某铁矿加筋土挡墙施工控制要点

廖振宇 冯婷婷

近年来,随着国家基础建设投资的增多,许多大型开挖后的高边坡或滑坡对新建项目的选址或已建成建(构)筑物形成较大的影响和制约。武钢集团下属某矿山因技术改造上马项目的场地有一处高15 m的边坡,该边坡多由工程弃土、尾砂、矿渣等回填土组成,而且上部素填土覆盖厚度过大,距离边坡前缘7 m～8 m是该项目一期已经建好的成品仓库,边坡由于土质松散、杂乱,受大气降水和生活用水的侵蚀,局部已经出现裂缝,若发生滑移会对仓库造成巨大威胁,所以治理该边坡刻不容缓。而武钢集团下属有10多处矿山,都面临着因弃土、尾砂堆填的高边坡对现有建(构)筑物形成威胁的问题。若都采用传统的支护形式,投资巨大,工期过长,效果不太明显,比选不同的矿山工程地质条件,选取该处边坡作为加筋土技术的试验点,待成功后向其他矿山推广。

1 施工控制要点

1.1 填料压实度控制

本加筋土挡墙设计填料采用的是工程场区地基土中第四系上更新统硬塑状黏土,通过击实试验测得最优含水量 wop=24.8%,最大干密度ρdmax=1.90 g/cm3,土粒比重 Gs=2.74。工程设计压实度不小于0.90。当挡墙开始施工第一级中,对第一层经过碾压夯实的加筋土进行环刀试验(每铺设0.5 m高加筋土进行30个环刀试验),试验数据最后显示填料压实度均在0.87～0.89之间,与设计压实度有一定差异。

经过现场勘察及室内试验分析,发现黏性土送至试验室的试样与现场已经开挖堆填的土料不一致,试样为原状土坡上剥离、封装,送至试验室试验,所代表为原状土,而已经开挖堆填的土料是准备作为大规模施工备用土料,期间经过雨水、施工区生活用水排泄浸泡,其含水量已经发生变化,不能代表原状土样。

控制采用如下措施:

1)密切关注天气变化,下雨前对开挖堆填备用的土料采用防水雨布遮挡,防止雨水浸泡;2)在堆填土料场地四周修建排水、截水沟,防止雨水、生活污水流入土料堆;3)在晴天回填每层加筋土前,利用反铲挖机对土料进行翻炒,让其水分充分挥发,一般翻炒2次～3次为佳,在翻炒期间适量加入生石灰颗粒,一般为1.5 m3土料撒100 kg生石灰;4)碾压机均匀来回碾压3遍～5遍,而且每层0.5 m高加筋土宜分成两次(0.25 m～0.30 m)回填碾压,效果更好;5)对于碾压机无法碾压到的墙边1.5 m区域及后轮区域,采用蛙式打夯机人工振动夯实,保证墙边及后轮区域压实度达到要求。

处理前与处理后压实度对比见图1。

经过翻炒、加生石灰处理后的填料压实度比没处理的土料压实度有比较明显的提高,基本在设计压实度之上,效果甚佳。

1.2 施工变形控制

1)开挖第一级挡墙的基础时,墙榫(防滑键)设计深度1.5 m,而施工期间以见到强风化基岩作为墙榫的桩端持力层,保证桩端进入强风化基岩0.5 m以上,所开挖的墙榫深度均在3.0 m～3.5 m之间,墙榫、墙趾、墙踵及第一级地基梁采取一次成型浇筑混凝土,保证基础的整体性,提高抗滑性;2)施工期间严格控制加筋土回填高度,保证每层加筋土高度维持在0.5 m左右,碾压机碾压次数控制在3遍～5遍为佳,人工操作蛙式打夯机以振动夯实8次～10次为佳;3)复合土工布严格按照设计规定包裹长度搭接,搭接采用φ 8的钢筋制作的铆钉锚固,对有细小不能完全包裹的部位采用土工布补缝,所有土工布即铺即回填土料,每层加筋土碾压夯实后顶部采用防水、防强光雨遮布遮挡,防止土工布因强紫外线照射而老化失效;4)砂石垫层采用一次摊铺夯实,埋设泄水孔;5)挡墙每层加筋土采用双砂袋填筑保证墙面平直,防止土工布松弛,距离砂袋1.5 m的范围内用80 kg人工蛙式振动夯击板,砂袋部位采用人工蛙式振动夯击板,碾压次数宜以8次～10次为佳;6)砂石桩施工采用跳桩施工,严格按照砂石配比3∶1投料,每投料1 m夯实3遍～4遍。

