加筋土挡墙在核桃峪矿井挡墙施工中的应用

陈晓玲,谢时振

(中国葛洲坝集团二公司,成都,610091)

华能甘肃核桃峪矿井主井区挡墙工程地处泾河边缘,顺泾河流向布置,全长1182.7m,大部位于泾河河床附近山体。由于山体陡峭,甲方本着“在保证主井场平使用面积不变的前提下减少土石方开挖及回填方量,降低资金投入”的思想,采用了加筋土挡墙施工工艺。通过该工艺的实施,不仅有效地保证了场平的使用面积,而且还有效地减少了因永久性征地及土石方的开挖、回填量,降低了工程造价。本文主要介绍加筋土挡墙的施工工艺。

1 加筋土挡墙的工艺特性

在土中加入加筋材料而形成的复合土,不但可以改变土的受力结构、提高土的抗剪强度、增加土体的稳定性,而且还能够在保证土地使用面积的情况下减少占地放坡面积,尤其适用于山体陡峭、临近河边的工业场地。加筋土挡墙施工具有以下特性:

1.1 技术、质量要求高

华能甘肃核桃峪矿井主井区加筋土挡墙回填高度高达30余m,是世界上最高的加筋土挡墙。该加筋土挡墙墙身设计为薄壁结构,不受侧向土方压力,所有回填土方的剪力以及土方产生的侧压力均通过加筋土工布的拉力进行消除,从而增加了土体的稳定性。该项施工技术、质量要求较高。

1.2 经济效益好

加筋土挡墙施工工艺,与一般的钢筋混凝土挡墙及浆砌石挡墙相比,可以节约20%～50%的造价,而且其造价的节省随墙高的增加而愈加显著。因此,加筋土挡墙具有良好的经济效益。

1.3 适应性较强

加筋土挡墙具有一定的柔性,其抗振性能强,更能适应地基轻微的变形。因此,加筋土挡墙也是一种较好的抗震结构物。

1.4 节约占地,造型美观

加筋土挡墙底部混凝土垂直浇筑,上部砌块及编织袋码砌坡度较陡(本工程码砌坡比为1∶4),甚至可以垂直码砌,所以它可以大量减少因土方放坡所需的占地面积。另外,挡墙的总体布置和墙面板的形式图案设计,可根据周围环境特点和需要进行,更容易和周围环境相谐调。

2 加筋土挡墙的施工工艺

2.1 施工设计要求

加筋土挡墙要求坐落于弱风化的岩石上,为保证挡墙自身的稳定性,要求基础混凝土镶嵌在石槽内。加筋土挡墙基础宽度200cm,基础厚度100cm,其中下部50cm镶嵌在弱风化的石槽中,上部50cm外露于岩石面上。基础混凝土上部靠外侧为50cm厚的薄壁钢筋混凝土墙身。墙身浇筑防洪标高896m高程以后,上部采用两层面板砌块进行码砌护坡,码砌高度为1.5m。面板砌块码砌时有榫和槽自然镶嵌,并形成1∶4的坡比。面板砌块上部采用挂铁丝网喷护混凝土施工,喷护高度至挡墙设计标高。为防止场平雨水径流对挡墙坡顶的冲刷,在挡墙设计标高处采用混凝土压顶工艺(见图1)。

图1 加筋土挡墙施工断面示意

2.2 施工工艺流程

加筋土挡墙的施工工艺见图2框图。

图2 加筋土挡墙施工工艺流程

2.3 施工中的难点及重点

2.3.1 墙身预埋三角架

该加筋土挡墙墙身为薄壁结构,不受土方侧向压力,在浇筑挡墙混凝土时,因墙身较高(平均在6m以上)且无排架受力点,因而无法完成墙身模板加固,无法确保墙身混凝土的浇筑质量。面对这一施工难点,经过与设计、业主、监理多次到现场勘查,总结前期施工经验并结合现场实际情况,最终提出一个多方公认的施工方案,即在浇筑挡墙基础时预埋模板受力点(钢筋三角架)。通过受力分析及现场实际操作使用,该三角架的埋设不仅解决了墙身混凝土浇筑时的加固及受力问题,而且增强了墙身的抗剪强度,更有利于挡墙的稳定(见图3)。

