某變電站護(hù)坡現(xiàn)存缺陷原因及危害分析

許家文 侯晉杰 趙 星

(山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001)

1 工程概況

某變電站站外南側(cè)、西南側(cè)以及東南側(cè)均為挖方場(chǎng)地，其余為填方場(chǎng)地，站外場(chǎng)地地勢(shì)大致呈南高北低狀，站內(nèi)地形平坦，護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式為四級(jí)漿砌片石護(hù)坡，護(hù)坡建設(shè)于2008年。

2014年時(shí)變電站工作人員發(fā)現(xiàn)站外漿砌片石護(hù)坡上出現(xiàn)不同程度的水平向開裂、局部外鼓等現(xiàn)象，其中以變電站線路二級(jí)塔基礎(chǔ)2北側(cè)的四級(jí)漿砌片石護(hù)坡最為嚴(yán)重，截至2018年年末，開裂和外鼓現(xiàn)象仍未停止發(fā)展。

由于護(hù)坡緊鄰變電站圍墻，護(hù)坡的開裂、損壞極有可能造成邊坡產(chǎn)生滑移、塌方等災(zāi)害，對(duì)變電站站內(nèi)的運(yùn)營及生產(chǎn)有重大安全隱患。為保證邊坡的安全，消除對(duì)站內(nèi)生產(chǎn)及運(yùn)營的安全隱患，相關(guān)單位委托檢測(cè)鑒定單位對(duì)護(hù)坡表觀缺陷最嚴(yán)重的南側(cè)西段的四階漿砌片石護(hù)坡進(jìn)行檢測(cè)鑒定，分析護(hù)坡現(xiàn)存缺陷的成因、危害，并提出相應(yīng)的處理建議。表觀缺陷最嚴(yán)重的護(hù)坡區(qū)域如圖1所示。

該變電站站外南側(cè)西段邊坡為挖方場(chǎng)地邊坡，各級(jí)護(hù)坡長度向上總體逐漸收斂。其中第一級(jí)護(hù)坡坡腳長約97 m，坡頂長約115 m；第二級(jí)護(hù)坡坡腳長約75 m，坡頂長約63 m；第三級(jí)護(hù)坡坡腳長約61 m，坡頂長約50 m；第四級(jí)護(hù)坡坡腳長約46 m，坡頂長約28 m。第一級(jí)護(hù)坡東西兩側(cè)的相鄰邊坡亦采用漿砌片石護(hù)坡砌筑而成，第二、三級(jí)護(hù)坡東西兩側(cè)相鄰邊坡采用漿砌片石拱形骨架護(hù)坡，最高的第四級(jí)護(hù)坡東西兩側(cè)無其他邊坡。

查閱原設(shè)計(jì)資料，變電站站外南側(cè)西段四階漿砌片石護(hù)坡及過渡平臺(tái)采用M10水泥砂漿及MU35片石砌筑，并用M15水泥砂漿勾縫。第一、二級(jí)護(hù)坡設(shè)計(jì)坡度1∶1；第三級(jí)護(hù)坡設(shè)計(jì)坡度1∶0.93；第四級(jí)護(hù)坡設(shè)計(jì)坡度1∶0.74。各級(jí)護(hù)坡坡面砌筑的片石厚度均為300 mm，坡頂砌筑的片石厚度均為500 mm。除第四級(jí)坡頂場(chǎng)地應(yīng)鋪設(shè)600 mm厚3∶7灰土層隔水層外，其余各級(jí)坡頂均為原土層。

2 護(hù)坡現(xiàn)狀檢測(cè)

為充分調(diào)查了解護(hù)坡的現(xiàn)狀，通過對(duì)護(hù)坡現(xiàn)存缺陷檢測(cè)、護(hù)坡內(nèi)空洞情況檢測(cè)、護(hù)坡砌筑材料的強(qiáng)度檢測(cè)等，分析缺陷產(chǎn)生的原因。

2.1 護(hù)坡現(xiàn)存缺陷檢測(cè)情況

護(hù)坡現(xiàn)存缺陷檢測(cè)主要包括對(duì)護(hù)坡泄水孔間距量測(cè)、護(hù)坡漿砌片石厚度量測(cè)、第四級(jí)護(hù)坡頂平臺(tái)隔水層厚度量測(cè)、護(hù)坡外觀空洞檢查、護(hù)坡外觀質(zhì)量檢測(cè)、泄水孔檢查等。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)護(hù)坡泄水孔實(shí)際布置滿足設(shè)計(jì)要求；護(hù)坡實(shí)際漿砌片石厚度小于設(shè)計(jì)厚度，厚度偏薄處主要集中于各級(jí)過渡平臺(tái)上，平均偏差為-100 mm，最大偏差位于第四級(jí)護(hù)坡頂為-300 mm；第四級(jí)護(hù)坡頂平臺(tái)隔水層設(shè)計(jì)厚度600 mm，為3∶7灰土，實(shí)際為300 mm厚的灰土，且土質(zhì)較為松散，隔水層已失效；各階護(hù)坡上存在大量的近水平裂縫，護(hù)坡投影裂縫示意圖如圖2所示，裂縫描述見表1。

