市政工程擋土墻施工及加固技術

1、 HYPERLINK /thread-10335885-1-1.html o 市政工程擋土墻施工及加固技術！擋土墻的作用擋土墻是各類工程建設中常見的支擋結構形式，它具有結構簡單、占地少、施工方便和造價低廉等諸多優(yōu)點。目前，不僅廣泛應用于公路、鐵路、城市建設，同時應用于水壩建設、河床整治、港口工程、水土保持、土地規(guī)劃、山體滑坡防治等領域。概述擋土墻的分類擋土墻的種類很多，按照其結構特點可以分為：（1）重力式擋土墻;（2）懸臂式擋土墻;（3）扶臂式擋土墻;（4）支撐式擋土墻;（5）錨定板擋土墻;（6）板樁墻擋土墻;（7）加筋土擋土墻。擋土墻存在問題擋土墻的主要載荷是土壓力和相關的外來載荷，隨著其使

2、用時間的增長，擋土墻的穩(wěn)定性就會減弱，甚至會出現(xiàn)不同程度的失穩(wěn)現(xiàn)象。尤其是在頻繁的外部載荷和地震、水災等自然因素作用下，擋土墻的失穩(wěn)現(xiàn)象表現(xiàn)的更加突出。在公路交通建設中，幾乎所有的跨線大橋，山區(qū)公路均建有擋土墻。在動載荷下?lián)跬翂Φ氖Х€(wěn)日趨嚴重，如：始建于80年代的濱州黃河大橋南北接線的擋土墻，墻高6m，從1991年開始，擋土墻逐漸開始發(fā)生變形，墻體外傾，到1997年墻體的最大變形達280mm，其中南接線西側甚至發(fā)生過坍塌事故，嚴重威脅到整座大橋的交通安全。建成于1990年前后的104國道界河立交橋，自建成初期即發(fā)生輕微的墻體外移現(xiàn)象。從1997年開始，墻體的外鼓變形加劇，到2000年6月份，墻

3、體最大的位移量達到100mm，絕對位移量超過200mm，路面局部發(fā)生縱向開裂，墻體的頂部面板開始脫落，墻體整體失穩(wěn)，并有進一步加劇的趨勢。位于山東省淄博市境內(nèi)的辛店大橋，縱向長度600m的擋土墻均出現(xiàn)不同程度的外傾和外鼓現(xiàn)象，局部的外鼓達150mm之多，從而嚴重威脅到了公路運輸?shù)陌踩?001年9月27日，洛陽-三門峽高速公路K104+940-K105+100段坡間擋土墻，突然隨坡體下滑，塌方量達12萬m3以上，半幅路基平均下陷深度為5m，致使原定通車時間滯后3個多月。京滬高速公路（化臨段）擋土墻在建設過程中即發(fā)生不同程度的側滑現(xiàn)象，不得不重新設計和加固。由此可見，擋土墻的失穩(wěn)問題不是個例，而

4、是帶有普遍性。僅山東省境內(nèi)就有不少于20座各類擋土墻發(fā)生不同程度的失穩(wěn)現(xiàn)象。國內(nèi)類似工程有幾百處，嚴重者甚至有可能釀成墻體傾覆、交通中斷、人員傷亡的嚴重事故。因此，如何在設計和施工階段采用有效的工程措施，以消除擋土墻失穩(wěn)的事故隱患是事關交通安全的重大工程技術難題。失穩(wěn)擋土墻的加固方法主要有預應力錨固、重力式翼墻、后跺式扶臂墻、噴射混凝土和預應力錨桿聯(lián)合加固以及加筋噴射混凝土和預應力錨桿聯(lián)合加固等 。在實際工程中，由于擋土墻所承受的外部載荷環(huán)境不同、回填土性質(zhì)以及擋土墻的類型不同，因而，結構失穩(wěn)的原因和所采用的加固方法以及同一種方法所選用的加固參數(shù)也不盡相同，所以，問題的研究必須有針對性。即針對

5、某一類型的擋土墻的失穩(wěn)情況，從實際出發(fā)進行比較系統(tǒng)的研究，了解它的失穩(wěn)機理并選擇一種切實可行的加固方法，從理論和實踐中加以證明其可行性并進而推廣應用。加筋土擋土墻失穩(wěn)的基本特征及原因分析失穩(wěn)特征據(jù)調(diào)查，加筋土擋土墻雖然建設的年代、應用對象甚至具體的設計參數(shù)不盡相同，但由于基本結構是相似的，因此其失穩(wěn)現(xiàn)象都有著共同的特征：1、墻體外鼓這種現(xiàn)象約占70%，主要有以下兩種表現(xiàn)形式：(a)弧形外鼓(圖6a)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全國現(xiàn)有的加筋土擋土墻運行5年以上的，都不同程度地出現(xiàn)了墻體外鼓，路面兩側護欄內(nèi)傾，且墻體越高，外鼓現(xiàn)象越嚴重，外鼓位移最大處一般發(fā)生在離地面高度的2/3處。(b)S形外鼓(圖6b)。這

