某变电站护坡现存缺陷原因及危害分析

许家文 侯晋杰 赵 星

(山西省建筑科学研究院有限公司，山西 太原 030001)

1 工程概况

某变电站站外南侧、西南侧以及东南侧均为挖方场地，其余为填方场地，站外场地地势大致呈南高北低状，站内地形平坦，护坡结构形式为四级浆砌片石护坡，护坡建设于2008年。

2014年时变电站工作人员发现站外浆砌片石护坡上出现不同程度的水平向开裂、局部外鼓等现象，其中以变电站线路二级塔基础2北侧的四级浆砌片石护坡最为严重，截至2018年年末，开裂和外鼓现象仍未停止发展。

由于护坡紧邻变电站围墙，护坡的开裂、损坏极有可能造成边坡产生滑移、塌方等灾害，对变电站站内的运营及生产有重大安全隐患。为保证边坡的安全，消除对站内生产及运营的安全隐患，相关单位委托检测鉴定单位对护坡表观缺陷最严重的南侧西段的四阶浆砌片石护坡进行检测鉴定，分析护坡现存缺陷的成因、危害，并提出相应的处理建议。表观缺陷最严重的护坡区域如图1所示。

该变电站站外南侧西段边坡为挖方场地边坡，各级护坡长度向上总体逐渐收敛。其中第一级护坡坡脚长约97 m，坡顶长约115 m；第二级护坡坡脚长约75 m，坡顶长约63 m；第三级护坡坡脚长约61 m，坡顶长约50 m；第四级护坡坡脚长约46 m，坡顶长约28 m。第一级护坡东西两侧的相邻边坡亦采用浆砌片石护坡砌筑而成，第二、三级护坡东西两侧相邻边坡采用浆砌片石拱形骨架护坡，最高的第四级护坡东西两侧无其他边坡。

查阅原设计资料，变电站站外南侧西段四阶浆砌片石护坡及过渡平台采用M10水泥砂浆及MU35片石砌筑，并用M15水泥砂浆勾缝。第一、二级护坡设计坡度1∶1；第三级护坡设计坡度1∶0.93；第四级护坡设计坡度1∶0.74。各级护坡坡面砌筑的片石厚度均为300 mm，坡顶砌筑的片石厚度均为500 mm。除第四级坡顶场地应铺设600 mm厚3∶7灰土层隔水层外，其余各级坡顶均为原土层。

2 护坡现状检测

为充分调查了解护坡的现状，通过对护坡现存缺陷检测、护坡内空洞情况检测、护坡砌筑材料的强度检测等，分析缺陷产生的原因。

2.1 护坡现存缺陷检测情况

护坡现存缺陷检测主要包括对护坡泄水孔间距量测、护坡浆砌片石厚度量测、第四级护坡顶平台隔水层厚度量测、护坡外观空洞检查、护坡外观质量检测、泄水孔检查等。通过检测发现护坡泄水孔实际布置满足设计要求；护坡实际浆砌片石厚度小于设计厚度，厚度偏薄处主要集中于各级过渡平台上，平均偏差为-100 mm，最大偏差位于第四级护坡顶为-300 mm；第四级护坡顶平台隔水层设计厚度600 mm，为3∶7灰土，实际为300 mm厚的灰土，且土质较为松散，隔水层已失效；各阶护坡上存在大量的近水平裂缝，护坡投影裂缝示意图如图2所示，裂缝描述见表1。

表1 各级护坡裂缝描述

将护坡顶过渡平台局部凿开后，发现第二～第四台级护坡多数探井浆砌片石下方土体存在因土体流失而形成的空洞。经现场初步量测，空洞最深处约为2 m。现场对比发现，第二、三、四级护坡顶过渡平台浆砌片石下方空洞较为严重，第一级护坡未发现明显空洞。

检测时恰逢降雨天气，雨后对各级护坡泄水孔排水情况进行了普查，多数泄水孔未有排水痕迹；个别有排水痕迹的泄水孔下方或裂缝下方的护坡顶过渡平台与护坡坡面交接处存在粒径较小的泥土堆积情况。

2.2 护坡内空洞情况检测

2.2.1护坡顶过渡平台空洞探查

现场检测采用GSSI SIR3000便携式地质雷达，对该护坡各级护坡顶过渡平台场地进行了空洞探查。探查结果显示，各级护坡顶过渡平台浆砌片石下方均存在不同程度的土体疏松或空洞，以第二、三、四级护坡顶过渡平台存在严重空洞，第一级护坡顶过渡平台存在轻微空洞，这与现场检测时肉眼可见的空洞情况和严重程度相符。正常部位探查结果如图3所示，存在空洞部位探查结果如图4所示。

2.2.2护坡坡面空洞探查

现场检测时，受现场检测条件限制，采用GSSI SIR3000便携式地质雷达，对各级护坡底部和顶部0 m～1.5 m部位进行了空洞探查。探查结果显示，所检测位置的护坡浆砌片石下方均存在不同程度的土体疏松或空洞，以第二级护坡和第三级护坡最为严重，第四、一级护坡次之，这与现场所检测各级护坡开裂情况的严重程度相符。第二级护坡底部地质雷达探查结果如图5所示。

