加筋土擋土墻工藝原理與施工技術(shù)

劉 洪， 阿里木江

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

加筋土擋土墻工藝原理與施工技術(shù)

劉 洪， 阿里木江

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

加筋土擋土墻是由鍍鋅鋼筋格柵面板、帶狀拉筋條、土工產(chǎn)品、填土組成的整體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其利用拉筋條與土之間的摩擦作用改善土體變形條件并提高土體工程特性，從而達(dá)到穩(wěn)定土體的目的。通過對尼日爾依姆鈾礦項(xiàng)目鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻的設(shè)計(jì)和施工，總結(jié)了其工藝原理和施工技術(shù)，對類似項(xiàng)目具有一定的參考和借鑒作用。

鍍鋅格柵面板；加筋土；鋼條；施工技術(shù)

1 概述

加筋土是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一項(xiàng)土體加固技術(shù)，法國工程師享利·維達(dá)爾(HennVidal)在模型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):當(dāng)土中摻有纖維后，其強(qiáng)度明顯提高，據(jù)此提出了加筋土概念。由于法國在應(yīng)用該技術(shù)上的成功，引起了世界各國的重視。加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)新穎可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著，在國際上、尤其是在歐洲被迅速推廣。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和施工建設(shè)的需要，加筋土擋土墻技術(shù)迅速發(fā)展。

尼日爾依姆鈾礦項(xiàng)目加筋土擋土墻屬于EPC項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)和供貨均由法國Terre Armée公司完成，并由其進(jìn)行施工技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)。該擋土墻主要用于連接大型運(yùn)礦卡車(裝載量為200 t)卸料平臺和大型礦石粗碎系統(tǒng)(高14．765 m、長106．69 m)，其典型剖面見圖1。

圖1 鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻典型剖面圖

2 基本原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2．1 基本原理

(1)該擋土墻是由回填料、鋼條和鋼板組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在土壓力、筋帶拉力、填料與筋帶間的摩擦力、回填料內(nèi)摩擦力等，通過這些作用力相互平衡以保證其穩(wěn)定；

(2)通過將回填土自重和外力產(chǎn)生的土壓力傳遞至鋼條，使鋼條與回填料間的作用力用于保證擋土墻的整體穩(wěn)定。

2．2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)施工快捷:組成加筋土的鍍鋅格柵面板、鋼條和其它構(gòu)件可提前預(yù)制成型，在現(xiàn)場由人工拼裝，施工簡便、快捷；

(2)適應(yīng)性好:加筋土擋土墻屬于柔性結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)輕微的地基變形，墻體穩(wěn)定性好；

(3)造型美觀:成型后的鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻造型美觀；

(4)造價(jià)低:由于其具有施工快捷、充分利用當(dāng)?shù)夭牧系忍攸c(diǎn)，相比同類混凝土擋土墻可節(jié)約成本25% ～35%、相比漿砌石擋墻可節(jié)約成本20%以上；

(5)型式多樣化:按拉筋型式分為席墊式土工合成材料、鍍鋅扁鋼拉筋條兩種；按結(jié)構(gòu)型式分為單面式、雙面式和臺階式，按面板型式分為混凝土面板式和格柵面板式等，可根據(jù)工程需要選用。

3 設(shè)計(jì)原理

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作由法國Terre Armée和Terrasol公司共同完成。Terrasol公司負(fù)責(zé)擋土墻的整體設(shè)計(jì)，Terre Armée公司負(fù)責(zé)材料的供貨和工藝設(shè)計(jì)，他們擁有專利技術(shù)，具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

(1)設(shè)計(jì)確定地基承載力要求以確保地基穩(wěn)定；

(2)設(shè)計(jì)確定回填材料的技術(shù)參數(shù)，除確定料源粒徑、粘滯力和摩擦角要求外，還要控制其化學(xué)成分，避免鍍鋅鋼條在回填土中的腐蝕，以確保鍍鋅鋼條的使用壽命；

