“先锚后填”施工工法在建筑高填方边坡中的应用

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  【摘 要】“先锚后填”施工工法应用在建筑高填方边坡支护中是非常成功的。通过板肋式锚索挡墙来承担支护结构上的荷载,采用预应力锚索有效地限制了土体的水平位移,保证了高填方边坡上部建筑物的安全。本文结合工程实例, 简要介绍斜坡地带高填方边坡治理中“先锚后填”施工工法的优点及其关键技术问题及质量控制,其成功经验可为今后类似工程的设计、施工治理提供借鉴。
  【关键词】先锚后填;工法;填方边坡;应用
  The "fill after the anchor man first" construction work method is in the building side ascent of application
  
  Li Si-quan
  (There is color geology in Yunnan province the bureau survey a design hospital Kunming Yunnan 650051)
  【Abstract】"Fill after the anchor man first" construction work method application is very success in the building Gao Tian2 Fang the side ascent protect.Pass the plank rib type anchor man Suo to block a wall to undertake to protect structure up of the lotus carry, the adoption prepare should dint anchor man Suo availably restriction the level of soil body move, assurance the side ascent upper part building of Gao Tian2 Fang of safety.This text combine the engineering solid example, synopsis introduction the side ascent of Gao Tian2 Fang of the slope district manage medium"first anchor man empress fill" construction work method of advantage and its key technique problem and quality control, it success experience can for aftertime similar engineering of design, construction manage to provide to draw lessons from.
  【Key words】First the empress of the anchor man fill;Work method;Fill a square a side ascent;Application
  1. 引言
  随着我国城市化的快速推进及经济的快速发展、人口的快速增长,可利用的平地资源相当有限,而城乡建设用地需求不断增加,坝区耕地资源持续减少,土地开发与保护的矛盾越来越突出。伴着“城镇上山”和工业项目上山,推动城镇尽量向山坡、丘陵发展,多利用荒山荒坡搞建设,少占或不占优质农田,努力实现城镇朝着山坡走、良田留给子孙耕的目标,高大挖方边坡、填方边坡就应运而生,而高边坡的开挖支护也受到周边环境的极大制约。因此,为了保证坡地建设项目的正常实施及边坡周边环境的安全,避免次生灾害的发生,必须采用合理安全经济的边坡治理措施。