6、種現(xiàn)象不是孤立存在的，一般伴隨著弧形外鼓出現(xiàn)(例如G104界河立交橋)，其主要特征是：總體仍屬弧形外鼓，但在墻體中下部又出現(xiàn)另一外鼓現(xiàn)象。2、墻體外傾(圖6c)這種現(xiàn)象約占30%，主要特征是：墻體整體外傾、路邊護欄外傾（如濱州黃河大橋北接線東側墻體）。3、路面開裂所有出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的加筋土擋土墻，一般都伴隨著路面縱向開裂，嚴重者裂縫寬度達520mm，路面有無裂縫，是判別墻體是否整體失穩(wěn)的最主要的特征。4、拉筋與面板脫離，造成墻體面板局部單塊滑落。圖6 加筋土擋土墻失穩(wěn)特征示意圖原因分析加筋土擋土墻是國內(nèi)外已廣泛應用的成熟技術，我國也制定了相應的設計與施工規(guī)范（JTJ015-90）。但為什么加筋土

7、擋土墻在建成初期或運行一定時期后卻相繼發(fā)生了輕微變形以至發(fā)展成嚴重失穩(wěn)變形呢？經(jīng)綜合分析，其存在著外在和內(nèi)在兩方面的原因：1、外在原因(a)我國大規(guī)模建設加筋土擋土墻時期，交通流量遠不及現(xiàn)在大。例如：濱州黃河大橋81年以前日交通量平均為3085輛，到2000年已增至14890輛；山東省G104界河立交橋建成初期（1989年），日均交通量為2168輛，至2000年達到7645輛，且大型運輸車輛增多，超載嚴重（最大車貨總量超過100噸），直接導致路面動荷載劇增，超過了原設計路基的承載能力。(b)對于一般車流量很大，動荷載相對較高的路段，墻體變形一般主要受動荷載的影響，出現(xiàn)嚴重的外傾失穩(wěn)，造成頂層拉

8、筋斷裂、面板脫落。(c)施工質(zhì)量不高，尤其初期填方不實，拉筋松弛或拉筋材料選材不適當甚至不合格也是造成加筋土擋土墻失穩(wěn)的不可忽視的外在原因。2、內(nèi)在原因(a)車輛動荷載所引起的側壓力沿垂直方向遵從布西涅斯克解，即在彈性半空間體上作用一壓力，其應力分布是上大下小，而主動土壓力是上小下大，二者作用的迭合，即在離地面高度的2/3處形成最大的外推力。因此，墻體外鼓是必然的。但外鼓不一定失穩(wěn)，只要外推力不超過拉筋的抗拉強度，墻體仍可保持相對穩(wěn)定，而判別擋土墻是否失穩(wěn)的最明確的外在標準是路面是否開裂及面板是否脫落。(b)加筋土擋土墻的加筋材料為增阻遲緩的柔塑性體，在動荷載作用下增阻速度滯后，不能及時提供阻

9、力以抵御動載對土體的破壞作用。在許多情況下，拉筋失效并非是本身強度不夠，而是增阻速度不及動載的增載加速，土體因瞬間變形超限而破壞，從而導致墻體填方失穩(wěn)。(c)墻體內(nèi)的填土本身強度很低，建成之時存在著初始塑性變形區(qū)，動荷載劇增即可誘發(fā)原有塑性區(qū)的進一步擴大和發(fā)展，隨著時間的積累和變形的疊加，即可能在擋土墻內(nèi)部出現(xiàn)整體和永久性的破壞。實 例 界河立交橋加筋土擋土墻失穩(wěn)加固處理工程背景界河立交橋建成于1990年，自建成初期即發(fā)生輕微墻體外傾現(xiàn)象。從1997年開始，外鼓變形逐漸加劇，至2000年6月，最大位移量相對值達100mm，絕對值超過200mm，路面局部發(fā)生縱向開裂，兩側護攔內(nèi)傾，頂部面板局部脫

