兩河口水電站土工格柵加筋土邊坡施工

蘇 海

(兩河口水電站開挖工程Ⅱ標(biāo)施工項(xiàng)目部，四川 雅江，626450)

1 工程概述

兩河口水電站開挖工程Ⅱ標(biāo)施工場(chǎng)地布置在兩河口隧道出口下游側(cè)附近，平整后使用面積約15000m2，場(chǎng)地高程2640m～2637m。

本工程項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)地形起伏大、岸邊地形陡峻、溝壑發(fā)育，采用漿砌石或混凝土擋土墻等傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行場(chǎng)地平整，擋土墻高度局部段超過15m，設(shè)計(jì)、施工難度均較大，工程量也較大，工程造價(jià)高。借鑒某工程場(chǎng)地平整采用土工格柵加筋土邊坡的形式，以及國(guó)內(nèi)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本項(xiàng)目地形、地質(zhì)條件、場(chǎng)地平整面積、邊坡的高度及場(chǎng)地安全等方面綜合考慮，土工格柵加筋土邊坡結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)于本工程項(xiàng)目。相對(duì)傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)，土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)具有施工方法簡(jiǎn)單、施工工期短、適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)、邊坡系數(shù)大、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，特殊情況下能解決傳統(tǒng)支擋結(jié)構(gòu)無(wú)法或難以解決的工程問題。

通過多次勘察現(xiàn)場(chǎng)，反復(fù)修改、優(yōu)化設(shè)計(jì)后，其場(chǎng)地前緣采用土工格柵加筋土邊坡的形式，加筋土邊坡高度H≤20m，斷面形式為邊坡1∶0.1加筋擋墻+底部重力式擋墻，自坡頂往下每10m設(shè)2m寬?cǎi)R道;加筋土邊坡高度H＞20m，斷面形式為邊坡1∶0.36加筋邊坡+底部重力式擋墻，自坡頂往下每10m設(shè)1m寬?cǎi)R道;場(chǎng)地后緣為開挖形成場(chǎng)地，后緣開挖巖石邊坡為1∶0.5，覆蓋層邊坡為1∶0.75，進(jìn)行系統(tǒng)的噴錨支護(hù)，開挖邊坡底部采用仰斜式擋墻進(jìn)行護(hù)坡。場(chǎng)地前緣土工格柵區(qū)及回填區(qū)均要進(jìn)行碾壓，場(chǎng)地頂面以下5.0m范圍內(nèi)壓實(shí)系數(shù)≥0.95，5.0m范圍以外區(qū)域壓實(shí)系數(shù)≥0.93。

2 主要方法及措施

2.1 施工順序

臨時(shí)道路修建→施工放線→截水溝施工→基礎(chǔ)土方開挖→邊坡噴錨施工工作面→支護(hù)施工后下步開挖→混凝土重力式擋墻施工→加筋土邊坡施工→坡面防護(hù)。

2.2 邊坡開挖支護(hù)施工

首先放出開挖邊線，對(duì)開挖邊線3m范圍內(nèi)的植被、危險(xiǎn)源采用人工配合和反鏟的方式進(jìn)行清理。植被清理完成后，在開挖邊線水平5m距離采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破開挖截水溝，然后人工砌筑M10漿砌石。

邊坡自上而下分層梯段開挖，從下游向上游分段進(jìn)行。巖石開挖邊坡坡比為1∶0.5，覆蓋層開挖邊坡坡比為1∶0.75，梯段高度8m～10m，采用QZJ－100B潛孔鉆預(yù)裂鉆孔，孔間距為0.8m～1.0m，梯段爆破采用CM351鉆孔，人工裝藥爆破。

開挖完成后，及時(shí)進(jìn)行邊坡支護(hù)。邊坡噴混凝土前，應(yīng)清除表面松動(dòng)巖體，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行噴錨及排水孔施工。

2.3 混凝土擋墻施工

江邊植被清理完成后即進(jìn)行臨時(shí)施工道路修建。臨時(shí)施工道路寬4.5m，長(zhǎng)度約100m，采用反鏟修整局部進(jìn)行回填，完成后進(jìn)行擋墻基礎(chǔ)開挖。擋墻基礎(chǔ)埋深不小于1m，臺(tái)階式基礎(chǔ)的臺(tái)階寬度高度均為1m，采用人工配合反鏟開挖，局部進(jìn)行爆破。擋墻按照地形分段分層澆筑，分段長(zhǎng)度10m～12m，段間設(shè)置沉降縫，分層高度1.5m～3m?；炷敛捎脻L筒式攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拌制，模板采用組合鋼模板局部木模補(bǔ)縫，溜槽入倉(cāng)。

2.4 加筋土邊坡施工

2.4.1 材料要求

根據(jù)工程地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合場(chǎng)地使用功能，本工程項(xiàng)目采用單向土工格柵，單向土工格柵需滿足《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB50290－98)、《交通工程土工合成材料土工格柵》(JT/T480－2002)和《土工合成材料塑料土工格柵》(GB/T17689－2008)等規(guī)程、規(guī)范的要求外，還應(yīng)滿足以下要求:

