包裹式加筋土挡墙施工工法.docx

软土地区包裹式加筋土挡墙施工工法

1 前言
向莆铁路是以客运为主兼顾货运的国家一级高速铁路干线，主要承担福建省大部分地区与内地中西部地区的旅客、货物和双层集装箱交流以及省内城际客流运输，是福建省通往内地最快捷的进出省通道，也是福建沿海港口通达内陆腹地的港口后方通道，是名副其实的国民经济大动脉。
向莆铁路沿线为典型的软土地区。同时，由于部分向莆铁路线界不够，频临地方及铁路构筑物，路基施工面临很大的难度和风险。为了减少拆除既有建筑物，保证路基的施工宽度，铁道部和铁道第四勘察设计院决定在向莆铁路中首次采用软土地区包裹式加筋土挡墙作路基支挡及加固。
福州闽龙铁路工程有限公司在福州站改工程新建向莆联络线FDK544+227～FDK544+727段路基南侧施工中, 首次采用包裹式加筋土挡墙施工技术, 该项技术具有占地少、拆迁少、减少路基填方量、外形美观、施工工艺单一、质量可靠等优点, 其社会效益尤为显著。本工法根据设计要求在施工中借鉴和总结现有的软土地基处理方法和加筋挡土墙技术，总结形成软土地区包裹式加筋土挡墙施工工法。
2 工法特点
2.1 包裹式加筋土挡墙属于柔性支挡结构，具有很好的自身稳定和整体性能，能很好地适应软弱地基和地基的不均匀沉降。
2.2 施工简便，简单。除拉筋铺设、包裹体堆垒等需少量人工外，只需配备一般路基填筑所用机械。
2.3 工艺流程清晰, 能形成程序化、标准化作业, 操作者和管理者易于掌握, 质量容易控制。
2.5 3 适用范围
本工法适用于公路、铁路路基及桥台护岸工程等支挡和加固防护工程。挡墙单级使用高度为3~10米，超过10米的要做特殊设计。
4 工艺原理
软土地区包裹式加筋土挡墙是将软基处理和包裹式加筋土挡墙相结合的施工工艺——先采用高压旋喷桩加固软基，然后以高压旋喷桩为承重基础，施工包裹式加筋土挡土墙。

高压旋喷桩是利用工程钻机钻孔至要求深度后（或引孔旋喷一体机），利用高压旋喷台车把安有水平喷嘴的注浆管下到设计标高，利用高压设备使喷嘴以一定的压力把浆液喷射出去，高压射流冲击切割土体，使一定范围内的土体结构破坏，浆液与土体搅拌混合固化，随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱形桩体，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的固结体，起到止水与土体加固的作用。
加筋土挡墙是利用加筋土技术修建的一种支挡构筑物。加筋土是在填土中加入拉筋的复合土, 它利用拉筋与土之间的摩擦作用及面板、土体、拉筋间的互相制约作用, 改善土体的变形条件和提高土体的工程性能, 从而达到稳定土体、平衡挡土墙结构内力的目的, 保持路基稳定、耐久。
在加筋土挡墙中，墙体由于受土体的推力产生破坏时(暂将加筋土体看成无筋土体)，依据朗金理论，沿主动破裂面BC将墙体分为主动区和稳定区，见图l。下滑土棱体ABC自重产生的水平推力对每一层拉筋形成拉力，欲将拉筋从土中拔出，而稳定区土体与筋带的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一层拉筋与土体的摩擦阻力均能抵抗相应的土推力，则整个墙体就不会出现BC滑动面，加筋土体的内部稳定就有保证。

图1 加筋土挡墙受力分析图

5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
土工格栅检查验收
土工格栅下料
高压旋喷桩施工
混凝土基础施工
铺设土工格栅
包裹体施工
预埋面板连接件

