加筋土擋土墻工藝原理與施工技術

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

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、土工產品、填土組成的整體復合結構，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，從而達到穩定土體的目的。通過對尼日爾依姆鈾礦項目鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻的設計和施工，總結了其工藝原理和施工技術，對類似項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

1 概述

加筋土是上世紀60年代發展起來的一項土體加固技術，法國工程師享利·維達爾(HennVidal)在模型試驗中發現:當土中摻有纖維后，其強度明顯提高，據此提出了加筋土概念。由于法國在應用該技術上的成功，引起了世界各國的重視。加筋土擋土墻結構新穎可靠，經濟效益顯著，在國際上、尤其是在歐洲被迅速推廣。隨著科學技術的進步和施工建設的需要，加筋土擋土墻技術迅速發展。

尼日爾依姆鈾礦項目加筋土擋土墻屬于EPC項目，其設計和供貨均由法國Terre Armée公司完成，并由其進行施工技術培訓和指導。該擋土墻主要用于連接大型運礦卡車(裝載量為200 t)卸料平臺和大型礦石粗碎系統(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 基本原理與結構特點

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合結構，其結構內部存在土壓力、筋帶拉力、填料與筋帶間的摩擦力、回填料內摩擦力等，通過這些作用力相互平衡以保證其穩定；

(2)通過將回填土自重和外力產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定。

2．2 結構特點

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

(2)適應性好:加筋土擋土墻屬于柔性結構，能適應輕微的地基變形，墻體穩定性好；

(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)造價低:由于其具有施工快捷、充分利用當地材料等特點，相比同類混凝土擋土墻可節約成本25% ～35%、相比漿砌石擋墻可節約成本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；按結構型式分為單面式、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，可根據工程需要選用。

3 設計原理

該項目設計工作由法國Terre Armée和Terrasol公司共同完成。Terrasol公司負責擋土墻的整體設計，Terre Armée公司負責材料的供貨和工藝設計，他們擁有專利技術，具有成熟的設計和施工經驗。該項目的設計要點如下:

(1)設計確定地基承載力要求以確保地基穩定；

(2)設計確定回填材料的技術參數，除確定料源粒徑、粘滯力和摩擦角要求外，還要控制其化學成分，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)擋土墻穩定性計算；

(4)施工期穩定性分析，即施工期臨時開挖邊坡的穩定性分析；

(5)材料選型和細節設計，主要包括鋼條和鋼格柵連接、排水、格柵面板保護等細節設計，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，屈服強度為500 MPa，網格面積一般為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，屈服強度為500 MPa，長度一般為3～12 m，為回填土體中的加強材料，主要承受拉力，具有較好的柔韌性以適應輕微變形；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

系點是鋼條和鍍鋅格柵面板連接的主要構件，包含系點和M12螺栓。

4．4 回填料

加筋土擋土墻的主體材料應易于填筑和壓實，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指標:

(1)力學性能:內摩擦角≧36°；

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

(3)化學性能: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。土工布應具備防曬、防紫外線及抗腐蝕性能，一般采用無紡土工布(300 g/m2)。根據擋土墻的使用功能，一般性的臨時擋土墻不需要設置土工布，永久性擋土墻則必須設置土工布，該項目擋土墻設置了三層土工布。

4．6 排水設施

排水管沿擋土墻面板內側設置并在外側設置集水井，擋土墻底部的積水通過排水管匯入集水井，然后在集水井設置水泵抽排，及時排除積水以確保擋土墻的穩定，排水管采用DN150 HDPE排水花管，設計荷載為20 m高回填土壓力。

5 設備及材料

5．1 施工設備

(1)吊運設備:吊車與平板車；

(2)挖填設備:挖掘機、裝載機、振動碾、自卸車、水車、平地機和兩頭忙等。

5．2 主要檢測設備和控制標準

(1)旁壓試驗檢測儀:檢測地基承載力，標準＞5 MPa、檢測深度為5 m；

(2)核子密度儀:檢測回填土壓實度大于95%、最優含水率偏差為±2%；

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

(4)剪切儀:檢測回填料內摩擦角標準，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的標準木條，用于穩固鍍鋅格柵面板，確保整個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、可調節的鋼管架或木條架。

(3)楔子塊:為長10 cm、寬5 cm、高5 cm的三角形木塊，用于調節兩層格柵間的距離。

(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、土工布焊機、鍍鋅噴漆等。

6 施工方法

6．1 施工難點

根據法國Terre Armée和Terrasol公司的設計成果，該擋土墻設計總高度為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及采取的解決方案如下:

6．1．1 臨時道路布置

該工程后背加筋土回填27 200 m3、排水體料1 200 m3，其回填施工區狹窄且未布置通道，進而導致回填施工難度很大。為節約施工成本并充分考慮HSE因素，經與項目業主反復溝通，最終確定充分利用擋土墻一側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通道大開挖所產生的施工成本，并安全有效地完成了回填施工。

6．1．2 支撐架的搭設

按照法國Terre Armée公司建議的常規施工方法，鍍鋅格柵面板板條支撐架一般采用特制、可調節的鋼管架或木條架。而該項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。

