某變電站護坡現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、西南側以及東南側均為挖方場地，其余為填方場地，站外場地地勢大致呈南高北低狀，站內地形平坦，護坡結構形式為四級漿砌片石護坡，護坡建設于2008年。

2014年時變電站工作人員發現站外漿砌片石護坡上出現不同程度的水平向開裂、局部外鼓等現象，其中以變電站線路二級塔基礎2北側的四級漿砌片石護坡最為嚴重，截至2018年年末，開裂和外鼓現象仍未停止發展。

由于護坡緊鄰變電站圍墻，護坡的開裂、損壞極有可能造成邊坡產生滑移、塌方等災害，對變電站站內的運營及生產有重大安全隱患。為保證邊坡的安全，消除對站內生產及運營的安全隱患，相關單位委托檢測鑒定單位對護坡表觀缺陷最嚴重的南側西段的四階漿砌片石護坡進行檢測鑒定，分析護坡現存缺陷的成因、危害，并提出相應的處理建議。表觀缺陷最嚴重的護坡區域如圖1所示。

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

查閱原設計資料，變電站站外南側西段四階漿砌片石護坡及過渡平臺采用M10水泥砂漿及MU35片石砌筑，并用M15水泥砂漿勾縫。第一、二級護坡設計坡度1∶1；第三級護坡設計坡度1∶0.93；第四級護坡設計坡度1∶0.74。各級護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。除第四級坡頂場地應鋪設600 mm厚3∶7灰土層隔水層外，其余各級坡頂均為原土層。

2 護坡現狀檢測

為充分調查了解護坡的現狀，通過對護坡現存缺陷檢測、護坡內空洞情況檢測、護坡砌筑材料的強度檢測等，分析缺陷產生的原因。

2.1 護坡現存缺陷檢測情況

護坡現存缺陷檢測主要包括對護坡泄水孔間距量測、護坡漿砌片石厚度量測、第四級護坡頂平臺隔水層厚度量測、護坡外觀空洞檢查、護坡外觀質量檢測、泄水孔檢查等。通過檢測發現護坡泄水孔實際布置滿足設計要求；護坡實際漿砌片石厚度小于設計厚度，厚度偏薄處主要集中于各級過渡平臺上，平均偏差為-100 mm，最大偏差位于第四級護坡頂為-300 mm；第四級護坡頂平臺隔水層設計厚度600 mm，為3∶7灰土，實際為300 mm厚的灰土，且土質較為松散，隔水層已失效；各階護坡上存在大量的近水平裂縫，護坡投影裂縫示意圖如圖2所示，裂縫描述見表1。

表1 各級護坡裂縫描述

將護坡頂過渡平臺局部鑿開后，發現第二～第四臺級護坡多數探井漿砌片石下方土體存在因土體流失而形成的空洞。經現場初步量測，空洞最深處約為2 m。現場對比發現，第二、三、四級護坡頂過渡平臺漿砌片石下方空洞較為嚴重，第一級護坡未發現明顯空洞。

檢測時恰逢降雨天氣，雨后對各級護坡泄水孔排水情況進行了普查，多數泄水孔未有排水痕跡；個別有排水痕跡的泄水孔下方或裂縫下方的護坡頂過渡平臺與護坡坡面交接處存在粒徑較小的泥土堆積情況。

2.2 護坡內空洞情況檢測

2.2.1護坡頂過渡平臺空洞探查

現場檢測采用GSSI SIR3000便攜式地質雷達，對該護坡各級護坡頂過渡平臺場地進行了空洞探查。探查結果顯示，各級護坡頂過渡平臺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、四級護坡頂過渡平臺存在嚴重空洞，第一級護坡頂過渡平臺存在輕微空洞，這與現場檢測時肉眼可見的空洞情況和嚴重程度相符。正常部位探查結果如圖3所示，存在空洞部位探查結果如圖4所示。

2.2.2護坡坡面空洞探查

現場檢測時，受現場檢測條件限制，采用GSSI SIR3000便攜式地質雷達，對各級護坡底部和頂部0 m～1.5 m部位進行了空洞探查。探查結果顯示，所檢測位置的護坡漿砌片石下方均存在不同程度的土體疏松或空洞，以第二級護坡和第三級護坡最為嚴重，第四、一級護坡次之，這與現場所檢測各級護坡開裂情況的嚴重程度相符。第二級護坡底部地質雷達探查結果如圖5所示。