填料铺摊压实
墙体施工完毕
沉降稳定
地基沉降观测
浇筑墙面板
固定土工格栅

施工帽石

附属工程

竣工验收

图2 包裹式加筋土挡墙施工流程图
5.2 操作要点
5.2.1 高压旋喷桩施工
1 大面积施工前，先对高压旋喷桩进行工艺试验。
1）组织机构
试桩过程由项目经理部负责实施，安质部、试验室监督配合；
试桩方案上报监理单位审核后，组织实施试桩，并请监理、设计、业主等单位全程监督和指导；
试桩过程数据记录和收集工作由经理部现场技术人员负责，工程部汇总分析后编制试桩报告。
2）资源配置
施工机具的选用及技术参数：
名称
型号
技术参数
钻机
XP-200
提升速度5～15cm/min
空气压缩机
XPB-90D
压力0.8Mpa,排风量2m3/min
单管

Φ50，喷嘴2.4mm
灰浆泵
Y100-4
泵压0.5～1.5Mpa,流量60～80L/min
人员：现场技术员2人、现场施工管理人员2人、现场试桩员1人、操作手4人。
材料：水泥采用红狮牌P.0 42.5普通硅酸盐水泥，注浆用水采用经过水质分析化验合格的地表水。
3）试桩工艺要求
设计试桩水灰配合比1：0.5～1，高压旋喷桩试桩水灰比采用：1：0.7、1：0.8：1：1 共三种配合比，每种配合比做3根试桩，旋喷桩桩径0.5m，桩间距为1.2m，桩长8m。
下钻转速：120-140转/min
下钻速度： 1.5m-1.6 m /min
送水压力：12-14Mpa
钻头提升转速：17-19转/min
钻头提升速度：18-21cm/min
浆液流量：60～80L/min
送浆压力：22-24Mpa
喷嘴直径 ：2.4mm
注浆管直径：50mm
钻头直径75mm
4）施工工艺
高压旋喷桩施工工艺流程框图