10、落，墻體整體失穩(wěn)，并有進一步加劇的明顯趨勢 。工程對策1、必須滿足的前提條件對于失穩(wěn)加筋土擋土墻，最簡單的處理方法是在墻體外側壓土或附加一個重力擋墻作為外支撐，但這將直接導致加筋土擋土墻的主要優(yōu)越性的喪失，不但工程量巨大，又需要重新征地，除非緊急搶險，此方案不能采用。任何擬采用的加固方案必須滿足以下條件：(a)不能破壞原工程的基本結構，所實施的加固方案既能完全保留加筋土擋土墻的既有優(yōu)越性，又能保證不影響其使用功能。(b)在不影響主路面安全運行的前提下能正常進行加固施工。(c)施工工藝要相對簡單，工程造價及施工工期不能高于其它加固方案。2、可采用的工程方案經(jīng)反復分析比較，能同時滿足上述條件的方案

11、其實范圍很?。菏紫?，其必須是常規(guī)技術；其二，它能有效抑制或減小墻體變形；其三，它具有可靠的有效性和持久性。如何選擇并確定這樣一個由多項常規(guī)技術構成又非常規(guī)的有效技術組合，是解決失穩(wěn)加筋土擋土墻加固問題的最大難題。（a）主要方案理想的方案是通過一種特殊的工藝，將墻體對應面板鑿穿，穿上鋼筋，對拉鎖定，完全取代原有的拉筋(圖8a)。由于國內(nèi)目前鑿孔設備及技術所限，對穿鑿孔不易實現(xiàn)，可改由兩側分別鑿孔，并安裝預應力錨桿以代替對拉鋼筋，這樣鑿孔問題易解決，同時又保持了前者的技術精髓，是可實施的技術方案(圖8b)。圖8 主要方案示意圖（b）選定方案在墻表面噴射一層砼(加錨網(wǎng))，使分散的面板預制塊由單體變成

12、整體，這樣可保證在墻表面任何一點加力都能將力分布在“一片”而不是“一塊”上，整個噴層相當于一個大承力墊板，整個外墻成為一個整體，可大大提高其抗彎、抗剪和整體承載能力。在墻體兩側墻面對打13排預應力錨桿，以此來有效抑制墻體的變形。錨桿安裝過程中，采用“分層多次高壓注漿預應力錨固技術”，實施多次分層注漿，既能通過對土體的改性加固墻體本身，又可提高預應力錨桿的承載力，一舉兩得。3、需要克服的主要技術難題(a)鑿孔問題。由于路基填土為非原狀土，而是由土石組成的雜填土，在這樣的雜土層中鉆孔十分困難，能否正常成孔是選定方案正常實施的關鍵和前提。(b)預應力錨桿。雖然在巖石層中或在原狀土層中安裝永久預應力錨

13、桿在國內(nèi)外已是常規(guī)技術，而在人工雜填土層中實施該項技術卻有許多沒有解決而又必須解決的技術難題：預應力錨桿預應力值的衰減特征如何，最終穩(wěn)定的預應力值是多少。采用何種技術手段能提高并能永久保持設計預應力值。如何確定預應力錨桿的設計參數(shù)(如錨桿的長度、直徑、密度等)。(c)錨噴網(wǎng)。按方案，錨噴層是作為其與面板間的結合體而設計的，預期效果能否實現(xiàn)，如何實現(xiàn)？(d)注漿。在填土中進行注漿，漿液能否按預想的在設計范圍內(nèi)分層并有效擴散；如何在保證不破壞路面和墻體本身的前提下確定注漿參數(shù)，實施高壓注漿；注漿對最終加固效果影響有多大，作用如何等等。所有這些問題必須通過實驗和現(xiàn)場工程實踐來回答。施工過程本項目確定

14、的加筋土擋土墻加固方案主要由三項常規(guī)技術錨噴、注漿和預應力錨固構成。這三項技術在國內(nèi)外巖土工程領域已得到廣泛應用，但應用于加固加筋土擋土墻，在國內(nèi)外尚屬首次。由于加固對象的特殊性，所以，要達到設計要求，保證完美的加固效果。1、墻面錨噴網(wǎng)加固在擋土墻外墻面鋪設一層鋼筋網(wǎng)，主筋采用10鋼筋，網(wǎng)度為1000mm1000mm，輔筋采用6.5鋼筋，網(wǎng)度為150mm150mm。主筋的每個節(jié)點處，打一根連接錨桿。連接錨桿采用16螺紋鋼，錨固深度為500mm，并與主筋焊連。在整個外墻面噴射一層80mm厚的砼，標號C25。圖9 墻面噴射鋼筋混凝土設計圖2、工程對策針對上述問題，首先進行了理論分析，基本弄清了出現(xiàn)