为了更好的验证加筋土技术的适用性,考虑到施工期间的影响,此次变形观测在第一级挡墙顶部上设置垂直位移观测点,在第三级挡墙顶部设置水平位移观测点,通过半年以上的持续监测,监测数据点见图2,图 3。

通过变形观测,施工完成的加筋土挡墙截止2009年2月8日垂直沉降量平均值72.5 mm,沉降速率0.31 mm/d,并且通过监测数据可以发现挡墙垂直沉降自2009年1月已经停止,而通过设计计算的最终沉降量为67.0 mm,表明施工中加强的施工控制得当,压实度控制严格,垂直变形不大,有效控制了沉降。

由图2,图3可以看出,第三级挡墙顶部略有水平位移,而至2009年2月8日后没有再发展。水平位移量极小,原因与垂直沉降量小是一致的,主要是:1)大部分变形在施工期间已经发生;2)土工布铺设长度及包裹回折部位处理得当;3)压实度控制好;4)挡墙分成三级,各级挡墙对下一级挡墙影响较小;5)每一级挡墙底部设置钢筋混凝土地基梁,增加墙体的整体刚度,防止加筋体局部受力不均而产生变形;6)第一级挡墙基底墙榫(防滑键)、墙踵、墙趾、地基梁一体成型浇筑非常关键,消除挡墙倾覆问题;7)挡墙顶部后援砂石桩加固效果明显,深厚素填土变形较小。

1.3 排水系统设置

加筋土挡墙的内部及外部排水对确保土工合成材料与填土摩擦阻力的发挥具有重要意义。在挡墙施工期间,严格按照设计布置截水沟、排水沟。选用的宽幅复合土工布具有水平排水功能,砂石垫层及砂石桩也具有滤水功能,所以在坡面设置一定数量的水平排水孔,保证后续土工布的排水。第三级挡墙背部设置截水沟、盲沟,并铺设防水土工布和滤水土工布。

2 结语

1)技改项目二期场区边坡治理宜采用加筋土技术,土工合成材料可选择复合土工布或土工格栅,填料依旧选取场区内已有的第四系硬塑状上更新统黏土;2)每次筋材铺设、碾压不能高于0.3 m,在填料中掺入一定比例的生石灰组成“三合土”,能有效提高压实度;碾压机+人工蛙式打夯机组合使用,能保证碾压机不能碾压到的区域及墙边1.5 m范围的加筋土压实度达到设计要求;3)土工布铺设后,尽量在8 h之内铺设、碾压填料,避免土工布过多照射紫外线而老化失效,如果不能及时封闭墙面,采用防紫外线遮布遮挡,防止墙面包裹回折的土工布被紫外线照射而老化;土工布一定要按照设计长度铺设,包裹回折长度宜多不宜少,尽量不留包裹缝隙;4)控制墙面坡度及变形时,可采用双砂袋填筑方式;5)当设计有底部基础防深层滑移时,基础部位宜采用钢筋混凝土浇筑一次成型,以提高基础整体性,提高抗滑性;6)施工期间排水、截水系统要及时完善,不仅保证填料的质量,也保证施工好的加筋土挡墙能发挥最佳的作用。

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