高台喷车对位调平

制 浆
下喷射管至孔底

空压机送气
灰浆泵送浆
旋转喷射提升至设计高度

停供浆、气

提喷射管出孔口

清洗泵及喷射管

移至下一孔位

5）安全及环保措施
禁止非专业人员作业，作业前进行相关安全培训及技术交底，使作业工人了解安全知识；严格执行安全用电制度，所有线路规范架设，做到一机一闸，按要求安装漏电保护装置；
现场杜绝闲散人员进入，限制工人作业的范围；施工前进行设备安全性能检查，确保安全后方可开展施工；人员进入现场必须按要求佩带安全防护用具；
6）环保措施
现场设置沉淀池，所有废液必须进行处理后排放；采取降尘措施，防止水泥扬尘；现场垃圾集中于垃圾收集器具，完工后及时回收处理；加强排水工作，防止水土流失。
7）成桩效果质量检验
成桩后7天龄期内，采用轻型动力触探（N10）检查桩头和桩身的均匀性和强度。
成桩28d 后在桩体上部(桩顶以下1. 5m ) 取原状加固土土样进行无侧限抗压强度试验。根据规范有关条款确定无侧限抗压强度不小于1.6MPa, 满足设计要求。
复合地基荷载试验。为检验施工质量, 成桩28d 后, 按设计要求进行复合地基荷载试验。采用慢速维持荷载法进行, 分10 级加载, 最大荷载为300kN , 承压板面积为1. 0m2。根据试验绘制P- S 曲线图。根据规范有关条款确定复合地基承载力不小于160kPa, 满足设计要求。
8）试桩总结
试桩完成以后确定相关技术参数及时进行试桩总结的编制，并报监理单位，以提供相关技术参数，同时指导现场后续大面积施工。
高压旋喷桩施工主要参数表
项目
技术参数
压缩空气
气压（MPa）
0.5-0.7
气量（m3/min）
0.5-2.0
水
压力（MPa）
12-14
流量（L/min）
80-120
喷嘴直径mm
2.4
水泥浆
压力（MPa）
22-24
流量（L/min）
60-80
水灰比
1:1
提升速度（cm/min）
17-19
旋转速度（r/min）
18-21
2 在对高压旋喷桩进行工艺试验确定施工参数后，开始进行大面积施工。
施工准备工作：首先，对进场材料—水泥进行原材料检测，对进场机械检测、人员报验。在材料、机械、人员检验合格后，才能进行下一道工序。机械使用前先进行调试，坚立钻机，安装灰浆、压浆管路，安装“旋喷桩浆量监测记录仪器”（即浆量自动记录仪）并请记录仪厂家和钻机班组共同安装试转，调试浆量达到规定的水泥浆量在桩身中均匀分布。
旋喷桩施工工序：
定位：钻机就位时先使钻头对准桩位标志中心，然后进行钻杆的双向调平，之后，再次调整对中，最后再精确调平。垂直度误差不超过1.5%，对中误差小于2cm。
钻进操作：由于在桩身不同深处采用了不同的泵压、上升和下钻速度，所以操作人员应熟悉操作工艺，严格按深度记录仪上显示的深度采用不同的参数进行控制。
送浆与钻进配合：司泵与司钻密切配合，并建立合理的联络信号，司钻与司泵均要求熟知施工工序及参数（严格按照试桩选定参数施工），要求钻进与送水（灰浆）同步，前后协同动作，一气呵成。司泵随时注意泵压的调整和异常情况，送水与送灰浆切换迅速，保持送液的连续，司钻注意钻进时的冒浆情况，一旦发现异常，立即采取有效措施，这是成桩质量控制的关键，应予以特别注意和加强管理。
灰浆的制作：选用红狮牌P O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1：1，根据每根桩的灰浆用量，提前制作，并经充分搅拌，搅拌时间少于15分钟的不得使用，超过初凝时间的浆液也不得使用；灰浆经过两道过滤网的过滤，以防喷嘴发生堵塞；抽入储浆桶内的灰浆要不 停地搅拌。在灰浆制作过程中，施工人员通过泥浆比重计严格控制灰浆的比重。
移机对位，重复以上步骤，继续施工，直至完成。
5.2.2 面板基础施工
先对加筋土挡墙进行详细测量定位, 标出基槽开挖线和开挖深度, 当纵坡变化时沿纵向基础做成台阶形。人工配合机械将基槽开挖至设计基底标高, 对基础底面高压 承载力满足设计要求后, 换填50cm碎石至设计标高。
在已换填好的50cm碎石上立模浇筑C20基础混凝土, 基础每隔4m设置一道伸缩缝, 缝宽2cm, 伸缩缝必须做成垂直通缝, 并用沥青麻丝填塞密实。
基础浇筑时, 要控制好基础顶面的标高, 基顶高程误差不大于±10mm。
5.2.3 铺设土工格栅
土工格栅材料采用高密度聚乙烯土工格栅，其受力方向延垂直线路方向铺设，抗拉强度不小于120kN/m。土工格栅长5m,竖向间距Sy=0.3m；土工格栅回折长不小于1.5m(顶部二层2.5m，不含包裹体)，幅间搭接0.1m。
各层加筋铺设前，应先填土碾压至加筋所在标高，铺设土工格栅加筋带时应展平、伸直，纵肋方向（受力方向）垂直于墙前沿线,且自面板向后逐渐升高，使筋带尾部比前端高0.1m左右。填土前应设法张拉，并使拉筋产生一定的伸长量,然后用骑马钉钉进填土内定位。骑马钉呈正方形布置，间距以不大于1.0m为宜。拉筋应完整连续，无破损和接头。
加筋带下料：下料长度为2倍设计长度，另加300～500㎜的富余。加筋带铺设应垂直于墙面，成扇形辐射状铺设在压实整平的填料上，不得重叠，不得卷曲或折曲。不得与硬质棱角填料直接接触。当挡墙沿纵向在平面上形成折线或曲线时，在转角处设置的加强筋与设计的筋带不能直接接触，须在设计的筋带铺设好后，摊铺大于50㎜厚的填料，再在其上铺设加强筋。

5.2.4 包裹体施工
5m土工格栅铺摊后，将包裹体沿土工格栅外侧堆垒（面板一侧），回折拉筋，用专用塑料缝合棒固定拉筋，使土工格栅与包裹体形成一个受力整体。
包裹体采用塑料编织袋填充装砂加砾石而成，宽0.6m，高0.3m。