15、問題的內(nèi)在原因，根據(jù)不同情況，設計了多項不同的試驗，從根本上解決了這些問題：（a）合理配比。通過現(xiàn)場噴射試驗，確定了最適合于噴射對象的噴射材料配合比，即水泥:砂:石子:水:速凝劑=1:2:2:0.4:0.025（重量比）。(b)分層濕噴。試驗發(fā)現(xiàn)，單次噴層厚度不大于40mm，則噴層就不會脫離墻面。超過40mm，個別地段出現(xiàn)輕微離層的跡象。(c)局部增厚。在每根預應力錨桿錨固墩周圍增加了一道加強鋼筋網(wǎng)，參數(shù)與單層相同。經(jīng)過試驗，在每個錨固墩周圍1m2范圍內(nèi)，噴層增至150mm（雙層鋼筋網(wǎng)），即可完全消除由于局部承載而引起的噴層裂紋現(xiàn)象。(d)分期養(yǎng)護。每次噴射完成后，即進行一次養(yǎng)護（噴水），墻面

16、強度增至設計值的40%時，再進行下一循環(huán)噴射和養(yǎng)護，直至達到要求的厚度再進行最終養(yǎng)護。試驗證明，分層噴射、分期養(yǎng)護，可徹底消除由于養(yǎng)護原因而帶來的噴層裂紋問題。3 、其他常規(guī)工程措施（a）連接錨桿安裝采用7655型氣腿鑿巖機鉆孔，孔徑50mm，孔深500mm，鉆孔垂直于墻面。向鉆孔內(nèi)注入水泥砂漿。首先向孔內(nèi)插入注漿管至孔底，隨砂漿的注入緩慢地將注漿管拔出，保證砂漿注入飽滿。注完漿后，立即將連接錨桿插入，連接錨桿用16螺紋鋼預制，外露端帶彎鉤，以備與主筋交叉相連。（b）布設鋼筋網(wǎng)主筋的布設：按1000mm1000mm的網(wǎng)度編主鋼筋網(wǎng)，在鋼筋網(wǎng)的交叉點處及錨釘與鋼筋網(wǎng)接觸點采用焊連，焊接點位置與墻

17、面的距離為3050mm。在準備布設預應力錨桿的位置，預留孔位并采用塑料套管保護，以便于下一步預應力錨桿的施工。輔筋的布設：按150mm150mm的網(wǎng)度編輔筋鋼筋網(wǎng)，在鋼筋網(wǎng)的交叉點及輔筋與主筋的交叉處，采用2鐵絲綁扎牢固，將輔筋鋼筋網(wǎng)與主筋固定在一起。在輔筋布置的同時，定點埋設控制噴射混凝土厚度的標志，以確?；炷羾娚涞暮穸取Ｔ陬A留的預應力錨桿鉆孔孔口周圍，布設1.0m2的加強鋼筋網(wǎng)，兩層網(wǎng)間距為50mm。（c）噴射混凝土首先將光滑的墻面鑿毛，然后用高壓風、水將墻面沖凈，以保證首次噴層與墻面的良好粘合。第一層噴射厚度40mm，噴頭與噴面垂直，間距為0.61.0m，第二次噴射砼在第一次噴射養(yǎng)護2

18、4小時后進行，必須保證噴射厚度和表面平整。（d）養(yǎng)護每次噴射完成，噴層初凝后立即進行養(yǎng)護，當最后一次噴射的混凝土終凝2小時后，進行正常養(yǎng)護，每天至少噴水4次。養(yǎng)護時間一般不得少于7天。每層噴完后第一次噴水養(yǎng)護時，采用低壓噴水，以防止沖壞噴射混凝土表面。在養(yǎng)護過程中凡發(fā)現(xiàn)剝落、外鼓、裂紋、局部潮濕、色澤不均等不良現(xiàn)象，均及時分析原因、采取措施進行修補，以防后患。坡間擋土墻失穩(wěn)的類型及原因分析所謂坡間擋土墻是指半填半挖段的路基擋土墻，一般位于自然邊坡的坡面上，它是所有擋土墻結構形式中難度最大、結構最復雜，也是最易失穩(wěn)的結構形式。失穩(wěn)類型(a).單純失穩(wěn)所謂單純失穩(wěn)是指由于填方質(zhì)量不好，墻體支擋能力不夠，路面荷載過大而引起墻體本身的失穩(wěn)，常見的各類擋土墻失穩(wěn)大多屬于此類情況。(b).間接失穩(wěn)此類失穩(wěn)是指由于坡體滑移導致的墻體基礎外移，容易誘發(fā)整個墻體傾覆的嚴重事故