2.3 护坡砌筑材料强度检测情况

本次材料强度检测主要包括：石材抗压强度检测和砌筑砂浆抗压强度检测。

1)石材抗压强度检测。

现场采用人工开凿的方法在各级护坡的浆砌片石上分别随机凿取完整的片石6块，共计24块，经切割机切割成标准试件，采用HEY-2000压力试验机，依据GB/T 14685—2011建设用卵石、碎石[1]的相关规定进行抗压强度试验，根据试验结果综合评价护坡所用石材的抗压强度。

经查阅该护坡设计文件得到，护坡片石的设计标号为MU35，而实际检测的片石抗压强度最小值为65 MPa，满足设计要求。

2)砌筑砂浆抗压强度检测。

在护坡上随机抽取10个测区，每个测区取4 kg砌筑砂浆，带回试验室采用筒压法对砌筑砂浆的抗压强度进行检测。依据GB/T 50315—2011[2]砌体工程现场振测技术标准的相关规定采用筒压法进行砌筑砂浆抗压强度试验，根据试验结果综合评价护坡所用砌筑砂浆的抗压强度。

经查阅该护坡设计文件得到，护坡砌筑砂浆为水泥砂浆，砂浆的设计标号为M10，而实际检测的砌筑砂浆抗压强度推定值为18.8 MPa，满足设计要求。

3 护坡缺陷成因及危害分析

3.1 护坡缺陷成因分析

雨季时，由于第四级顶平台隔水层施工质量较差，隔水效果基本失效，且多数泄水孔已失效，因此造成外界降水不断下渗至护坡土体内，不能通过泄水孔将其排出。土体受水后，土体含水率增加，摩擦系数降低，土体流动性增加，塑性降低，土体产生流动变形，土体向外产生挤压。当土体对护坡的挤压力大于浆砌片石自身抗拉强度时，即在护坡薄弱位置开裂，裂缝表现为裂缝上部护坡向外凸出。受应力集中影响，护坡开裂后，裂缝沿该裂缝继续发展，表现为沿护坡表面呈水平贯通状。护坡开裂后，裂缝上部护坡在裂缝处无有效连接，下部支撑点承载不足，受自身重力影响而向下产生位移。裂缝上部护坡与护坡顶过渡平台相连，裂缝上部护坡向下移动时拖拽过渡平台也向下移动，当拉力大于两者连接的抗拉强度时，即在连接处开裂；当拉力大于过渡平台浆砌片石与下方土体摩擦力时，过渡平台即向外产生位移。

该护坡浆砌片石下方空洞主要存在于第四级护坡过渡平台、第四级护坡坡面、第三级护坡过渡平台、第三级护坡坡面、第二级护坡过渡平台、第二级护坡坡面、第一级护坡过渡平台。

出现空洞的原因主要为以下几方面：

1)护坡开裂后，渗水沿浆砌片石与边坡土体间缝隙向下渗流，加之泄水孔堵塞、失效，渗水通过裂缝处排出，渗水逐渐带走土体中的细小颗粒，长此以往，形成局部空洞。

2)各级护坡浆砌片石表面较为粗糙，且表面勾缝部分已脱落、失效，砌筑砂浆与片石粘结部位存在大量细小孔洞，外界降水亦会通过细小孔洞进入护坡内，从而产生渗流，形成局部空洞。

3)护坡多数泄水孔反滤层失效，外界降水后渗流夹带土体中的细小颗粒从泄水孔排出，形成局部空洞。

3.2 护坡现状缺陷危害分析

根据现场检测情况，发现当时裂缝还处于发展状态。护坡上存在的裂缝宽度较大，多数裂缝处已生长出大量植被，植被的存在会使浆砌片石下方土体更为松散，雨季时加剧护坡内土体流失，从而加剧空洞和裂缝的发展。护坡空洞的存在会加剧护坡下侧土体流失，从而形成恶性循环，加剧裂缝的发展。当局部空洞连成大面积空洞时，上部浆砌片石护坡与下部土体接触面积减小，两者间摩阻力进一步减小，最终随着空洞范围逐渐增大，摩阻力不能有效抵抗浆砌片石自重作用而出现护坡整体滑落，造成较大的安全事故。

4 结语

变电站的选址一般位于人烟稀少、较为空旷的开阔场地，在山区内建立变电站由于场地限制需进行挖方或填方，因此护坡成为变电站中重要的“防护措施”。护坡的作用是稳定边坡，避免边坡失稳而产生滑坡等较为严重的事故，因此施工单位在进行护坡施工时应严格按照按图施工，避免“因小失大”，业主单位在使用过程中应加强对护坡的检查，尤其是在雨季，定期对护坡进行维护和微小破损修复，避免出现安全事故。