  经过若干年的工程实践,人们探索和总结出了许多行之有效的边坡治理方法,而且高边坡病害的防治技术正向着复合型、轻型化、小型化、施工机械化发展,但在特殊情况下,也会出现现有方法不能满足特殊需求的情况。边坡治理工程设计与工程实施中,常常会遇到一些特殊情况,特殊问题的解决,常常需要一些特别的工程技术手段,因此,解决问题过程的本身就意味着必须去思考一种新型的工艺技术方法。非常规手段往往又是不成熟的,或者是没有类似经验可以借鉴,但其在理论上又是成立的或者是可以诠释的。本文所涉及的项目中,采用了“先锚后填”施工工法与板肋式锚索挡墙相结合,解决了直立高填方边坡快速、安全、经济的治理问题,其中,板肋式锚索挡墙是成熟可靠的工艺技术,“先锚后填”施工工法则是需要本项目解决的关键技术问题。
  2. 研发背景及技术思路
  2.1 在较大范围的高填方区,常常会遇到这样的情况:一是用地紧张,没有分台放坡填筑的条件,需直立或近乎直立填土;二是填方高度大,边坡安全等级高,对支护结构要求高,挡墙等常用支挡方法满足不了填方边坡稳定要求,需实施锚固支护结构;三是填土填料受制,填土中含有较大的块石等,不易压实,在填土中施工锚索非常困难;四是工期紧,实施常规锚索无法满足工期要求。五是不能因边坡填土堆载而诱发其它次生灾害。
  2.2 在上述情况下,对锚索性能提出了如下要求:一是锚索受力起始工作时间必须与填土施工同步,提前施工锚索,在填土过程中实现快速张拉锁定;二是锚固段完全置于稳定地层中,可提供较大吨位的锚固力;三是锚索在填土中是不能受到损坏。
  2.3 在这样的背景条件下,常规先填后锚的锚索施工工法不能满足上述需求,必须考虑一种新型施工工法,以满足工程安全、施工速度、工程造价的等方面的要求。根据以上情况,我们构思出了一种能实现快速锚固的新型施工工法,即先施工预应力锚索,再施工板肋式锚索挡墙等支挡体系,待锚固体系施工完毕后,再在墙后自然边坡与锚固体系的挡土板间填土夯实,形成人工边坡,实现快速锚固。   板肋式锚索挡墙剖面图3. 工程概况
  “云南丽江水泥有限责任公司2×2000t/d新型干法水泥熟料生产线”拟建场地地处低中山斜坡地带,地面标高以北东角最高,西部最低,最大高差150米;总的地势为北东高南西低,中部较平缓,自然地形坡度为20~30度。南部地形由三条自南向北的冲沟将地形分割成多块,坡度较缓。南部地形受冲沟刷切割作用,形成较为低缓的狭窄盆地。场区地层为一单斜构造,其地层组成主要为第四系人工填土层、坡残积层及三叠系上统强风化——中等风化砂岩、泥岩层,局部有第四系冲洪积碎石土层及粘性土层分布。 场地自然斜坡已成形多年,但在坡体上,未发现任何失稳痕迹,斜坡处于基本稳定状态,为基本稳定斜坡。但是从工程建设的长远来看,一方面场地存在季节性冲沟发洪水的潜在不稳定因素;另一方面由于场地平整开挖,在生料磨厂房平台与石灰石预均化堆棚之间形成高约12.5米左右的垂直高陡边坡,对边坡和场地的稳定及为不利。在受外力(水、地震)作用下边坡随时会失稳,固应作好安全可靠的边坡工程治理工作才能保证边坡的长期稳定。
  4. 工程措施
  4.1 预应力锚索设置。为了有效地控制高填方边坡的水平位移和竖向沉降,设计时采用了板肋式挡墙与预应力锚索结合的治理方案。在板肋式挡墙的立柱上设置拉力型预应力锚索,按一柱一锚形式设置,水平间距4.0m,竖向间距4.0m,锚索束数为7束15.24钢绞线,预应力锚索长度为18~26m。单根锚索承载力设计值为800KN,施加预应力840KN, 预应力锚索具体设置情况详见图1。
  4.2 板肋式挡墙设置。在生料磨厂房平台与石灰石预均化堆棚之间形成高约12.5米左右的垂直高陡边坡坡面上设置板肋式挡墙,锚索与板肋式挡墙立柱连接,板肋式挡墙的立柱断面尺寸为500mm×500mm,立柱之间用厚300mm的C25钢筋混凝土挡土板封闭,锚索挡墙顶部采用500×500mm的C25钢筋混凝土锁口冠梁连接,底部采用500×500的C25钢筋混凝土基础连接,锚梁及挡土板竖向钢筋应锚入基础及锁口连梁内。板肋式锚索挡墙具体设置情况详见图2。
  