表1 各級(jí)護(hù)坡裂縫描述

將護(hù)坡頂過渡平臺(tái)局部鑿開后，發(fā)現(xiàn)第二～第四臺(tái)級(jí)護(hù)坡多數(shù)探井漿砌片石下方土體存在因土體流失而形成的空洞。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步量測(cè)，空洞最深處約為2 m?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第二、三、四級(jí)護(hù)坡頂過渡平臺(tái)漿砌片石下方空洞較為嚴(yán)重，第一級(jí)護(hù)坡未發(fā)現(xiàn)明顯空洞。

檢測(cè)時(shí)恰逢降雨天氣，雨后對(duì)各級(jí)護(hù)坡泄水孔排水情況進(jìn)行了普查，多數(shù)泄水孔未有排水痕跡；個(gè)別有排水痕跡的泄水孔下方或裂縫下方的護(hù)坡頂過渡平臺(tái)與護(hù)坡坡面交接處存在粒徑較小的泥土堆積情況。

2.2 護(hù)坡內(nèi)空洞情況檢測(cè)

2.2.1護(hù)坡頂過渡平臺(tái)空洞探查

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用GSSI SIR3000便攜式地質(zhì)雷達(dá)，對(duì)該護(hù)坡各級(jí)護(hù)坡頂過渡平臺(tái)場(chǎng)地進(jìn)行了空洞探查。探查結(jié)果顯示，各級(jí)護(hù)坡頂過渡平臺(tái)漿砌片石下方均存在不同程度的土體疏松或空洞，以第二、三、四級(jí)護(hù)坡頂過渡平臺(tái)存在嚴(yán)重空洞，第一級(jí)護(hù)坡頂過渡平臺(tái)存在輕微空洞，這與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)肉眼可見的空洞情況和嚴(yán)重程度相符。正常部位探查結(jié)果如圖3所示，存在空洞部位探查結(jié)果如圖4所示。

2.2.2護(hù)坡坡面空洞探查

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，受現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件限制，采用GSSI SIR3000便攜式地質(zhì)雷達(dá)，對(duì)各級(jí)護(hù)坡底部和頂部0 m～1.5 m部位進(jìn)行了空洞探查。探查結(jié)果顯示，所檢測(cè)位置的護(hù)坡漿砌片石下方均存在不同程度的土體疏松或空洞，以第二級(jí)護(hù)坡和第三級(jí)護(hù)坡最為嚴(yán)重，第四、一級(jí)護(hù)坡次之，這與現(xiàn)場(chǎng)所檢測(cè)各級(jí)護(hù)坡開裂情況的嚴(yán)重程度相符。第二級(jí)護(hù)坡底部地質(zhì)雷達(dá)探查結(jié)果如圖5所示。

2.3 護(hù)坡砌筑材料強(qiáng)度檢測(cè)情況

本次材料強(qiáng)度檢測(cè)主要包括：石材抗壓強(qiáng)度檢測(cè)和砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

1)石材抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)采用人工開鑿的方法在各級(jí)護(hù)坡的漿砌片石上分別隨機(jī)鑿取完整的片石6塊，共計(jì)24塊，經(jīng)切割機(jī)切割成標(biāo)準(zhǔn)試件，采用HEY-2000壓力試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)GB/T 14685—2011建設(shè)用卵石、碎石[1]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合評(píng)價(jià)護(hù)坡所用石材的抗壓強(qiáng)度。

經(jīng)查閱該護(hù)坡設(shè)計(jì)文件得到，護(hù)坡片石的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為MU35，而實(shí)際檢測(cè)的片石抗壓強(qiáng)度最小值為65 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

2)砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

在護(hù)坡上隨機(jī)抽取10個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)取4 kg砌筑砂漿，帶回試驗(yàn)室采用筒壓法對(duì)砌筑砂漿的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。依據(jù)GB/T 50315—2011[2]砌體工程現(xiàn)場(chǎng)振測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定采用筒壓法進(jìn)行砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合評(píng)價(jià)護(hù)坡所用砌筑砂漿的抗壓強(qiáng)度。

經(jīng)查閱該護(hù)坡設(shè)計(jì)文件得到，護(hù)坡砌筑砂漿為水泥砂漿，砂漿的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為M10，而實(shí)際檢測(cè)的砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度推定值為18.8 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 護(hù)坡缺陷成因及危害分析