經與項目業主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。在格柵面板前側搭設寬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拉條位置與腳手架連接，確保腳手架穩定，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 基礎施工

擋土墻后背需進行基礎開挖與坡面修整處理，其采用挖掘機、自卸汽車完成。基礎開挖完成后，按設計要求進行基礎承載力檢測，承載力采用旁壓試驗檢測儀，基礎承載力設計要求達到5 MPa以上。由于該工程區域屬于膨脹土地質條件，在承載力檢測滿足設計要求后，采用鋪設“土工布/土工膜/土工布”的方式進行基礎防滲處理，“土工布/土工膜/土工布”鋪設由人工完成，采用專門的土工產品焊接器焊接連接。

6．3 基礎混凝土施工

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

6．4 板條的搭設

鍍鋅格柵面板板條采用寬50 mm×200 mm木材，支撐采用木條架結合腳手架的方式。板條搭設是施工的關鍵，準確而牢固的板條搭設對保障施工進度至關重要，板條間距根據格柵面板的長度確定。

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

6．5 面板安裝

腳手架搭設和支撐工作結束后，進一步對支撐進行檢查，確定所有支撐牢固且結構準確無誤后進行格柵面板的安裝，安裝由人工完成。

安裝時，根據格柵面板類型準確就位，水平方向的安裝由一端向另一端推進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的鍍鋅鋼筋條進行連接，兩塊面板之間至少用3根鍍鋅鋼筋條進行連接，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行調節。所有格柵面板在拐角處需要切割時用手持切割機切除，應對格柵面板切口處進行鍍鋅噴漆處理，面板安裝情況見圖2。

6．6 系點和鋼條的安裝

圖2 鍍鋅格柵面板安裝示意圖

格柵面板安裝結束后，根據設計圖紙進行系點(扣件)安裝。安裝過程中若出現掉漆，立即進行鍍鋅噴漆處理。在壓實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間隙，對準螺孔，把一個螺絲從底部穿過并套上螺母，使用活動扳手擰緊螺栓完成連接。鋼條應平順鋪設于已壓實平整的回填面，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安裝結束后，進行面板后側三層土工布的鋪設。根據面板尺寸進行土工布的裁剪，每邊加寬10 cm以便于焊接。土工布安裝時，需在系點處剪出寬5～6 cm的縫隙用于連接鋼條，土工布上下邊采用扎絲進行臨時固定，下一層面板安裝時，去掉扎絲，進行土工布的焊接。

6．8 排水管的安裝和排水料的回填

基礎第一層格柵面板及土工布安裝結束后，進行HDPE排水花管的安裝，排水管直徑為150 mm、外側包裹一層土工布，采用人工安裝就位。排水管準確就位后，進行筋帶和500 mm厚排水體料的回填，排水體料粒徑為10～80 mm，沿整個開挖面鋪設厚度為500 mm，排水體料采用人工配合裝載機和挖掘機完成。排水體料的回填過程不允許機械設備在排水體料上走動，避免排水體料被污染及其下部土工產品破壞，回填完成后，及時鋪設一層土工布用以與回填料進行隔離。

6．9 回填及碾壓

回填料的選擇、攤鋪和壓實極為重要，施工過程中必須嚴格控制。回填料應具有較好的滲水性能，需提前進行回填料的試驗檢測、配合比設計和碾壓試驗。

回填料的填筑施工與面板安裝、鋼條鋪設等工序交替進行，循環作業施工至擋土墻頂部。回填作業采用自卸汽車運送回填料、平地機攤鋪、振動碾壓實，采取自下而上分層填筑，分層厚度一般不大于350 mm，可根據筋帶間距適當調整。回填料攤鋪時應在靠近面板處預留1 m。

回填碾壓次序為: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。碾壓時應先輕后重，不得用羊角碾碾壓，以防凸輪對筋帶造成損傷，禁止在未經壓實的填料上急劇改變運行方向和急剎車，以免筋帶被拉動變位并產生超量變形。面板附近1．5～2 m范圍內，尤其是靠近面板背部不允許用大、中型壓路機進行碾壓，應使用小型機械并配以人工方式壓實。

6．10 變形觀測

施工過程中實施的變形觀測: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行，主要目的是控制整個格柵面板的平整度，確保格柵面板安裝軸線位置符合設計要求。

施工結束后的變形觀測:施工結束后，為了檢查擋土墻施工質量和擋土墻在工作情況下的變形情況，工程竣工后應進行一次全面的變形觀測并作好記錄，在以后的三個月內每個月觀測一次、雨季前后各觀測一次。

7 結語

通過對鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻的設計理論和施工技術的研究，結合該擋土墻所具有的結構新穎、造型美觀、施工快捷等特點，依姆鈾礦項目已將其進行推廣并應用于部分臨建工程，包括2×500 t穩定土拌和站和大型條篩擋土墻的設計與施工，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設施建設，包括道路、橋梁、水電、礦山以及市政等工程建設，因此，對鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻進行推廣應用具有重要意義，必將會帶來較大的社會和經濟效益。

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，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

(責任編輯:李燕輝)

2015-05-05

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