5.2.5 固定土工格栅
土工格栅回折后，用骑马钉将其固定在填土上。骑马钉呈正方形布置，间距1.0m。

5.2.6 泄水孔与锚杆预埋
墙面板于墙前地面以上每隔2.0m上、下、左、右交错设置泄水
孔一个，泄水孔采用直径5cmPVC管。PVC管泄水孔在分层填筑时予埋，伸入墙面板内0.6m(包裹体直径)、伸入面板以内的PVC管表面应打梅花形孔并包裹渗水土工布。
墙面板于墙前地面以上每隔1.0m上、下、左、右预埋锚杆一个。锚杆钢筋安装前应先刷二遍防锈漆，一遍热沥青汁后用沥青麻筋(麻袋布浸沥青)缠裹一层防腐，伸入墙面板部分不做防腐处理。

5.2.7 填料的摊铺压实
5.2.8 沉降观测
5.2.9 墙面板及帽石施工
加筋坡面设C20钢筋混凝土板，顶宽0.20m，内挂钢筋网(0.2*0.2m)，采用φ10mm钢筋，钢筋网用φ20mm锚杆挂上（施工时预埋）。C20钢筋混凝土板沿线路方向10～15m间距设一道伸缩缝，内塞沥青麻筋，地形起伏地段基础措台设置。
为使面板与墙体构成一个整体，在浇注面板时，内侧不设模板。
帽石采用C15混凝土现场灌注，每节长3m，宽0.6m，高0.5m，面板嵌入帽石内0.2m。帽石内予埋U型螺栓用于安装防护栏杆。

6 材料与机具设备
表6.1 材料表
序号
名称
规格
技术指标
1
水泥
P42.5

2
垫层碎石
粒径不大于3cm

3
高密度聚乙希土工格栅

抗拉强度不小于120kN/m
4
锚杆
直径Φ20mm

5
塑料编制带
30*50cm

表6.2 施工机械设备配备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
状态
备注
1
高压旋喷桩机
SJB-III
台
2
良好

2
挖机
卡特320
台
2
良好

3
铲车
厦工50
台
1
良好

4
推土机
小松D60P
台
1
良好

5
压路机
三明YZ20
台
1
良好

6
振动冲击夯
HCD80
台
2
良好

7
混凝土振捣器
ZDN50
台
2
良好

7 质量控制
7.1 施工时应认真执行以下规范、标准：
7.1.1《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）
7.1.2《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）
7.1.3《客运专线铁路路基工程施工技术指南》（TZ212）
7.1.4《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210）
7.1.5《普通混凝土用碎石或卵石质量标准检验方法》（JGJ53）
7.2 高压旋喷桩质量标准
7.2.1施工前应检查水泥及外掺剂的质量、桩位、搅拌机工作性能各种计量设备完好程度(主要是水泥浆流量计及其他计量装置)。
7.2.2施工中应检查机头提升速度、水泥浆或水泥注入量、旋喷桩的长度及标高。
7.2.3施工结束后，应检查桩体强度、桩体直径及地基承载力。
7.2.4进行强度检验时，对旋喷桩应取28d后的试件。
7.2.5旋喷桩地基质量检验标准应符合表4.5的规定。