  板肋式锚索挡墙立面图4.3 C25素混凝土斜坡肋板及C20钢筋混凝土肋梁设置。在板肋式挡墙后锚索竖向分布位置上每隔4m设置一道后400mm厚的C20素混凝土斜坡肋板,在斜坡肋板顶部设置400×400 C20钢筋混凝土压顶肋梁。
  4.4 碎石反滤层设置。在锚垫板后斜坡肋板之间设置厚300mm的碎石反滤层,用作墙背反滤层的材料应选用干净且含泥量少的砂石料。
  5. “先锚后填”施工工法的工艺流程及质量控制要点
  5.1 “先锚后填”施工工法的使用原理:根据对边坡体的使用要求、自然坡体现状、边坡高度、工程地质条件及环境条件,计算出完工后边坡体的坡度、坡顶填土宽度、坡角填土宽度,然后进行边坡安全稳定性计算,再根据安全稳定性计算结果进行锚固体系设计、支挡体系设计。根据设计图纸先进行锚索施工、再进行支挡体系施工,待支挡体系施工完毕后对锚索进行初张拉锁定,然后在自然坡体与支挡体系中进行填土夯实,待填土完毕后再对锚索按设计进行最终的张拉锁定。以上工作完成后就形成了一个安全稳定、可供使用的边坡。
  5.2 “先锚后填”施工工法的施工工艺流程:锚索孔位放线→锚索孔钻孔施工→锚索孔清孔→锚索制作→锚索安装→锚索注浆→板肋式挡墙位置放线→板肋式挡墙斜坡肋板浇灌→板肋式挡墙模板安放→板肋式挡墙浇灌砼→钢筋混凝土压顶肋梁施工→板肋式挡墙养护→锚索分层初张拉预紧→分层填土夯实→锚索最终张拉锁定→分层填土完成→锚索填土段注浆→锚索封锚。
  5.3 “先锚后填”施工工法总的施工工艺流程
  步骤一 锚索施工
  步骤二 板肋式挡墙施工
  步骤三 斜坡肋板施工
  步骤四 锚索最终张拉锁定 5.4 “先锚后填”施工工法的质量控制要点:
  (1)做好锚索施工的测量放线工作。因锚索施工是在自然边坡上进行,而锚索张拉锁定是在后道工序完成的支挡体系上进行,支挡体系与自然坡体有一定的距离及夹角,因此锚索测量放线工作难度较大。为此要事先测绘出自然坡体的走向、倾向与支挡体系间的距离,然后计算出锚索孔在自然坡体上的空间位置进行测量放线,确保治理完工后的边坡体锚索外观横平竖直、内部伸展平顺。
  
  步骤五 夯实填土封锚(2)做好支挡体系的测量放线工作。因支挡体系控制了边坡体的空间位置,完工后的边坡体坡顶线及坡角线正确与否将影响业主的建设使用。为此在施工支挡体系前要根据坡顶线、坡角线做好测量放线及复核工作、然后进行支模,支模完毕确认无误后,方可进行钢筋绑扎及砼施工,确保完工后的边坡体满足使用要求。
  (3)做好板肋式锚索挡墙后素混凝土斜坡肋板及钢筋混凝土压顶肋梁的施工,特别是要严格控制斜坡肋板中锚索间距、倾角、高程,钢绞线编束时,应逐根理顺,捆扎成束,不得紊乱。对进行了除锈处理的钢绞线涂刷强力防腐涂料,锚索应无明显弯曲、扭转现象;锚索防护涂层无损伤,凡有损伤的必须修复。斜坡肋板和肋梁虽为辅助措施,但对锚索起到保护作用,对挡板墙也起到临时支撑作用。所以,施工中严格控制断面及厚度,严禁出现厚薄不均及异常突起现象。
  (4)做好填土的分层夯实。因填土工作是在锚固体系及支挡体系施工完毕后进行的,因锚固体系的存在,填土时必须分层填土、分层夯实,以保证填土的密实度、保护锚固体系及支挡体系。
  (5)做好支挡体系的变形观测。因锚索初张拉锁定力较小,支挡体系在填土时因土体压力作用会向后移,填土时要做好支挡体系的变形观测,当发现支挡体系位移时应及时加大锚索初张拉锁定力对支挡体系位置进行恢复,保证填土完毕后的支挡体系空间位置符合设计要求。
  6. 选择板肋式锚索挡墙“先锚后填”施工工法的优点
