云南某變電站膨脹土邊坡變形機制與防治措施研究

金艷麗 黃小華

（廣西大學 土木建筑工程學院 工程防災與結構安全教育部重點實驗室， 廣西 南寧 530004）

0 引言

膨脹土是一種多裂隙并具有顯著脹縮性的土。它在我國分布均很廣，對各類工程建設具有特殊的危害作用，如地基隆起、路基開裂、邊坡失穩等。研究表明膨脹土滑坡與非飽和膨脹土中強烈的水土相互作用密切相關。在干濕季節交替過程中，邊坡中的非飽和土體不斷與大氣之間發生水分交換。在水分不斷變化過程中，膨脹土表現出它固有的吸水膨脹和干縮開裂特性，導致邊坡土體中應力狀態、變形、滲透性能等發生變化，并逐漸向不利于邊坡穩定的方向發展，最后導致滑坡[1-4]。

本文以云南某變電站膨脹土填土邊坡為例，在現場調查和室內試驗的基礎上，分析了填土邊坡擋土墻開裂變形的原因，提出了合理有效的加固方案，最后給出了膨脹土邊坡治理有關的建設性意見。

1 地質概況

變電站站址位于云南省彌渡縣。大區域地貌類型為低中山構造谷地地貌，站址微地貌為堆積緩坡，地勢西高東低。站址東側為河流階地，地勢平坦開闊，現為旱地。地層自上而下主要有軟塑～可塑狀粉質粘土③1、硬塑粉質粘土③2、 硬塑狀粘土⑥和基巖砂巖。地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水，前者賦存于粘性土中。本次鉆探揭露地下水潛水埋藏較淺，對基礎設計及基礎施工有影響。

2 變形特點及成因機制

站址場地平整施工過程中，東側填方區已建高約8.6m的擋土墻，墻頂填土面發現向臨空方向產生開裂變形，拉伸裂縫寬度最大約80mm。擋土墻過大變形，可能影響到其整體穩定。經分析，擋土墻的位移過大原因與土的膨脹性有關，經研究需對該擋土墻進行加固處理。

經過補充勘察取樣進行試驗，粉質黏土③1、③2自由膨脹率指標δef=37%～58%，按照膨脹土國家標準可初步判定二者均為為弱膨脹潛勢土，這也是原勘察報告給出的結論。但現場調查發現，膨脹土干縮裂隙特別發育，附近的農舍房屋和蓄水池開裂變形嚴重，這些現象與廣西中等膨脹土特征非常相似。廣西膨脹土地方標準中膨脹土脹縮等級是依據脹縮總率和自由膨脹率來確定的，而本次勘察是依據國家標準自由膨脹率來判斷的，并未取得脹縮總率。故結合現場實際情況綜合判定粉質黏土③1、③2為中等膨脹土。

現場調查發現如下問題：1)墻后填土大部分為未經過處理具有中等膨脹性粉質黏土，規范明確規定，未經處理的膨脹土不能直接作為填料；2）設計圖紙顯示擋土墻基地放置在軟塑的粉質粘土③1上，具有中等脹縮性，且該地段地下水位埋深淺，受地下水位影響大，易發生淺層滑動；3）墻頂設置排水溝非常不利，因為漿砌片石排水溝很容易開裂，容易發生滲漏墻底積水，危及擋土墻的穩定性，建議墻頂排水溝做防滲處理；4）場地西高東低，雨水順著坡面自西向東匯聚，應及時在西側設置好截排水系統，防止雨水大面積侵入坡體內部。由此可知，降雨入滲膨脹土邊坡，土體含水量減小，基質吸力降低，從而土體抗剪強度降低；另一方面，土體吸濕膨脹產生很大的膨脹力，大大增加了主動土壓力。在干濕季節交替循環作用下，土體的強度指標隨著循環次數的增加亦大幅度衰減，特別是粘聚力減小很多。土體強度的降低和墻后膨脹力的增加這雙重效應是該膨脹土填土邊坡擋土墻開裂變形的直接原因。

3 支護方案

本加固工程主要考慮幾個因素： 1）已建擋土墻地基土具有中等膨脹性，且該地段地下水位埋深淺，受地下水位影響大，易發生淺層滑動，設計要充分考慮支護結構的整體穩定性，保證支護結構各項設計計算滿足規范要求；2）已建擋土墻變形，但沒有整體滑動，設計方案及施工工藝應不引起擋土墻的進一步變形。充分考慮以上不利因素，根據重塑飽和膨脹土的強度指標，首先對已建擋土墻進行的各項設計驗算，包括墻身截面強度、抗滑移、抗傾覆及承載力及變形等，尤其驗算了擋土墻沿基底下面的軟塑粉質黏土的深層滑移穩定性，表明深層抗滑穩定系數 Ks=1.015，處于極限平衡狀態，如后續降雨則有失穩的可能性。綜合考慮現場條件及造價因素，最終采用抗滑樁加固方案。典型斷面圖見圖1. 抗滑樁沿擋土墻外側設置，樁頂伸出地面至墻高的2/3處，以保證下滑力更好的傳遞到樁身上；樁端必須錨固于大氣影響急劇深度以下的硬塑土層中。地面以上樁身與墻體之間插鋼筋條并澆筑混凝土連接。

4 結論與建議

1）通過現場調查和室內試驗綜合判定粉質黏土③1、③2為中等膨脹土，未經處理直接用作墻后填料。降雨入滲使得土體抗剪強度降低，吸濕膨脹產生的膨脹力增加了主動土壓力，這雙重效應是該膨脹土填土邊坡擋土墻變形的內在因素；

2）對膨脹土的判定應采用綜合判定原則，即自由膨脹率+工程地質特征+房屋開裂破壞形態。在國家標準的基礎上，還應結合地方標準。這樣得出的結論更加符合實際情況；

3）季節性干濕循環誘發的復雜土水相互作用是導致膨脹土邊坡失穩的重要原因。因此能有效減弱大氣干濕循環對淺層膨脹土作用的工程措施是最有效的滑坡防治措施之一。故做好地表地下排水系統，對坡面進行合理綠化，涵養場地土的水分，均是行之有效的防治措施。