鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻的工藝原理與施工方法

楊 運(yùn) 鵬 ， 阿 里 木 江， 辜 禹 峰

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

加筋土是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種土體加固技術(shù)。法國(guó)工程師享利· 維達(dá)爾(Henri Vidal)在模型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土中摻加纖維后，其強(qiáng)度明顯提高，據(jù)此提出了加筋土概念[1]。由于法國(guó)在應(yīng)用技術(shù)上的成功，引起了世界各國(guó)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，在世界各國(guó)、尤其是在歐洲被迅速推廣。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工程建設(shè)的需要，加筋土擋土墻發(fā)展迅速，近30年來(lái)全世界建成了數(shù)以百計(jì)各種類型的加筋土工程。

鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻是利用鍍鋅格柵面板、鋼條和回填料組成的整體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其墻內(nèi)的填筑料對(duì)鋼條產(chǎn)生垂直土壓力，土的垂直壓力與鋼條產(chǎn)生的摩擦力限制鋼條向外位移，摩擦阻力(鋼條)對(duì)擋土墻的格柵面板向外側(cè)膨脹和傾斜起到了限制和約束作用。垂直土壓力增加時(shí)摩擦力也增加，進(jìn)而提高了鋼條、擋土墻面板的約束力。鋼條的足夠錨固長(zhǎng)度與填筑料之間的摩擦作用使摩擦力與側(cè)壓力得以平衡，從而保證了加筋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[2]。

鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻與傳統(tǒng)的重力式擋土墻和混凝土擋土墻相比具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻為柔性結(jié)構(gòu)，能夠更好地適應(yīng)地基輕微的變形，其墻體穩(wěn)定性好，在不良地基處理中采用尤能顯示其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)[3]。

(2)施工快捷：組成加筋土的鍍鋅格柵面板、鋼條和其它構(gòu)件提前預(yù)制成型，在現(xiàn)場(chǎng)由人工拼裝，施工簡(jiǎn)便、快捷，能夠縮短施工工期。

(3)造型美觀：成型后的鍍鋅格柵面板加筋土擋墻造型美觀。

(4)造價(jià)低：由于其具有施工快捷、能有效節(jié)約用地和填筑用料等特點(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：鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻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(tái)階式[4]；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。

依姆礦業(yè)工程位于西非尼日爾共和國(guó)阿加德茲省阿爾利特市，距市區(qū)約80 km、距國(guó)家干線公路約10 km，礦區(qū)位于撒哈拉沙漠南緣，屬熱帶荒漠性氣候，地勢(shì)較為平坦。

該項(xiàng)目用于連接大型運(yùn)礦卡車(裝載量200 t)卸料平臺(tái)和大型礦石粗碎系統(tǒng)的通道，采用鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻，該擋土墻高14.765 m、長(zhǎng)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 擋土墻的組成材料及要求

2.1 鍍鋅格柵面板

該面板由直徑8 mm、10 mm和14 mm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(zhǎng)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。

2.2 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(zhǎng)度一般為3～12 m，是回填土體中的加強(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、耐腐蝕等特征。

2.3 系 點(diǎn)

系點(diǎn)是鋼條和鍍鋅格柵面板連接的主要構(gòu)件，利用系點(diǎn)與M12螺栓進(jìn)行連接。

2.4 回填料

加筋土擋土墻的主體材料應(yīng)易于填筑和壓實(shí)，與鋼條之間具有可靠的摩擦力，以控制其對(duì)鋼條的腐蝕作用，其包括以下主要技術(shù)指標(biāo)：

(1)力學(xué)性能：內(nèi)摩擦角≥36°；

(2)粒徑要求：10 mm

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

2.5 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(wú)紡?fù)凉げ?300 g/m2)。根據(jù)擋土墻的使用功能，一般臨時(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。

2.6 排水設(shè)施

排水管沿?fù)跬翂γ姘鍍?nèi)側(cè)設(shè)置并在其外側(cè)設(shè)置集水井，擋土墻底部的積水通過(guò)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。

3 施工設(shè)備與材料

3.1 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)等。

3.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

(1)旁壓試驗(yàn)檢測(cè)儀：試驗(yàn)控制地基承載力>5 MPa、檢測(cè)深度為5 m；

(2)核子密度儀：試驗(yàn)控制回填土壓實(shí)度為95%、最優(yōu)含水率偏差為±2%；

(3)板荷載檢測(cè)儀：試驗(yàn)檢測(cè)板荷載EV2≥120 MPa、EV2/EV1<2；

(4)剪切儀：試驗(yàn)控制回填料內(nèi)摩擦角≥36°。

3.3 材料及工具

(1)板條：板條為寬10～20 cm、厚5～10 cm、長(zhǎng)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)面板的平整度滿足要求。

(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：其為長(zhǎng)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、鉛錘線、光線、釘子、扎絲、手持切割機(jī)、土工布焊機(jī)、鍍鋅噴漆等。

4 施工工藝和施工方法

4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→基礎(chǔ)施工→搭設(shè)支撐→安裝面板→系點(diǎn)和鋼條的安裝→土工布的安裝→排水設(shè)施的施工→回填及碾壓→附屬工程。