旋喷桩桩地基质量检验标准  
项目
序号
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控
项目
1
水泥质量
P.O 42.5
查产品合格证，复试报告
2
水泥掺入比
>15%
以单根桩总量
3
桩体强度
1.6Mpa
钻孔取芯28天无侧限抗压强度
4
地基承载力
≥160Kpa
复合地基承载力试验
—般
项目
1
机头提升速度
m/min
0.18～0.21
量机头上升距离及时间
2
桩底标高
mm
±200
测机头深度
3
桩顶标高
mm
+100
—50
用水准仪测量
4
桩位偏差
mm
≤20
用钢尺量
5
桩径
mm
不小于设计值
用钢尺检查钻头
6
垂直度
﹪
≤0.5
全站仪
7
注浆压力
Mpa
＞20
查看压力表
7.3 土工格栅原材料质量控制：加筋材料选用强度高、拉伸应变小、抗腐蚀性、抗老化性能好、蠕变变形小的高密度聚乙烯土工格栅。一般应采用抗拉强度不小于120kN/m的产品，即受力方向不应不小于120kN/m，碳黑含量≥2%，峰值应变≤10%。
7.4 拉筋铺设严格按设计说明施工，质检员现场施工人员当各项工序均达到设计要求后，方填土压实。
7.5 8 安全措施
8.1 在施工过程中应严格遵循《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401.1、TB10401.2）。
施工现场的所有电源、电路、电器的设置、安装必须遵守《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46）的规定。
8.3 本着“安全第一、预防为主”这一原则，提高安全意识，健全施工现场意外伤害应急预案，认真学习岗位安全职责和安全操作规程，提高业务水平和劳动技能，树立安全生产、规范操作的思想，以防患于未然。
8.4 确保机械设备安全使用，机械设备操作人员必须遵循设备的操作规程，机械操作人员和机动车驾驶人员必须有相应的特殊工种上岗证书，严禁无证上岗，严禁机械、设备带病和违章作业。
9 环保措施
9.1 高压旋喷桩施工过程中应做好以下环保措施：
9.1.1在本工程施工过程中和完工后，将对施工现场严格按设设计文件要求及时整治，防止水土流失和适时进行线路两侧的植被恢复。
9.1.2加强施工机械维修保养，防止跑油、漏油现象发生。
9.1.3各种施工废弃物集中存放，能回收利用的交物资回收部门，其它不可回收的废弃物采取深埋或按要求采取其它方法处理。
9.1.4生活垃圾做到先装袋密封，再入箱。生活污水设封闭沉淀池。
9.1.5防止噪声污染、光污染、粉尘污染。
9.2 在干燥季节，土石方运输及填筑施工时，要配备洒水车对施工便道、路基作业区进行洒水固尘。在土石方运输过程中，要跨越地方沥青（混凝土）路面时的，对运输车辆的车斗加设挡土板，并用彩条布等遮盖，以防落土扬尘；运输车辆必须限速行车；对车辆碾压的污迹及由车上散落路面的土石，要派人及时清除。
9.3 取土场开挖完毕，宜恢复为农田，不能恢复的则应整平，并设有向外的排水坡，在其上种植草皮、树木等加以绿化，以防造成水土流失。
9.4 弃土场选位时必须慎重，要综合考虑对农田、水利、河道、交通的影响。弃土场在封闭前要做适当处理，比如整平绿化等。
10 效益分析
10.1 经济效益：
通过精心组织，合理协调各工种，本工程提前15天完成施工任务，每天用工人20人，共计节约300个工日，取得直接经济效益15×20×100=30000元；节约机械台班5小时/日，共计节约75小时，取得直接经济效益15×5×280=21000元；机械、人工共计节约51000元。
10.2 技术效益：
通过对10.3 社会效益：

11 工程实例
福州站改扩建工程该段路基工程中地基为典型的软土地基，需进行高压旋喷桩加固，FDK544+227～FDK544+727右侧路基受福州站客整所围墙及所内建筑物限制设包裹式加筋挡土墙收坡,挡墙高度2～5米。
按设计要求，先对软土地基采用高压旋喷桩加固处理，旋喷桩完工达到相应的龄期后，做取芯试验和地基试验，试验合格，即开始施工包裹式加筋土挡墙。先开挖面板基础，铺设50cm碎石，安装模板，浇筑C20混凝土基础。接着进行土工格栅、包裹体、锚杆和泄水孔施工。土工格栅、包裹体、锚杆和泄水孔是一个受力整体，需同时施工。质检员现场施工人员当各项工序均达到设计要求后，方填土压实。填土时，由于加筋土与路基土属于在不同种类填料，故采用先加筋土填料填筑后普通土填筑的顺序施工。在每层填土压实后，为使面板与墙体构成一个整体，在浇注面板时，内侧不设模板。
到2011年12月为止, 经过几个月的运营，并经历来2011年的雨季后，除个别因沉降缝埋设不当，导致面板出现小裂缝外，包裹加筋土挡墙没有出现下沉、变形问题，的施工获得了成功。加筋挡土墙施工在我公司是首次施工，填补了公司在这方面施工技术领域的空白，在支挡防护的施工中有广泛的推广应用价值。