图3 加筋土挡墙墙身预埋三角架示意

2.3.2 编织袋沉降不利于墙身的稳定

因加筋土挡墙编织袋碾压、反包的施工部位狭窄,无法采用大型碾压设备施工,必须采用小型振动碾进行压实,故其压实度较小(一般为80%)。随着编织袋层数的逐步上升,下层编织袋压实度会随着码砌高度的增加而增大,导致侧面土工布反包松弛,这时墙背回填土将会向墙身侧产生侧压力,对墙身的稳定性不利(设计墙身不能受力)。针对该种情况,我们采用了以下三种施工措施进行控制:(1)采用较为先进的碾压设备进行碾压,力争使编织袋压实度达到最大;(2)加快加筋土挡墙土方回填、编织袋碾压工作,待回填高度达到浇筑一次墙身混凝土高度时先不进行墙身浇筑,让其自然沉降,待其自然沉降完毕,再进行墙身混凝土浇筑;(3)增加编织袋码砌高度,当编织袋回填碾压高度达到浇筑一次墙身混凝土高度要求时,暂不进行墙身混凝土浇筑,继续进行编织袋码碾压一层或两层,通过施工时间差及编织袋上部自重来减少编织袋沉降。

2.3.3 土工布预紧

本设计图纸认为,加筋土挡墙墙身不受力,土方回填的侧压力主要通过加筋土土工布的受力来消除。加筋土土工布能否有效预紧,将会直接影响加筋土土方回填的质量,同时也直接影响挡墙的质量及其使用寿命。所以,加筋土土工布预紧在加筋土土方回填中起着尤为重要的作用。加筋土土工布预紧分为人工预紧和土方预紧两种:

人工预紧:针对级配排水砾石下层有纺土工布预紧,该层土工布因无法挖设锚固沟,只有采用人工预紧。即在铺设第一层加筋土土工布后,必须使用人工预紧之后才能铺设级配砾石排水料。具体方法上可以采用人工两端张拉并压设编织袋的方法进行施工,待排水砾石铺设完毕后再取掉编制袋,达到预紧效果。

锚固沟预紧:锚固沟预紧是设计中土方回填的预紧方法,主要针对加筋土土方回填第二层及以上土工布预紧设计。为达到加筋土土工布预紧效果,在已经回填压实的回填宽度范围1/3处,挖设宽0.5m、深0.2m～0.3m的土沟,将上一层加筋土土工布全部展开并按先后顺序分三次上土达到预紧效果。

3 影响施工进度的因素

3.1 各施工程序的衔接施工

虽然加筋土挡墙单个施工工艺相对简单(大致分为:土石方开挖、混凝土浇筑、土工布摊铺、土方回填、混凝土喷护等),但是在施工过程中各工序需要衔接紧密,任何一道工序滞后都会影响其他工序,最终影响工程整体的施工进度。所以,施工过程中要仔细分析各工序的施工特点,并重点考虑施工方案的优化,力争在每道工序上加快施工进度,确保每道工序能够顺利衔接(见图4)。

图4 加筋土挡墙工序衔接示意

3.2 编织袋的码砌施工

在施工过程中,编织袋的码砌碾压是一个非常重要的环节。编织袋从装土至封口至码砌再至碾压几乎全部由人工完成,劳动强度大;码砌编织袋位于挡墙回填的最边缘,大型振动碾无法到达施工部位,要使编织袋压实度达到设计要求,采用的小型振动碾碾压变数必然增加,从而增加了碾压时间,影响挡墙的直线工期。针对编织袋的装土码砌,我们通过加大人员投入及购买多台缝包机加快施工进度;码砌后的碾压,我们通过购买多台先进的小型振动碾,并培训一批专业的操作人员不间断地工作,加快了施工进度。

3.3 锚固沟及垂直排水带施工

锚固沟及垂直排水带沟槽开挖,是施工中影响施工进度的一个重要因素,沟槽开挖虽是土工布摊铺前的一道不起眼的小工序,却是制约施工质量及施工进度的一个硬指标。为使土工布预紧,确保土工布受力质量,必须按设计要求开挖锚固沟并按顺序进行土方回填,这一点已经在土工布预紧中做了详细说明。但人工在压实度为95%土方上迅速开挖出一条锚固沟,且不能占据施工的直线工期却非易事。另外,人工在开挖垂直排水时,不仅开挖难度大,开挖速度缓慢,而且垂直排水带两侧的无纺土工布经常性被挖破,严重损坏了无纺土工布的排水质量。我们通过采购微型挖机并在垂直排水带每层设置开挖标尺的方法解决了这个难题。经现场实际验证,微型挖机工作效率是人工的20倍。在垂直排水带每层上设置开挖标尺,其施工方法为:在每层级配砾石填筑完毕后,将垂直排水带两侧的无纺土工布折叠好,上部纵向放置2～3根木方,微型挖机在开挖过程中必定先开挖到木方,然后才能挖到无纺土工布,这样能有效避免损坏土工布的问题。

4 结语

加筋土挡墙不但可以改变土的受力结构、提高土的抗剪强度、增加土体的稳定性,而且还能够在保证土地使用面积的情况下减少占地放坡面积。随着该施工工艺的逐步成熟、加筋土挡墙的施工范围将会越来越广泛。