云南某变电站膨胀土边坡变形机制与防治措施研究

时间：2024-07-28

金艳丽黄小华

（广西大学土木建筑工程学院工程防灾与结构安全教育部重点实验室，广西南宁 530004）

0 引言

膨胀土是一种多裂隙并具有显著胀缩性的土。它在我国分布均很广，对各类工程建设具有特殊的危害作用，如地基隆起、路基开裂、边坡失稳等。研究表明膨胀土滑坡与非饱和膨胀土中强烈的水土相互作用密切相关。在干湿季节交替过程中，边坡中的非饱和土体不断与大气之间发生水分交换。在水分不断变化过程中，膨胀土表现出它固有的吸水膨胀和干缩开裂特性，导致边坡土体中应力状态、变形、渗透性能等发生变化，并逐渐向不利于边坡稳定的方向发展，最后导致滑坡[1-4]。

本文以云南某变电站膨胀土填土边坡为例，在现场调查和室内试验的基础上，分析了填土边坡挡土墙开裂变形的原因，提出了合理有效的加固方案，最后给出了膨胀土边坡治理有关的建设性意见。

1 地质概况

变电站站址位于云南省弥渡县。大区域地貌类型为低中山构造谷地地貌，站址微地貌为堆积缓坡，地势西高东低。站址东侧为河流阶地，地势平坦开阔，现为旱地。地层自上而下主要有软塑～可塑状粉质粘土③1、硬塑粉质粘土③2、硬塑状粘土⑥和基岩砂岩。地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水，前者赋存于粘性土中。本次钻探揭露地下水潜水埋藏较浅，对基础设计及基础施工有影响。

2 变形特点及成因机制

站址场地平整施工过程中，东侧填方区已建高约8.6m的挡土墙，墙顶填土面发现向临空方向产生开裂变形，拉伸裂缝宽度最大约80mm。挡土墙过大变形，可能影响到其整体稳定。经分析，挡土墙的位移过大原因与土的膨胀性有关，经研究需对该挡土墙进行加固处理。

经过补充勘察取样进行试验，粉质黏土③1、③2自由膨胀率指标δef=37%～58%，按照膨胀土国家标准可初步判定二者均为为弱膨胀潜势土，这也是原勘察报告给出的结论。但现场调查发现，膨胀土干缩裂隙特别发育，附近的农舍房屋和蓄水池开裂变形严重，这些现象与广西中等膨胀土特征非常相似。广西膨胀土地方标准中膨胀土胀缩等级是依据胀缩总率和自由膨胀率来确定的，而本次勘察是依据国家标准自由膨胀率来判断的，并未取得胀缩总率。故结合现场实际情况综合判定粉质黏土③1、③2为中等膨胀土。

现场调查发现如下问题：1)墙后填土大部分为未经过处理具有中等膨胀性粉质黏土，规范明确规定，未经处理的膨胀土不能直接作为填料；2）设计图纸显示挡土墙基地放置在软塑的粉质粘土③1上，具有中等胀缩性，且该地段地下水位埋深浅，受地下水位影响大，易发生浅层滑动；3）墙顶设置排水沟非常不利，因为浆砌片石排水沟很容易开裂，容易发生渗漏墙底积水，危及挡土墙的稳定性，建议墙顶排水沟做防渗处理；4）场地西高东低，雨水顺着坡面自西向东汇聚，应及时在西侧设置好截排水系统，防止雨水大面积侵入坡体内部。由此可知，降雨入渗膨胀土边坡，土体含水量减小，基质吸力降低，从而土体抗剪强度降低；另一方面，土体吸湿膨胀产生很大的膨胀力，大大增加了主动土压力。在干湿季节交替循环作用下，土体的强度指标随着循环次数的增加亦大幅度衰减，特别是粘聚力减小很多。土体强度的降低和墙后膨胀力的增加这双重效应是该膨胀土填土边坡挡土墙开裂变形的直接原因。

3 支护方案

本加固工程主要考虑几个因素： 1）已建挡土墙地基土具有中等膨胀性，且该地段地下水位埋深浅，受地下水位影响大，易发生浅层滑动，设计要充分考虑支护结构的整体稳定性，保证支护结构各项设计计算满足规范要求；2）已建挡土墙变形，但没有整体滑动，设计方案及施工工艺应不引起挡土墙的进一步变形。充分考虑以上不利因素，根据重塑饱和膨胀土的强度指标，首先对已建挡土墙进行的各项设计验算，包括墙身截面强度、抗滑移、抗倾覆及承载力及变形等，尤其验算了挡土墙沿基底下面的软塑粉质黏土的深层滑移稳定性，表明深层抗滑稳定系数 Ks=1.015，处于极限平衡状态，如后续降雨则有失稳的可能性。综合考虑现场条件及造价因素，最终采用抗滑桩加固方案。典型断面图见图1. 抗滑桩沿挡土墙外侧设置，桩顶伸出地面至墙高的2/3处，以保证下滑力更好的传递到桩身上；桩端必须锚固于大气影响急剧深度以下的硬塑土层中。地面以上桩身与墙体之间插钢筋条并浇筑混凝土连接。