深厚粘性土地層上重力式擋土墻基礎埋深問題探討

楊 煜

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610000)

1 問題的提出

擋土墻做為支擋結構在工程中普遍采用。通過對一些邊坡擋土墻工程事故的處理、分析歸納后，發(fā)現較普遍的問題是，在深厚的粘性土地層上，擋墻的基礎埋置深度往往偏淺，多數位于潛在的滑面之上或其附近。當外部條件出現不利因素后，擋墻因埋深不夠、支擋能力不足而發(fā)生變形失穩(wěn)。

2 工程實例

2.1 某500kV變電站南側擋墻變形

某500kV變電站位于山區(qū)，原地形為一斜坡，北高南低呈臺階狀，總體坡度為8°～12°。該變電站電壓等級較高，規(guī)模較大，南北方向的縱向長度約為240m。根據站內設計坡度及分階情況，工程建設后，在北側形成高約20m的挖方邊坡，南側形成約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～堅硬狀態(tài)，厚度為4m～8m，下伏基巖為砂巖、泥巖互層。

設計時，由于粘土工程性質較好，地基承載力較高，填土邊坡設計的支擋結構型式為折背式擋土墻，基礎持力層為粘土，基礎埋置深度為1.6m～2.0m，墻身露高為6m，斷面及幾何尺寸按國家建筑標準設計圖集選用。經驗算，地基承載力、抗滑移穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性均滿足相關規(guī)程、規(guī)范要求。

該變電站建成投運后，次年雨季來臨期間，擋土墻墻體出現了變形開裂，裂縫寬度約1cm～3cm，前后錯動約5cm～30cm，墻體鼓脹變形明顯，擋墻基礎出現水平位移約10cm～20cm；同時在擋墻前方地面發(fā)生鼓脹、隆起，隆起高度約10cm～20cm，并出現較密集不規(guī)則的橫向及豎向裂縫。受擋墻變形影響，墻后站內的構架及支架出現了傾斜，嚴重影響了變電站的正常運行，最終不得不停電進行處理。

2.2 某220kV變電站填土邊坡擋墻失穩(wěn)

某220kV變電站位于山區(qū)斜坡，變電站建設區(qū)域的地形坡度15°～20°，屬于半填半挖場地。場地平整后其西側位于填方區(qū)，填土厚度4m～5m，地層巖性為含碎石粉質粘土，硬塑～堅硬狀態(tài)，厚度一般為11m～18m，下伏石英砂巖。西側設計為直立式路肩擋土墻型式，墻身露高為5m，基礎埋置深度為1.3m～1.8m，斷面及幾何尺寸按國家建筑標準設計圖集選用。地基承載力、抗滑移穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性均滿足相關規(guī)程規(guī)范要求。

變電站建好投運半年后雨季來臨，擋土墻墻后土體出現了下沉，最大下沉量達到15cm，位于填土區(qū)域內的設備支架及構架出現了不同程度的下沉及傾斜，35kV配電房墻體也出現了裂縫，擋墻基礎向外側移動約8cm～16cm，墻體出現裂縫，墻前地面鼓脹、隆起，構架、支架的傾斜較大。

3 原因分析

通過對以上兩個工程實例的調查分析，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度指標；

(2)墻背濾水層施工質量差，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，當擋墻原設計條件發(fā)生變化及外部條件產生不利影響后，導致墻后填土水土壓力過大，基底土質軟化，抗滑移能力不足，發(fā)生了不同程度的滑移及傾覆變形，出現墻頂位錯和中下部外鼓。經方案比選，兩個工程均選擇了抗滑樁方案進行處理。

4 對設計的啟示

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

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

4.1 邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性計算

根據該填土邊坡及擋墻的變形特點及地層結構，對該邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性分析采用理正邊坡分析軟件，潛在的滑動面在土層內部，采用圓弧法進行計算。根據現場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，同時結合地面線及擋墻實際尺寸，以及工程建設后地面荷載情況，確定的計算剖面見圖1。

圖1 邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性計算剖面圖

計算工況選擇時，根據邊坡及擋墻的變形特點，結合實際地質情況，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、天然內摩擦角和天然粘聚力；暴雨工況采用飽和重度、飽和內摩擦角和飽和粘聚力。對計算參數的選取，采用本工程巖土工程勘察報告提供的試驗取值，具體取值見表1。

表1 計算參數取值

根據上述指標，計算成果見表2。

表2 計算成果

其典型的計算簡圖見圖2。

圖2 邊坡及擋墻整體穩(wěn)定性計算結果簡圖

4.2 計算結果分析

從表2及圖2可以看出，在天然狀態(tài)下，邊坡穩(wěn)定系數較高，穩(wěn)定性較好；在暴雨工況下，邊坡穩(wěn)定系數在0.996～1.113之間，處于基本穩(wěn)定至不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)。同時從現場的地表、構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，擋墻的基礎埋置深度成為關鍵。如采用較淺的基礎埋深，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，如采用較大的基礎埋深，將基礎置入穩(wěn)定的地層，則在邊坡變形的初期階段可通過基礎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 結論

對于深厚粘性土邊坡，在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性較好的情況下，設置支擋結構物時，如果選用重力式擋墻，除了要驗算地基承載力、結構物強度、抗滑移穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性以外，還應特別重視在設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例來看，該問題常常沒有引起設計人員的足夠重視，其后果是在這種條件下設置的擋土墻基礎埋深偏淺，安全儲備較低。擋墻及邊坡的安全依靠合理的設計、精心的施工和優(yōu)良的質量來保障。一旦出現墻后填土質量不良、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，擋墻很容易出現因埋深過淺而抗滑能力不足，不能及時有效地阻止邊坡的變形發(fā)展，從而產生變形、滑移失穩(wěn)等，造成不必要的損失。

擋土墻設計時，除了應滿足一般驗算要求之外，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埋置深度，確保工程安全。

[1]GB50007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[2]GB50330-2002，建筑邊坡工程技術規(guī)范[S].