深厚粘性土地层上重力式挡土墙基础埋深问题探讨

杨 煜

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610000)

1 问题的提出

挡土墙做为支挡结构在工程中普遍采用。通过对一些边坡挡土墙工程事故的处理、分析归纳后，发现较普遍的问题是，在深厚的粘性土地层上，挡墙的基础埋置深度往往偏浅，多数位于潜在的滑面之上或其附近。当外部条件出现不利因素后，挡墙因埋深不够、支挡能力不足而发生变形失稳。

2 工程实例

2.1 某500kV变电站南侧挡墙变形

某500kV变电站位于山区，原地形为一斜坡，北高南低呈台阶状，总体坡度为8°～12°。该变电站电压等级较高，规模较大，南北方向的纵向长度约为240m。根据站内设计坡度及分阶情况，工程建设后，在北侧形成高约20m的挖方边坡，南侧形成约7m～8m高的填方边坡。

变电站地层岩性主要为坡洪积粘土，呈硬塑～坚硬状态，厚度为4m～8m，下伏基岩为砂岩、泥岩互层。

设计时，由于粘土工程性质较好，地基承载力较高，填土边坡设计的支挡结构型式为折背式挡土墙，基础持力层为粘土，基础埋置深度为1.6m～2.0m，墙身露高为6m，断面及几何尺寸按国家建筑标准设计图集选用。经验算，地基承载力、抗滑移稳定性及抗倾覆稳定性均满足相关规程、规范要求。

该变电站建成投运后，次年雨季来临期间，挡土墙墙体出现了变形开裂，裂缝宽度约1cm～3cm，前后错动约5cm～30cm，墙体鼓胀变形明显，挡墙基础出现水平位移约10cm～20cm；同时在挡墙前方地面发生鼓胀、隆起，隆起高度约10cm～20cm，并出现较密集不规则的横向及竖向裂缝。受挡墙变形影响，墙后站内的构架及支架出现了倾斜，严重影响了变电站的正常运行，最终不得不停电进行处理。

2.2 某220kV变电站填土边坡挡墙失稳

某220kV变电站位于山区斜坡，变电站建设区域的地形坡度15°～20°，属于半填半挖场地。场地平整后其西侧位于填方区，填土厚度4m～5m，地层岩性为含碎石粉质粘土，硬塑～坚硬状态，厚度一般为11m～18m，下伏石英砂岩。西侧设计为直立式路肩挡土墙型式，墙身露高为5m，基础埋置深度为1.3m～1.8m，断面及几何尺寸按国家建筑标准设计图集选用。地基承载力、抗滑移稳定性及抗倾覆稳定性均满足相关规程规范要求。

变电站建好投运半年后雨季来临，挡土墙墙后土体出现了下沉，最大下沉量达到15cm，位于填土区域内的设备支架及构架出现了不同程度的下沉及倾斜，35kV配电房墙体也出现了裂缝，挡墙基础向外侧移动约8cm～16cm，墙体出现裂缝，墙前地面鼓胀、隆起，构架、支架的倾斜较大。

3 原因分析

通过对以上两个工程实例的调查分析，造成挡墙失稳的直接原因主要有：

(1)墙后回填土密实程度差，雨季雨水容易渗入，造成墙后土体处于饱和状态，降低了土体的抗剪强度指标；

(2)墙背滤水层施工质量差，甚至完全没有，且墙面泄水孔大多堵塞，排水不畅，随着墙后积水水位升高，形成较大的水土压力；

墙后积水下渗后，浸泡软化挡墙基底粘性土，降低其抗摩擦能力，造成其抗滑能力不足。

综合这些因素，可以看出，当挡墙原设计条件发生变化及外部条件产生不利影响后，导致墙后填土水土压力过大，基底土质软化，抗滑移能力不足，发生了不同程度的滑移及倾覆变形，出现墙顶位错和中下部外鼓。经方案比选，两个工程均选择了抗滑桩方案进行处理。

4 对设计的启示

以上两个工程实例中，虽然挡墙变形的原因主要是原设计条件发生了变化及施工质量问题所引起，但从设计角度而言，在这种深厚的粘性土地层上，对重力式挡墙这种支挡型式，其基础埋置深度问题很有探讨的必要。

以上两实例，地层条件及挡墙基础埋置深度均相差不大，最后导致变形失稳的现象及状况也基本一致，故下面主要以500kV变电站工程实例来具体分析说明。

4.1 边坡及挡墙整体稳定性计算

根据该填土边坡及挡墙的变形特点及地层结构，对该边坡及挡墙整体稳定性分析采用理正边坡分析软件，潜在的滑动面在土层内部，采用圆弧法进行计算。根据现场地面隆起及墙后变形的延伸部位，确定剪出口及潜在滑移范围后缘的位置，同时结合地面线及挡墙实际尺寸，以及工程建设后地面荷载情况，确定的计算剖面见图1。

图1 边坡及挡墙整体稳定性计算剖面图

计算工况选择时，根据边坡及挡墙的变形特点，结合实际地质情况，选择天然工况(自重)及暴雨工况(自重+暴雨+地下水)二种形式。其中天然工况采用天然重度、天然内摩擦角和天然粘聚力；暴雨工况采用饱和重度、饱和内摩擦角和饱和粘聚力。对计算参数的选取，采用本工程岩土工程勘察报告提供的试验取值，具体取值见表1。

表1 计算参数取值

根据上述指标，计算成果见表2。

表2 计算成果

其典型的计算简图见图2。

图2 边坡及挡墙整体稳定性计算结果简图

4.2 计算结果分析

从表2及图2可以看出，在天然状态下，边坡稳定系数较高，稳定性较好；在暴雨工况下，边坡稳定系数在0.996～1.113之间，处于基本稳定至不稳定的临界状态。同时从现场的地表、构筑物及挡墙的变形特征来看，坡体处于蠕变及变形积累阶段，完整贯通的滑移面并没有形成，边坡正处于滑坡发展的初期阶段，在这种情况下，挡墙的基础埋置深度成为关键。如采用较浅的基础埋深，将不能有效阻止边坡变形破坏的继续发展，最终必将发展成滑坡；相反地，如采用较大的基础埋深，将基础置入稳定的地层，则在边坡变形的初期阶段可通过基础将上部水平方向的力传入下部稳定地层中，从而有效阻止变形的继续发展，边坡及挡墙失稳的可能性明显地降低。

5 结论

对于深厚粘性土边坡，在天然状态下稳定性较好的情况下，设置支挡结构物时，如果选用重力式挡墙，除了要验算地基承载力、结构物强度、抗滑移稳定性及抗倾覆稳定性以外，还应特别重视在设置挡土墙位置处的潜在滑移面的埋深情况。从本文及其它一些工程实例来看，该问题常常没有引起设计人员的足够重视，其后果是在这种条件下设置的挡土墙基础埋深偏浅，安全储备较低。挡墙及边坡的安全依靠合理的设计、精心的施工和优良的质量来保障。一旦出现墙后填土质量不良、墙后及墙面排水系统失效、或水文气象条件发生不利影响时，挡墙很容易出现因埋深过浅而抗滑能力不足，不能及时有效地阻止边坡的变形发展，从而产生变形、滑移失稳等，造成不必要的损失。

挡土墙设计时，除了应满足一般验算要求之外，要特别注意挡土墙位置处的地层条件、边坡潜在滑移面的确定、及外部条件发生对工程不利的可能性、以及在不利条件下边坡稳定程度降低的可能性，综合考虑这些因素后合理确定挡墙的基础埋置深度，确保工程安全。

[1]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[2]GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].