2.3 護坡砌筑材料強度檢測情況

本次材料強度檢測主要包括：石材抗壓強度檢測和砌筑砂漿抗壓強度檢測。

1)石材抗壓強度檢測。

現場采用人工開鑿的方法在各級護坡的漿砌片石上分別隨機鑿取完整的片石6塊，共計24塊，經切割機切割成標準試件，采用HEY-2000壓力試驗機，依據GB/T 14685—2011建設用卵石、碎石[1]的相關規定進行抗壓強度試驗，根據試驗結果綜合評價護坡所用石材的抗壓強度。

經查閱該護坡設計文件得到，護坡片石的設計標號為MU35，而實際檢測的片石抗壓強度最小值為65 MPa，滿足設計要求。

2)砌筑砂漿抗壓強度檢測。

在護坡上隨機抽取10個測區，每個測區取4 kg砌筑砂漿，帶回試驗室采用筒壓法對砌筑砂漿的抗壓強度進行檢測。依據GB/T 50315—2011[2]砌體工程現場振測技術標準的相關規定采用筒壓法進行砌筑砂漿抗壓強度試驗，根據試驗結果綜合評價護坡所用砌筑砂漿的抗壓強度。

經查閱該護坡設計文件得到，護坡砌筑砂漿為水泥砂漿，砂漿的設計標號為M10，而實際檢測的砌筑砂漿抗壓強度推定值為18.8 MPa，滿足設計要求。

3 護坡缺陷成因及危害分析

3.1 護坡缺陷成因分析

雨季時，由于第四級頂平臺隔水層施工質量較差，隔水效果基本失效，且多數泄水孔已失效，因此造成外界降水不斷下滲至護坡土體內，不能通過泄水孔將其排出。土體受水后，土體含水率增加，摩擦系數降低，土體流動性增加，塑性降低，土體產生流動變形，土體向外產生擠壓。當土體對護坡的擠壓力大于漿砌片石自身抗拉強度時，即在護坡薄弱位置開裂，裂縫表現為裂縫上部護坡向外凸出。受應力集中影響，護坡開裂后，裂縫沿該裂縫繼續發展，表現為沿護坡表面呈水平貫通狀。護坡開裂后，裂縫上部護坡在裂縫處無有效連接，下部支撐點承載不足，受自身重力影響而向下產生位移。裂縫上部護坡與護坡頂過渡平臺相連，裂縫上部護坡向下移動時拖拽過渡平臺也向下移動，當拉力大于兩者連接的抗拉強度時，即在連接處開裂；當拉力大于過渡平臺漿砌片石與下方土體摩擦力時，過渡平臺即向外產生位移。

該護坡漿砌片石下方空洞主要存在于第四級護坡過渡平臺、第四級護坡坡面、第三級護坡過渡平臺、第三級護坡坡面、第二級護坡過渡平臺、第二級護坡坡面、第一級護坡過渡平臺。

出現空洞的原因主要為以下幾方面：

1)護坡開裂后，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小顆粒，長此以往，形成局部空洞。

2)各級護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部位存在大量細小孔洞，外界降水亦會通過細小孔洞進入護坡內，從而產生滲流，形成局部空洞。

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

3.2 護坡現狀缺陷危害分析

根據現場檢測情況，發現當時裂縫還處于發展狀態。護坡上存在的裂縫寬度較大，多數裂縫處已生長出大量植被，植被的存在會使漿砌片石下方土體更為松散，雨季時加劇護坡內土體流失，從而加劇空洞和裂縫的發展。護坡空洞的存在會加劇護坡下側土體流失，從而形成惡性循環，加劇裂縫的發展。當局部空洞連成大面積空洞時，上部漿砌片石護坡與下部土體接觸面積減小，兩者間摩阻力進一步減小，最終隨著空洞范圍逐漸增大，摩阻力不能有效抵抗漿砌片石自重作用而出現護坡整體滑落，造成較大的安全事故。

4 結語

變電站的選址一般位于人煙稀少、較為空曠的開闊場地，在山區內建立變電站由于場地限制需進行挖方或填方，因此護坡成為變電站中重要的“防護措施”。護坡的作用是穩定邊坡，避免邊坡失穩而產生滑坡等較為嚴重的事故，因此施工單位在進行護坡施工時應嚴格按照按圖施工，避免“因小失大”，業主單位在使用過程中應加強對護坡的檢查，尤其是在雨季，定期對護坡進行維護和微小破損修復，避免出現安全事故。