4.2 施工方法

(1)基礎(chǔ)施工。擋土墻后背需進(jìn)行基礎(chǔ)開挖和坡面修整處理，采用挖掘機(jī)與自卸汽車完成?；A(chǔ)開挖完成后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行基礎(chǔ)承載力的試驗(yàn)檢測(cè)，承載力試驗(yàn)采用旁壓試驗(yàn)檢測(cè)儀。

由于該工程區(qū)域?qū)儆谂蛎浲恋刭|(zhì)條件，在承載力試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果滿足設(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”的鋪設(shè)由人工完成，采用專門的土工產(chǎn)品焊接設(shè)備。

(2)基礎(chǔ)混凝土施工。測(cè)量放樣確定擋土墻軸線的位置，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、C15素混凝土，應(yīng)確?；A(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(duì)基礎(chǔ)混凝土進(jìn)行標(biāo)記打樁，澆筑過(guò)程中，在標(biāo)記處埋設(shè)Φ20鋼筋、長(zhǎng)度為400 mm，鋼筋與格柵面板軸線的距離根據(jù)支撐材料的厚度確定，每10 m基礎(chǔ)混凝土設(shè)置沉降縫。

(3)支撐的搭設(shè)。鍍鋅格柵面板的支撐采用寬50 mm ×200 mm的木材，支撐采用木條架子結(jié)合腳手架的方式。支撐的搭設(shè)是施工中的關(guān)鍵，一個(gè)準(zhǔn)確而牢固的支撐搭設(shè)對(duì)保障施工進(jìn)度至關(guān)重要，板條的間距根據(jù)格柵面板的長(zhǎng)度確定。

在回填料壓實(shí)過(guò)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%的坡度向內(nèi)傾斜，板條間采用木條連接加固，板條的搭設(shè)采用電子水平尺、鉛垂及光線控制其垂直度和水平。

(4)面板的安裝。腳手架搭設(shè)和支撐工作結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)支撐進(jìn)行檢查，確定所有的支撐牢固且結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確無(wú)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)格柵面板的類型準(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的間距為2 cm，兩塊面板安裝就位后，用長(zhǎng)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根鍍鋅鋼筋條連接，采用扎絲捆綁，將鋼筋條放在格柵面板水平鋼筋的下方，避免其影響上部格柵面板的安裝。

上一層的安裝方向與下一層相反，上下層安裝時(shí)其水平間隙錯(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)。所有的格柵面板在拐角處需要切割時(shí)，采用手持切割機(jī)進(jìn)行切除，應(yīng)對(duì)格柵面板切口處進(jìn)行鍍鋅噴漆處理，面板安裝步驟見圖2。

(5)系點(diǎn)與鋼條的安裝。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)的安裝，安裝過(guò)程中若出現(xiàn)掉漆，應(yīng)立即進(jìn)行鍍鋅噴漆處理。

在壓實(shí)的回填料上放置鋼條，鋼條放置要垂直于格柵面板，將鋼條的末端插入系點(diǎn)間隙，對(duì)準(zhǔn)螺孔，將一個(gè)螺絲從底部穿過(guò)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，不能有彎曲和扭曲。

圖2 鍍鋅格柵面板安裝示意圖

(6)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，土工布的上下邊采用扎絲進(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。

(7)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，排水管的直徑為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，排水體料的粒徑為10～80 mm，沿整個(gè)開挖面鋪設(shè)的厚度為500 mm，排水體料采用人工配合裝載機(jī)和挖掘機(jī)完成。排水體料回填過(guò)程中，不允許機(jī)械設(shè)備在排水體料上行走，避免排水體料被污染和下部土工產(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。

(8)回填及碾壓?；靥盍系倪x擇、攤鋪和壓實(shí)極為重要，施工過(guò)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)行回填料試驗(yàn)、配合比設(shè)計(jì)和模擬碾壓試驗(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的方式，分層厚度一般不大于350 mm，可以根據(jù)筋帶間距適當(dāng)調(diào)節(jié)?；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)椋航顜е胁俊顜膊俊顜安?靠近面板位置)?；靥畲涡蛞妶D3。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，不能用羊足碾碾壓，以防凸輪對(duì)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)變位和產(chǎn)生超量變形。

在面板附近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)。

(9)變形觀測(cè)。施工過(guò)程中的變形觀測(cè)：在擋土墻施工過(guò)程中，每安裝兩層格柵面板后需要進(jìn)行變形觀測(cè)一次，變形觀測(cè)主要采用全站儀、電子水平尺和錘球，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(cè)：施工結(jié)束后，為了檢查擋土墻施工質(zhì)量和對(duì)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(cè)并作好記錄，在以后三個(gè)月內(nèi)每個(gè)月觀測(cè)一次、雨季前后各觀測(cè)一次。

圖3 回填碾壓次序示意圖

5 結(jié) 語(yǔ)

筆者對(duì)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)進(jìn)行研究的結(jié)果表明：該擋土墻具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀的特點(diǎn)，同時(shí)還具有較重力式擋土墻和其他形式的加筋土擋土墻造價(jià)低、施工快捷等特點(diǎn)。

在地形、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的道路、橋梁、水電、礦山以及市政等工程建設(shè)中，軟基等經(jīng)常會(huì)遇到，鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻為柔性體，具有一定的變形能力。另外，在石料缺乏的地段修建該型式的擋土墻也不受限制，且更能突出其優(yōu)越性[3]。對(duì)鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻進(jìn)行推廣應(yīng)用具有十分重大的意義，亦將會(huì)帶來(lái)較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。