(自重+暴雨+地下水)二種形式。其中天然工況采用天然重度、天然內(nèi)摩擦角和天然粘聚力；暴雨工況采用飽和重度、飽和內(nèi)摩擦角和飽和粘聚力。對(duì)計(jì)算參數(shù)的選取，采用本工程巖土工程勘察報(bào)告提供的試驗(yàn)取值，具體取值見表1。

表1 計(jì)算參數(shù)取值

根據(jù)上述指標(biāo)，計(jì)算成果見表2。

表2 計(jì)算成果

其典型的計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)圖

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

從表2及圖2可以看出，在天然狀態(tài)下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)較高，穩(wěn)定性較好；在暴雨工況下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)在0.996～1.113之間，處于基本穩(wěn)定至不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)。同時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)的地表、構(gòu)筑物及擋墻的變形特征來看，坡體處于蠕變及變形積累階段，完整貫通的滑移面并沒有形成，邊坡正處于滑坡發(fā)展的初期階段，在這種情況下，擋墻的基礎(chǔ)埋置深度成為關(guān)鍵。如采用較淺的基礎(chǔ)埋深，將不能有效阻止邊坡變形破壞的繼續(xù)發(fā)展，最終必將發(fā)展成滑坡；相反地，如采用較大的基礎(chǔ)埋深，將基礎(chǔ)置入穩(wěn)定的地層，則在邊坡變形的初期階段可通過基礎(chǔ)將上部水平方向的力傳入下部穩(wěn)定地層中，從而有效阻止變形的繼續(xù)發(fā)展，邊坡及擋墻失穩(wěn)的可能性明顯地降低。

5 結(jié)論

對(duì)于深厚粘性土邊坡，在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性較好的情況下，設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物時(shí)，如果選用重力式擋墻，除了要驗(yàn)算地基承載力、結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度、抗滑移穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性以外，還應(yīng)特別重視在設(shè)置擋土墻位置處的潛在滑移面的埋深情況。從本文及其它一些工程實(shí)例來看，該問題常常沒有引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視，其后果是在這種條件下設(shè)置的擋土墻基礎(chǔ)埋深偏淺，安全儲(chǔ)備較低。擋墻及邊坡的安全依靠合理的設(shè)計(jì)、精心的施工和優(yōu)良的質(zhì)量來保障。一旦出現(xiàn)墻后填土質(zhì)量不良、墻后及墻面排水系統(tǒng)失效、或水文氣象條件發(fā)生不利影響時(shí)，擋墻很容易出現(xiàn)因埋深過淺而抗滑能力不足，不能及時(shí)有效地阻止邊坡的變形發(fā)展，從而產(chǎn)生變形、滑移失穩(wěn)等，造成不必要的損失。

擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，除了應(yīng)滿足一般驗(yàn)算要求之外，要特別注意擋土墻位置處的地層條件、邊坡潛在滑移面的確定、及外部條件發(fā)生對(duì)工程不利的可能性、以及在不利條件下邊坡穩(wěn)定程度降低的可能性，綜合考慮這些因素后合理確定擋墻的基礎(chǔ)埋置深度，確保工程安全。

[1]GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].