3.1 護(hù)坡缺陷成因分析

雨季時(shí)，由于第四級(jí)頂平臺(tái)隔水層施工質(zhì)量較差，隔水效果基本失效，且多數(shù)泄水孔已失效，因此造成外界降水不斷下滲至護(hù)坡土體內(nèi)，不能通過泄水孔將其排出。土體受水后，土體含水率增加，摩擦系數(shù)降低，土體流動(dòng)性增加，塑性降低，土體產(chǎn)生流動(dòng)變形，土體向外產(chǎn)生擠壓。當(dāng)土體對(duì)護(hù)坡的擠壓力大于漿砌片石自身抗拉強(qiáng)度時(shí)，即在護(hù)坡薄弱位置開裂，裂縫表現(xiàn)為裂縫上部護(hù)坡向外凸出。受應(yīng)力集中影響，護(hù)坡開裂后，裂縫沿該裂縫繼續(xù)發(fā)展，表現(xiàn)為沿護(hù)坡表面呈水平貫通狀。護(hù)坡開裂后，裂縫上部護(hù)坡在裂縫處無有效連接，下部支撐點(diǎn)承載不足，受自身重力影響而向下產(chǎn)生位移。裂縫上部護(hù)坡與護(hù)坡頂過渡平臺(tái)相連，裂縫上部護(hù)坡向下移動(dòng)時(shí)拖拽過渡平臺(tái)也向下移動(dòng)，當(dāng)拉力大于兩者連接的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即在連接處開裂；當(dāng)拉力大于過渡平臺(tái)漿砌片石與下方土體摩擦力時(shí)，過渡平臺(tái)即向外產(chǎn)生位移。

該護(hù)坡漿砌片石下方空洞主要存在于第四級(jí)護(hù)坡過渡平臺(tái)、第四級(jí)護(hù)坡坡面、第三級(jí)護(hù)坡過渡平臺(tái)、第三級(jí)護(hù)坡坡面、第二級(jí)護(hù)坡過渡平臺(tái)、第二級(jí)護(hù)坡坡面、第一級(jí)護(hù)坡過渡平臺(tái)。

出現(xiàn)空洞的原因主要為以下幾方面：

1)護(hù)坡開裂后，滲水沿漿砌片石與邊坡土體間縫隙向下滲流，加之泄水孔堵塞、失效，滲水通過裂縫處排出，滲水逐漸帶走土體中的細(xì)小顆粒，長此以往，形成局部空洞。

2)各級(jí)護(hù)坡漿砌片石表面較為粗糙，且表面勾縫部分已脫落、失效，砌筑砂漿與片石粘結(jié)部位存在大量細(xì)小孔洞，外界降水亦會(huì)通過細(xì)小孔洞進(jìn)入護(hù)坡內(nèi)，從而產(chǎn)生滲流，形成局部空洞。

3)護(hù)坡多數(shù)泄水孔反濾層失效，外界降水后滲流夾帶土體中的細(xì)小顆粒從泄水孔排出，形成局部空洞。

3.2 護(hù)坡現(xiàn)狀缺陷危害分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)裂縫還處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)。護(hù)坡上存在的裂縫寬度較大，多數(shù)裂縫處已生長出大量植被，植被的存在會(huì)使?jié){砌片石下方土體更為松散，雨季時(shí)加劇護(hù)坡內(nèi)土體流失，從而加劇空洞和裂縫的發(fā)展。護(hù)坡空洞的存在會(huì)加劇護(hù)坡下側(cè)土體流失，從而形成惡性循環(huán)，加劇裂縫的發(fā)展。當(dāng)局部空洞連成大面積空洞時(shí)，上部漿砌片石護(hù)坡與下部土體接觸面積減小，兩者間摩阻力進(jìn)一步減小，最終隨著空洞范圍逐漸增大，摩阻力不能有效抵抗?jié){砌片石自重作用而出現(xiàn)護(hù)坡整體滑落，造成較大的安全事故。

4 結(jié)語

變電站的選址一般位于人煙稀少、較為空曠的開闊場(chǎng)地，在山區(qū)內(nèi)建立變電站由于場(chǎng)地限制需進(jìn)行挖方或填方，因此護(hù)坡成為變電站中重要的“防護(hù)措施”。護(hù)坡的作用是穩(wěn)定邊坡，避免邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡等較為嚴(yán)重的事故，因此施工單位在進(jìn)行護(hù)坡施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照按圖施工，避免“因小失大”，業(yè)主單位在使用過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)護(hù)坡的檢查，尤其是在雨季，定期對(duì)護(hù)坡進(jìn)行維護(hù)和微小破損修復(fù)，避免出現(xiàn)安全事故。