  (1)采用板肋式锚索挡墙“先锚后填”施工工法支挡高填方边坡或防治高边坡病害,可遵循先板肋式锚索挡墙施工完成后再进行土方回填,自下而上锚固一级填土一级,待下部锚索进行初张拉并回填土方后,再进行上部锚索张拉施工并回填土方;对每一级边坡的施工,还可以进行分层和分段施工。这样,大大减小了边坡施工本身对边坡体的扰动,避免施工引起边坡病害。   (2)采用“先锚后填”施工工法先施工锚固体系及支挡体系,后在自然边坡与支挡体系间进行填土,减少了先填土后锚固传统做法的为保证边坡在未锚固之前保持稳定的多余填土工作量。而且采用预应力锚索挡板墙支挡可以大大减少挡墙基础土方开挖及回填方量,不但减少对自然边坡原状地形的破坏,且避免了大面积开挖引起的各种边坡病害,也减少了施工的安全隐患。
  (3)大大减少了锚索施工难度。因该工法锚索钻孔是在自然坡体的原生土中进行,避免了先填土后锚固传统做法的锚索钻孔施工在松散填土体中进行造成的钻孔坍塌、施工卡钻等孔内事故。
  (4)施工安全性:抗滑桩施工,人工挖孔深度较大(一般大于10米),挖井工人作业区狭窄,工人劳动条件艰苦,施工难度大;高填方边坡重力式挡土墙基础埋深、基础宽度较大,大面积基槽开挖易诱发边坡变形、失稳,安全问题突出。而预应力锚索挡板墙施工以机械工为主,工人劳动条件相对较好,安全易得到保证。因该工法锚索钻孔是在自然坡体上进行的,自然坡体稳定性较好,避免了填土体滑动造成的安全事故。保证了施工安全。
  (5)施工经济性:一方面,“先锚后填”施工工法锚索施工是在自然坡体的原生土中进行,锚索钻孔容易,避免了在填土体中钻孔易造成的钻孔坍塌、卡钻等事故而进行反复处理,重复发生费用;另一方面,因该工法填土是在支挡体系内进行,减少了多余填土工作量,从而减少了多余填土量造成的土方回填造价、支护完毕后的土方清运造价,从而大大减少了工程投资。
  (6)缩短了施工时间:一方面,“先锚后填”施工工法锚索施工已在板肋式挡墙施工前全部完成,因而减少了由于锚索分层施工造成灌浆龄期长的影响;另一方面,由于减少了填土工作量、降低了锚索施工难度,从而缩短了施工时间。
  (7)采用板肋式锚索挡墙“先锚后填”施工工法支挡,可以在施工过程中进一步验证方案的可靠性,在锚索施工过程中可充分利用锚索钻孔和灌浆作为先导进行全孔地质编录,对设计的分析判断进行验证,出现异常情况,及时反馈给设计人员对原支挡(加固)方案进行调整。实际上,由于岩土工程的特殊性,通常情况下即使作了一定的勘探工作,也难以把施工区域内的所有岩土工程问题搞清。岩土工程设计其本质是信息化设计,随着工程地质条件出现新的变化,可以不断的对设计方案进行调整、更新和优化。
  (8)板肋式锚索挡墙“先锚后填”施工工法支挡变被动防治为主动防治,抑制和调整边坡岩(土)体的变形,预防产生病害条件的进一步恶化,恢复或部分恢复了开挖体所失去的侧向支撑力,使边坡体处于三向受压的状态,防止或减缓岩体的松弛作用,也就防止或减缓了产生边坡病害条件的进一部恶化。
  7. 结束语
  (1)“先锚后填”这种新型的施工工法可以解决大范围的厚大、直立高填方边坡的抗滑板肋式锚索挡墙的快速锚固问题,可以实现常规“先填后锚”施工工法无法实现的锚固问题。
  (2)“先锚后填”施工工法在建筑高填方边坡中解决快速填土与锚固之间在工期上的矛盾方面具有明显优势。
  (3)由于填土工期短、速度快,填方压实度控制不好,势必会产生较大工后沉降,为了控制沉降和不均匀变形,可在填土中设置土工格栅。
  (4)工程检验证明,这种新型、快速“先锚后填”施工工法是可靠的,对边坡安全是有保障的。
  (5)“先锚后填”施工工法在高大填方边坡防治加固施工中,显示出了对地形、工程地质条件适应力强,施工工艺简便,操作灵活的特点,与其他支挡结构相比具有许多优点,设计理论和工程实践日趋成熟,具有广阔的应用和推广前景。
  参考文献
  [1] 《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002).
  [2] 《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS 22:2005).
  [3] 《丽江水泥厂边坡治理施工图设计》(徐国民,李四全等-2007).
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