(3)擋土墻穩(wěn)定性計(jì)算；

(4)施工期穩(wěn)定性分析，即施工期臨時(shí)開挖邊坡的穩(wěn)定性分析；

(5)材料選型和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，主要包括鋼條和鋼格柵連接、排水、格柵面板保護(hù)等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，確保施工方便并滿足使用期限要求。

4 組成材料及要求

4．1 鍍鋅格柵面板

由直徑8mm、10mm和14mm的鍍鋅鋼筋焊接成型，屈服強(qiáng)度為500 MPa，網(wǎng)格面積一般為100 mm×100 mm，高0．7～1．5 m、長3 m，單塊重量為30～60 kg，主要作用是形成擋土墻的面板，與鋼條和回填土形成整體。

4．2 鋼 條

鋼條采用50 mm×4 mm鍍鋅帶肋扁鋼制作成型，屈服強(qiáng)度為500 MPa，長度一般為3～12 m，為回填土體中的加強(qiáng)材料，主要承受拉力，具有較好的柔韌性以適應(yīng)輕微變形；具有良好的抗疲勞性能；具有抗老化、耐腐蝕等特性。

4．3 系 點(diǎn)

系點(diǎn)是鋼條和鍍鋅格柵面板連接的主要構(gòu)件，包含系點(diǎn)和M12螺栓。

4．4 回填料

加筋土擋土墻的主體材料應(yīng)易于填筑和壓實(shí)，與鋼條之間有可靠的摩擦力，能控制其對鋼條的腐蝕作用，其主要包括以下技術(shù)指標(biāo):

(1)力學(xué)性能:內(nèi)摩擦角≧36°；

(2)粒徑要求:10＜D＜250 mm，80μm篩分通過率≤15%，均勻系數(shù)Cu=D60/D10≥10；

(3)化學(xué)性能:5≤pH≤10、5CI+SO4≤1 000 ppm，電阻率＞1 000Ω·cm。

4．5 土工織物/土工布

作為格柵面板和回填料之間的隔離層，其主要作用是防止回填料從格柵掉落。土工布應(yīng)具備防曬、防紫外線及抗腐蝕性能，一般采用無紡?fù)凉げ?300 g/m2)。根據(jù)擋土墻的使用功能，一般性的臨時(shí)擋土墻不需要設(shè)置土工布，永久性擋土墻則必須設(shè)置土工布，該項(xiàng)目擋土墻設(shè)置了三層土工布。

4．6 排水設(shè)施

排水管沿?fù)跬翂γ姘鍍?nèi)側(cè)設(shè)置并在外側(cè)設(shè)置集水井，擋土墻底部的積水通過排水管匯入集水井，然后在集水井設(shè)置水泵抽排，及時(shí)排除積水以確保擋土墻的穩(wěn)定，排水管采用DN150 HDPE排水花管，設(shè)計(jì)荷載為20 m高回填土壓力。

5 設(shè)備及材料

5．1 施工設(shè)備

(1)吊運(yùn)設(shè)備:吊車與平板車；

(2)挖填設(shè)備:挖掘機(jī)、裝載機(jī)、振動(dòng)碾、自卸車、水車、平地機(jī)和兩頭忙等。

5．2 主要檢測設(shè)備和控制標(biāo)準(zhǔn)

(1)旁壓試驗(yàn)檢測儀:檢測地基承載力，標(biāo)準(zhǔn)＞5 MPa、檢測深度為5 m；

(2)核子密度儀:檢測回填土壓實(shí)度大于95%、最優(yōu)含水率偏差為±2%；

(3)板荷載檢測儀:檢測板荷載，標(biāo)準(zhǔn)EV2≥120 MPa、EV2/EV1＜2；

(4)剪切儀:檢測回填料內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)，φ≥36°。

5．3 材料及工具

(1)板條:為寬10～20 cm、厚5～10 cm、長7～10 m的標(biāo)準(zhǔn)木條，用于穩(wěn)固鍍鋅格柵面板，確保整個(gè)面板平整度滿足要求。