(1)土工格柵的原材料為高密度聚乙烯(HDPE)，為原始粒狀原料，嚴(yán)禁采用粉狀和再造粒狀顆粒原料;

(2)單向土工格柵為在整體的板材上精密沖孔，再定向拉伸后形成。工藝上的這種拉伸作用非常重要，它使聚合物分子重新定向排列，使格柵的性能極大改善，一是可提高材質(zhì)強(qiáng)度，使節(jié)點(diǎn)的整體性更好;二是提高了抗拉模量，使得格柵在低應(yīng)變時(shí)就能發(fā)揮出高抗拉強(qiáng)度的性能;三是長(zhǎng)期的蠕變實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過拉伸處理的高密度聚乙烯格柵，在長(zhǎng)期持續(xù)荷載作用下蠕變強(qiáng)度的衰減趨勢(shì)大幅度降低，使加筋的可靠性得到保證;

(3)在20℃下用寬條法測(cè)試，測(cè)試時(shí)的拉伸速率為試樣長(zhǎng)度的20%/min;

(4)在施工中所采用的材料必須滿足長(zhǎng)期蠕變強(qiáng)度要求，必須具有高溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換時(shí)間超過設(shè)計(jì)年限;

(5)格柵節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不小于肋條強(qiáng)度的95%。單向土工格柵是由縱向的肋條和橫向的橫檔一起形成的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，其節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度要高，才能把橫檔受到的作用力通過節(jié)點(diǎn)傳給縱向肋條，反之亦然。因此，節(jié)點(diǎn)必須整體性好，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度大于或等于肋條強(qiáng)度，這樣格柵的縱向抗拉強(qiáng)度才不會(huì)在節(jié)點(diǎn)處有損失;

(6)土工格柵的碳黑含量不小于2%。足夠的、分布均勻的、粒徑小于25納米的碳黑顆粒，可以在格柵表面形成無(wú)數(shù)的“小鏡面”，可以將紫外線反射出去，從而避免紫外線對(duì)格柵的傷害。由于肉眼無(wú)法目測(cè)實(shí)際的碳黑含量，因此必須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的碳黑含量檢測(cè);

(7)抗化學(xué)、生物影響的折減系數(shù)為1;

(8)格柵采用連接棒連接，連接處必須是100%強(qiáng)度連接，其強(qiáng)度不能在連接處有任何損失。連接棒的連接強(qiáng)度是材料在橫向受格柵剪切力時(shí)能夠滿足連接要求，而不是材料縱向能夠提供的強(qiáng)度。

2.4.2 施工方法

在加筋土邊坡施工前，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求選擇土工格柵材料。廠家提供的檢測(cè)試驗(yàn)資料及具有第三方認(rèn)證的證書或評(píng)價(jià)報(bào)告，必須具有高溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換時(shí)間超過設(shè)計(jì)年限。

(1)開挖基床至底層格柵鋪設(shè)標(biāo)高。清除雜物，按底層格柵鋪設(shè)標(biāo)高開挖并平整基底，檢驗(yàn)基礎(chǔ)持力層。當(dāng)?shù)孛鏅M坡陡于1∶5時(shí)，必須開挖成臺(tái)階狀，臺(tái)階寬度不小于2m。土方開挖發(fā)現(xiàn)地下水水量較大或流砂嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)立即停止開挖，待采取有效的止水措施后方可繼續(xù)施工。巖層的爆破開挖采取有效措施，避免或減少爆破對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，確保開挖過程中巖(土)體的穩(wěn)定性;

(2)鋪設(shè)第一層(下)筋材。按要求剪出底層加筋格柵，按規(guī)定位置鋪設(shè)，并預(yù)留出格柵反包所需的長(zhǎng)度(約1.5m)。各層筋材必須保持水平且互相平行鋪設(shè)，土工格柵必須按圖紙要求的位置、長(zhǎng)度及方向進(jìn)行鋪設(shè)。格柵鋪設(shè)時(shí)卷長(zhǎng)方向垂直于邊線，平順展鋪，拉緊勿使皺褶，并在鋪設(shè)的格柵上每隔1.5m～2.0m用“U”型釘固定地面，防止筋材被風(fēng)吹掀起，防止填土?xí)r位移。筋材鋪好后，盡快分層碾壓夯實(shí)回填土?；靥钋皺z查有無(wú)損傷(如孔洞、撕裂等)，如有損傷及時(shí)補(bǔ)救。筋材端部按設(shè)計(jì)要求回折，回折長(zhǎng)度為1.5m;

