鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻的工藝原理與施工方法

楊 運 鵬 ， 阿 里 木 江， 辜 禹 峰

(中國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60年代發展起來的一種土體加固技術。法國工程師享利· 維達爾(Henri Vidal)在模型試驗中發現，當土中摻加纖維后，其強度明顯提高，據此提出了加筋土概念[1]。由于法國在應用技術上的成功，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，在世界各國、尤其是在歐洲被迅速推廣。隨著科學技術的進步和工程建設的需要，加筋土擋土墻發展迅速，近30年來全世界建成了數以百計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合結構，其墻內的填筑料對鋼條產生垂直土壓力，土的垂直壓力與鋼條產生的摩擦力限制鋼條向外位移，摩擦阻力(鋼條)對擋土墻的格柵面板向外側膨脹和傾斜起到了限制和約束作用。垂直土壓力增加時摩擦力也增加，進而提高了鋼條、擋土墻面板的約束力。鋼條的足夠錨固長度與填筑料之間的摩擦作用使摩擦力與側壓力得以平衡，從而保證了加筋土結構的穩定[2]。

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

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

(2)施工快捷：組成加筋土的鍍鋅格柵面板、鋼條和其它構件提前預制成型，在現場由人工拼裝，施工簡便、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)造價低：由于其具有施工快捷、能有效節約用地和填筑用料等特點，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：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；按結構型式分為單面式、雙面式和臺階式[4]；按面板型式分為混凝土面板式和格柵面板式等，可根據工程需要選用。

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

該項目用于連接大型運礦卡車(裝載量200 t)卸料平臺和大型礦石粗碎系統的通道，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。

2.2 鋼 條

鋼條采用50 mm×4 mm鍍鋅帶肋扁鋼制作成型，屈服強度為500 MPa，長度一般為3～12 m，是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、耐腐蝕等特征。

2.3 系 點

系點是鋼條和鍍鋅格柵面板連接的主要構件，利用系點與M12螺栓進行連接。

2.4 回填料

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

(1)力學性能：內摩擦角≥36°；

(2)粒徑要求：10 mm

(3)化學性能：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。

2.6 排水設施

排水管沿擋土墻面板內側設置并在其外側設置集水井，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。

3 施工設備與材料

3.1 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、平地機等。

3.2 主要試驗設備

(1)旁壓試驗檢測儀：試驗控制地基承載力>5 MPa、檢測深度為5 m；

(2)核子密度儀：試驗控制回填土壓實度為95%、最優含水率偏差為±2%；

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

(4)剪切儀：試驗控制回填料內摩擦角≥36°。

3.3 材料及工具

(1)板條：板條為寬10～20 cm、厚5～10 cm、長7～10 m的標準木條，用于穩固鍍鋅格柵面板，確保整個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、可調節的鋼管架或木條架。

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

4 施工工藝和施工方法

4.1 施工工藝流程

施工準備→基礎施工→搭設支撐→安裝面板→系點和鋼條的安裝→土工布的安裝→排水設施的施工→回填及碾壓→附屬工程。

4.2 施工方法

(1)基礎施工。擋土墻后背需進行基礎開挖和坡面修整處理，采用挖掘機與自卸汽車完成?；A開挖完成后，按設計要求進行基礎承載力的試驗檢測，承載力試驗采用旁壓試驗檢測儀。

由于該工程區域屬于膨脹土地質條件，在承載力試驗檢測結果滿足設計要求后，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”的鋪設由人工完成，采用專門的土工產品焊接設備。

(2)基礎混凝土施工。測量放樣確定擋土墻軸線的位置，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、C15素混凝土，應確?；A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、長度為400 mm，鋼筋與格柵面板軸線的距離根據支撐材料的厚度確定，每10 m基礎混凝土設置沉降縫。

(3)支撐的搭設。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合腳手架的方式。支撐的搭設是施工中的關鍵，一個準確而牢固的支撐搭設對保障施工進度至關重要，板條的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%的坡度向內傾斜，板條間采用木條連接加固，板條的搭設采用電子水平尺、鉛垂及光線控制其垂直度和水平。

(4)面板的安裝。腳手架搭設和支撐工作結束后，應進一步對支撐進行檢查，確定所有的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，根據格柵面板的類型準確就位，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的間距為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，上下層安裝時其水平間隙錯開布置，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。所有的格柵面板在拐角處需要切割時，采用手持切割機進行切除，應對格柵面板切口處進行鍍鋅噴漆處理，面板安裝步驟見圖2。

(5)系點與鋼條的安裝。格柵面板安裝結束后，根據設計圖紙進行系點(扣件)的安裝，安裝過程中若出現掉漆，應立即進行鍍鋅噴漆處理。

在壓實的回填料上放置鋼條，鋼條放置要垂直于格柵面板，將鋼條的末端插入系點間隙，對準螺孔，將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，土工布的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。

(7)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，排水管的直徑為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，排水體料的粒徑為10～80 mm，沿整個開挖面鋪設的厚度為500 mm，排水體料采用人工配合裝載機和挖掘機完成。排水體料回填過程中，不允許機械設備在排水體料上行走，避免排水體料被污染和下部土工產品破壞，回填完成后，及時鋪設一層土工布用以與回填料進行隔離。

(8)回填及碾壓?；靥盍系倪x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，需提前進行回填料試驗、配合比設計和模擬碾壓試驗。

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?；靥钭鳂I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的方式，分層厚度一般不大于350 mm，可以根據筋帶間距適當調節?；靥盍蠑備仌r，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)?；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。碾壓時應先輕后重，不能用羊足碾碾壓，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和產生超量變形。

在面板附近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。

(9)變形觀測。施工過程中的變形觀測：在擋土墻施工過程中，每安裝兩層格柵面板后需要進行變形觀測一次，變形觀測主要采用全站儀、電子水平尺和錘球，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對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，在以后三個月內每個月觀測一次、雨季前后各觀測一次。

圖3 回填碾壓次序示意圖

5 結 語

筆者對鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻的設計理論和施工技術進行研究的結果表明：該擋土墻具有結構新穎、造型美觀的特點，同時還具有較重力式擋土墻和其他形式的加筋土擋土墻造價低、施工快捷等特點。

在地形、地質構造復雜的道路、橋梁、水電、礦山以及市政等工程建設中，軟基等經常會遇到，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，且更能突出其優越性[3]。對鍍鋅格柵面板加筋土擋土墻進行推廣應用具有十分重大的意義，亦將會帶來較大的社會和經濟效益。