(2)支撐架:其為用于支撐和固定板條的架子，一般采用特制、可調(diào)節(jié)的鋼管架或木條架。

(3)楔子塊:為長10 cm、寬5 cm、高5 cm的三角形木塊，用于調(diào)節(jié)兩層格柵間的距離。

(4)其他材料和工具:扳手、錘子、電子水平尺、鉛垂線、光線、釘子、扎絲、手持切割機(jī)、土工布焊機(jī)、鍍鋅噴漆等。

6 施工方法

6．1 施工難點(diǎn)

根據(jù)法國Terre Armée和Terrasol公司的設(shè)計(jì)成果，該擋土墻設(shè)計(jì)總高度為14．77 m，在同類工程中尚屬罕見，從而給施工帶來了很大的困難，其存在的兩大主要難點(diǎn)及采取的解決方案如下:

6．1．1 臨時(shí)道路布置

該工程后背加筋土回填27 200 m3、排水體料1 200 m3，其回填施工區(qū)狹窄且未布置通道，進(jìn)而導(dǎo)致回填施工難度很大。為節(jié)約施工成本并充分考慮HSE因素，經(jīng)與項(xiàng)目業(yè)主反復(fù)溝通，最終確定充分利用擋土墻一側(cè)的邊坡馬道作為下部回填通道，控制回填高度為0～3．5 m，先分段進(jìn)行擋土墻的安裝和回填施工，待回填至3．5 m高度后，再與后背臨時(shí)道路相接，完成3．5 m以上后背的回填施工，從而最大限度地減小了臨時(shí)通道大開挖所產(chǎn)生的施工成本，并安全有效地完成了回填施工。

6．1．2 支撐架的搭設(shè)

按照法國Terre Armée公司建議的常規(guī)施工方法，鍍鋅格柵面板板條支撐架一般采用特制、可調(diào)節(jié)的鋼管架或木條架。而該項(xiàng)目擋土墻的總高度為14．77 m，單靠鋼管架或木條架只能完成最大高度為7 m的安裝高度，對于7 m以上的高度，單靠板條支撐存在較大困難。

經(jīng)與項(xiàng)目業(yè)主HSE管理部門溝通，并充分考慮到施工方便并確保施工安全，在第一階段板條支撐及回填施工完成后，將控制高度定為5 m。在格柵面板前側(cè)搭設(shè)寬1．5 m、高1

2．2 m的雙排外墻腳手架，腳手架隨鍍鋅格柵面板同步上升，并在已回填完成的鍍鋅格柵面板每個(gè)拉條位置與腳手架連接，確保腳手架穩(wěn)定，利用該腳手架作為板條支撐架，控制格柵面板安裝高度為9．77 m。

6．2 基礎(chǔ)施工

擋土墻后背需進(jìn)行基礎(chǔ)開挖與坡面修整處理，其采用挖掘機(jī)、自卸汽車完成。基礎(chǔ)開挖完成后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行基礎(chǔ)承載力檢測，承載力采用旁壓試驗(yàn)檢測儀，基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)要求達(dá)到5 MPa以上。由于該工程區(qū)域?qū)儆谂蛎浲恋刭|(zhì)條件，在承載力檢測滿足設(shè)計(jì)要求后，采用鋪設(shè)“土工布/土工膜/土工布”的方式進(jìn)行基礎(chǔ)防滲處理，“土工布/土工膜/土工布”鋪設(shè)由人工完成，采用專門的土工產(chǎn)品焊接器焊接連接。