(3)分層碾壓夯實(shí)回填土。在底層格柵上、土袋后填鋪一定量的土，格柵另一自由端用張拉梁拽緊格柵，并壓上填土，在筋材上按規(guī)定厚鋪土。鋪設(shè)時(shí)下層填料應(yīng)平整密實(shí)，不得與硬質(zhì)尖銳棱角的粒料直接接觸。按照相關(guān)要求，兩道主筋土工格柵間的加筋土填料設(shè)計(jì)厚度為60cm，分層碾壓每層壓實(shí)后的厚度為40cm，碾壓直至下一主加筋層。填土施工時(shí)采用履帶式反鏟，將填土均勻攤鋪在土工格柵上。為了避免格柵在施工中受到損傷，機(jī)械履帶與格柵之間持有15cm厚的填土層。在臨近結(jié)構(gòu)面的1.5m范圍內(nèi)，采用振動(dòng)夯進(jìn)行壓實(shí)填土。近坡肩處用輕碾，填土過程中防止筋材移動(dòng)，近坡面處用輕型壓實(shí)機(jī)械，以保持坡面平整。控制填料含水率Wop為最佳含水率(±2)%，場(chǎng)地設(shè)計(jì)地面以下5m范圍內(nèi)壓實(shí)系數(shù)≥0.95，5m以下壓實(shí)系數(shù)≥0.93。壓實(shí)機(jī)械不得采用羊角碾;

(4)采用符合設(shè)計(jì)要求的生態(tài)袋，內(nèi)部填充耕植土，人工碼放。耕植土從周邊地區(qū)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，將反包格柵反包住土袋(土袋內(nèi)裝有混有草種的耕植土)并將它鋪放在填土上;

(5)裁剪并按要求定位鋪放加筋格柵，用設(shè)計(jì)要求的土工連接棒將這層加筋格柵與反包格柵連接在一起;

(6)用通過格柵網(wǎng)孔而鉤住格柵的張拉梁對(duì)加筋格柵施加張拉力，繃緊格柵之間的連接并使其之下結(jié)構(gòu)面上的反包格柵繃緊;

(7)在保持張拉格柵的同時(shí)，在格柵上填鋪一層填土，以保證張拉設(shè)備移去后格柵不會(huì)回縮;

(8)釋放張拉力并移去張拉梁;

(9)重復(fù)以上步驟，直至完成符合設(shè)計(jì)要求的全部填土施工。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 轉(zhuǎn)角處土工格柵鋪設(shè)

3.1.1 在外轉(zhuǎn)角處，土工格柵分別沿坡面線水平鋪設(shè)。對(duì)于外轉(zhuǎn)角處土工格柵未鋪設(shè)到的缺口，允許的最大缺口距離為10cm，否則應(yīng)在缺口處水平加鋪土工格柵。

3.1.2 在內(nèi)轉(zhuǎn)角處，土工格柵鋪設(shè)時(shí)會(huì)在局部區(qū)域產(chǎn)生重疊，此時(shí)土工格柵應(yīng)分別垂直于各自的坡面線水平鋪設(shè)，并且確保土工格柵張緊，不允許有褶皺，必要時(shí)可采取措施固定土工格柵于填土層表面。重疊的格柵間宜加土隔開，盡量避免格柵大面積直接重疊。

3.2 最頂層土工格柵應(yīng)有足夠長(zhǎng)，完全埋在填土下面，并應(yīng)保證填土具有足夠約束力可以永久錨固格柵。

3.3 填料從中心向外側(cè)對(duì)稱填鋪，平面上使其形成中凸形，使筋材一直受拉，填鋪厚度按設(shè)計(jì)要求，不能過高，防止局部下陷。

3.4 采用輕型施工機(jī)械碾壓，施工機(jī)械形成的車轍不超過7cm～8cm。碾壓設(shè)備對(duì)填土邊緣碾壓困難時(shí)，也可適當(dāng)超填，而后采用傳統(tǒng)方法處理。

3.5 坡面和坡體排水。加筋土邊坡設(shè)計(jì)和施工是建立在坡面、坡體良好的排水保證基礎(chǔ)上的，因此施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)地情況采用合理措施確保水能及時(shí)順利排出，以防積水危及邊坡穩(wěn)定。坡頂匯集的水可通過縱坡引至總排水溝排走。

3.6 不同型號(hào)的土工格柵應(yīng)分開堆放，并應(yīng)作出明顯標(biāo)記，以防混用。

3.7 在施工過程中安排專人測(cè)量邊坡變形情況，并做好記錄，以判定邊坡穩(wěn)定性。

3.8 雨季加強(qiáng)對(duì)土料含水率的檢測(cè)，確保回填碾壓料含水率滿足施工要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程采用土工格柵加筋土施工方法，為開挖工程和后續(xù)施工提供了場(chǎng)地，其施工場(chǎng)地雖然經(jīng)歷一個(gè)雨季后有20cm～40cm的沉降，但已達(dá)到了原設(shè)計(jì)目的，即重點(diǎn)解決了兩河口水電站工程施工場(chǎng)地狹窄的問題。本項(xiàng)目施工場(chǎng)地平整，通過對(duì)土工格柵加筋土邊坡的研究和施工過程控制，節(jié)省了大型施工場(chǎng)地平整施工費(fèi)用，并為其他類似工程提供了有力的技術(shù)支持和施工經(jīng)驗(yàn)，可在類似工程施工中推廣。