6．3 基礎(chǔ)混凝土施工

測量放樣確定擋土墻軸線位置。以擋土墻軸線作為基礎(chǔ)混凝土中心進(jìn)行立模澆筑，基礎(chǔ)混凝土寬500 mm、高200 mm，采用C15素混凝土，應(yīng)確保其基礎(chǔ)面平整，允許偏差為±5 mm。為便于格柵面板的安裝，從起點(diǎn)開始每隔3 m對基礎(chǔ)混凝土進(jìn)行標(biāo)記打樁，澆筑過程中在標(biāo)記處埋設(shè)φ20鋼筋、L=400 mm，鋼筋與格柵面板軸線距離根據(jù)支撐材料厚度確定?；A(chǔ)混凝土間隔10 m設(shè)置沉降縫。

6．4 板條的搭設(shè)

鍍鋅格柵面板板條采用寬50 mm×200 mm木材，支撐采用木條架結(jié)合腳手架的方式。板條搭設(shè)是施工的關(guān)鍵，準(zhǔn)確而牢固的板條搭設(shè)對保障施工進(jìn)度至關(guān)重要，板條間距根據(jù)格柵面板的長度確定。

在回填料壓實(shí)過程中，將造成格柵面板出現(xiàn)向外擠壓的情況，故在搭設(shè)板條時(shí)應(yīng)保持1%的向內(nèi)傾斜。板條間采用木條連接加固，板條搭設(shè)采用電子水平尺、鉛垂及光線控制其垂直度和水平。

6．5 面板安裝

腳手架搭設(shè)和支撐工作結(jié)束后，進(jìn)一步對支撐進(jìn)行檢查，確定所有支撐牢固且結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確無誤后進(jìn)行格柵面板的安裝，安裝由人工完成。

安裝時(shí)，根據(jù)格柵面板類型準(zhǔn)確就位，水平方向的安裝由一端向另一端推進(jìn)并保持相鄰格柵面板安裝間距為2 cm，兩塊面板安裝就位后，用長50 cm、直徑10 mm的鍍鋅鋼筋條進(jìn)行連接，兩塊面板之間至少用3根鍍鋅鋼筋條進(jìn)行連接，采用扎絲捆綁，將鋼筋條放在格柵面板水平鋼筋下方，避免其影響上部格柵面板的安裝。

上一層安裝方向與下一層相反，上下層安裝水平間隙錯(cuò)開布置，兩層之間的垂直間隙為4 cm，采用制作好的楔子塊進(jìn)行調(diào)節(jié)。所有格柵面板在拐角處需要切割時(shí)用手持切割機(jī)切除，應(yīng)對格柵面板切口處進(jìn)行鍍鋅噴漆處理，面板安裝情況見圖2。

6．6 系點(diǎn)和鋼條的安裝

圖2 鍍鋅格柵面板安裝示意圖

格柵面板安裝結(jié)束后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行系點(diǎn)(扣件)安裝。安裝過程中若出現(xiàn)掉漆，立即進(jìn)行鍍鋅噴漆處理。在壓實(shí)的回填料上放置鋼條，鋼條放置要垂直格柵面板，把鋼條末端插入系點(diǎn)間隙，對準(zhǔn)螺孔，把一個(gè)螺絲從底部穿過并套上螺母，使用活動(dòng)扳手?jǐn)Q緊螺栓完成連接。鋼條應(yīng)平順鋪設(shè)于已壓實(shí)平整的回填面，不得有彎曲和扭曲。

6．7 土工布的安裝

格柵面板和所有系點(diǎn)安裝結(jié)束后，進(jìn)行面板后側(cè)三層土工布的鋪設(shè)。根據(jù)面板尺寸進(jìn)行土工布的裁剪，每邊加寬10 cm以便于焊接。土工布安裝時(shí)，需在系點(diǎn)處剪出寬5～6 cm的縫隙用于連接鋼條，土工布上下邊采用扎絲進(jìn)行臨時(shí)固定，下一層面板安裝時(shí)，去掉扎絲，進(jìn)行土工布的焊接。

6．8 排水管的安裝和排水料的回填

基礎(chǔ)第一層格柵面板及土工布安裝結(jié)束后，進(jìn)行HDPE排水花管的安裝，排水管直徑為150 mm、外側(cè)包裹一層土工布，采用人工安裝就位。排水管準(zhǔn)確就位后，進(jìn)行筋帶和500 mm厚排水體料的回填，排水體料粒徑為10～80 mm，沿整個(gè)開挖面鋪設(shè)厚度為500 mm，排水體料采用人工配合裝載機(jī)和挖掘機(jī)完成。排水體料的回填過程不允許機(jī)械設(shè)備在排水體料上走動(dòng)，避免排水體料被污染及其下部土工產(chǎn)品破壞，回填完成后，及時(shí)鋪設(shè)一層土工布用以與回填料進(jìn)行隔離。

6．9 回填及碾壓

回填料的選擇、攤鋪和壓實(shí)極為重要，施工過程中必須嚴(yán)格控制。回填料應(yīng)具有較好的滲水性能，需提前進(jìn)行回填料的試驗(yàn)檢測、配合比設(shè)計(jì)和碾壓試驗(yàn)。

回填料的填筑施工與面板安裝、鋼條鋪設(shè)等工序交替進(jìn)行，循環(huán)作業(yè)施工至擋土墻頂部?；靥钭鳂I(yè)采用自卸汽車運(yùn)送回填料、平地機(jī)攤鋪、振動(dòng)碾壓實(shí)，采取自下而上分層填筑，分層厚度一般不大于350 mm，可根據(jù)筋帶間距適當(dāng)調(diào)整?；靥盍蠑備仌r(shí)應(yīng)在靠近面板處預(yù)留1 m。

回填碾壓次序?yàn)?筋帶中部→筋帶尾部→筋帶前部(靠近面板位置)。第一遍速度宜慢，以免壅土將筋帶推起，第二遍以后速度可稍快。碾壓時(shí)應(yīng)先輕后重，不得用羊角碾碾壓，以防凸輪對筋帶造成損傷，禁止在未經(jīng)壓實(shí)的填料上急劇改變運(yùn)行方向和急剎車，以免筋帶被拉動(dòng)變位并產(chǎn)生超量變形。面板附近1．5～2 m范圍內(nèi)，尤其是靠近面板背部不允許用大、中型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，應(yīng)使用小型機(jī)械并配以人工方式壓實(shí)。

6．10 變形觀測

施工過程中實(shí)施的變形觀測:在擋土墻施工過程中，每安裝兩層格柵面板后需進(jìn)行變形觀測一次。變形觀測主要采用全站儀、電子水平尺和垂球進(jìn)行，主要目的是控制整個(gè)格柵面板的平整度，確保格柵面板安裝軸線位置符合設(shè)計(jì)要求。

施工結(jié)束后的變形觀測:施工結(jié)束后，為了檢查擋土墻施工質(zhì)量和擋土墻在工作情況下的變形情況，工程竣工后應(yīng)進(jìn)行一次全面的變形觀測并作好記錄，在以后的三個(gè)月內(nèi)每個(gè)月觀測一次、雨季前后各觀測一次。

7 結(jié)語

通過對鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻的設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的研究，結(jié)合該擋土墻所具有的結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、施工快捷等特點(diǎn)，依姆鈾礦項(xiàng)目已將其進(jìn)行推廣并應(yīng)用于部分臨建工程，包括2×500 t穩(wěn)定土拌和站和大型條篩擋土墻的設(shè)計(jì)與施工，主要采用集裝箱作為擋土墻面板、后背加筋土回填的方式。目前，我國正在大力開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括道路、橋梁、水電、礦山以及市政等工程建設(shè)，因此，對鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻進(jìn)行推廣應(yīng)用具有重要意義，必將會帶來較大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

TV52;TV512

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1001-2184(2015)05-0093-04

劉 洪(1968-)，男，四川簡陽人，國際公司總工程師，高級工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-05-05

阿里木江(1985-)，男，新疆喀什人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作．