“渐进式台阶半逆作法”在仰斜式重力式挡土墙施工中的应用

2022-02-20徐小诗

山西水利 2022年9期

徐小诗

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建福州 350001）

1 仰斜式重力式挡土墙

重力式挡土墙，可根据墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。其中，城镇道路工程中的支挡工程多以仰斜式重力挡土墙为主。仰斜式重力式挡土墙有以下两大特点：一是安全稳固，按土压力理论“仰斜式墙背的主动土压力＜直立式墙背的主动土压力＜俯斜式墙背的主动土压力”，相较于直立式与俯斜式墙背，仰斜式墙背所承受的填土压力最小，背离填土一侧移动发生的概率和位移也最小。二是支撑简易，仰斜墙背可直接借助开挖的临时边坡，俯斜和直立式墙背后需要回填土，因此，支挡挖方工程的边坡，多选择仰斜墙背。如果是填方工程，为减小土压力，采用仰斜式墙背依然可行，但应注意墙背附近的回填土质量。

2 挡土墙两种施工工法分析

2.1 现有仰斜式重力式挡土墙施工工法

（1）测量放线、基础开挖、地基处理、碎石垫层、混凝土垫层、挡土墙基础、墙背回填依次施工，仰斜式重力式挡土墙传统施工工艺流程见图1。

图1 仰斜式重力式挡土墙施工工艺流程图

（2）长100m的仰斜式重力式挡土墙，分五个仓段施工。第一仓第一层（挡土墙基至最下一排泄水管底部，见图2）完工后，施工班组顺接进入下一仓挡土墙的第一层施工。为避免墙背回填施工损伤第一仓的第一层墙体，回填施工班组采用小型碾压设备，从挡土墙背填土区基础点，按每250cm分层回填黏土压实，逐层施工至第一排泄水管底部。

图2 现有挡土墙墙背第一层回填施工

（3）完成安装最下一排泄水管、填筑反滤包后，开始第一仓挡土墙的第二层施工至第二排泄水管底部。待第一仓第二层挡土墙完工后，筑墙班组顺接进入下一仓的第二层挡土墙施工。为避免损伤墙体，回填施工班组采用小型碾压设备，及时对墙背区按每250cm分层回填透水性材料，碾压至第二排泄水管底部。

（4）完成安装第二排泄水管、填筑反滤包后，筑墙班组进行第一仓挡土墙的第三层施工。回填施工班组按250cm厚回填透水性材料，碾压至设计墙顶高程，待第一仓挡土墙完工，顺接进入下一仓挡土墙施工，见图3。

图3 现有挡土墙墙背回填施工

2.2 “渐进式台阶半逆作法”改良工法

通过对仰斜式重力挡土墙的外形构造、现有施工工艺特点以及实际施工经验成果进行分析，提出“渐进式台阶半逆作法”改良工艺，采用多仓连续流水线式施工。

（1）“渐进式”指回填施工班组每完成一仓墙背回填、碾压，顺接进入下一仓施工；筑墙班组紧接着进行墙身施工，如此层层渐进往复，上一工序始终比下一工序高出一个台阶。

（2）“台阶”指每完成一层墙背回填土碾压后，紧跟着完成一层挡土墙施工。挡土墙墙身施工过程中，墙背回填碾压层始终比挡土墙墙身施工层高一阶，见图4。

图4 改良工法工序立面图

（3）“半逆作法”指挡土墙的基础和第一层施工，采用现有工法“先搭墙、后回填”的施工工艺；挡土墙第二层以上墙身施工，颠倒施工顺序，采用“先回填、后搭墙”的施工工法，替代现有的“先搭墙、后回填”施工工法。

2.3 改良工艺流程

（1）挡土墙基础施工：测量放线、基础开挖、地基处理、碎石垫层、混凝土垫层、挡土墙基础依次施工。

（2）考虑把挡土墙地基基础集中受力进行扩散，改善基础过于集中受力的不利情况，设计将挡土墙基础加宽。因为挡土墙的墙背面呈俯斜式或直立式，所以地面高程以下墙背的回填、碾压，采用现有工法“先搭墙、后回填”的施工顺序。待第一仓挡土墙基础完工，筑墙班组顺接进入下一仓挡土墙基础施工阶段后；回填班组采用小型碾压设备及时对墙背区按每层250cm厚黏土分层回填、碾压至最下一排泄水管底部，后续其他仓段依此类推，见图5。

图5 挡土墙基础施工示意图

（3）墙背回填至最下一排泄水管设计高度后，安装最下一排泄水管、填筑反滤包。由于挡土墙的墙背呈仰斜式，地面高程以上的墙背回填碾压，采用“先回填、后搭墙”的改良工法施工。因此回填班组继续在第一仓，采用“大型碾压设备为主、小型碾压设备为辅”的施工方式，用透水性材料对墙背进行分层回填、碾压，至第二排泄水管底部高程，后续仓段依次类推。随着墙背回填宽度增加，回填层边缘处，大型碾压设备无法碾压区，采用小型碾压设备分层夯实。

（4）待第一仓第二层挡土墙墙身完工，墙体施工队伍顺接进入下一仓挡土墙第二层墙身施工后，回填班组及碾压设备回到第一仓，及时对墙背区进行分层回填、碾压至设计墙顶高程，依次类推，见图6。

图6 挡土墙墙顶部分墙背回填土至设计高程

（5）最后，进行挡土墙墙身顶层施工。

3 “渐进式台阶半逆作法”改良工法优势

3.1 结构灵活，适应性强

根据施工经验，仰斜式重力式挡土墙的胸坡和背坡多为1∶0.2～1∶0.3，仰斜式重力挡土墙背坡度愈缓，主动土压力愈小，完工后墙体结构安全性愈高，但存在施工难度增大、施工中墙体结构稳定性降低等问题。“渐进式台阶半逆作法”采用“先回填、后搭墙”的施工方式可很好地解决上述困难。修建仰斜式重力挡土墙时，可适度调缓墙背开挖的坡度，可统筹工期要求、地质条件、气候条件、结构安全性、经济性等一系列因素，减少了墙背回填时间，彻底解决了墙背土回填碾压工期长、施工机具效率低，墙背暴露时间长造成墙身后倾、偏位、滑移等一系列问题。若需是填方工程，在考虑土压力的前提下，适当调陡墙背坡度，有利于加强墙背附近的回填土质量，经济效益随之提升。

3.2 “先回填、后搭墙”工艺

（1）黏土回填不仅避免了水从挡土墙墙背渗入地基，而且起到固定地下部分墙身的作用，既保证了施工质量，也确保了挡土墙外轴线线性顺直、美观。另外，相比传统挡土墙“先搭墙、后回填”的施工方式，此道工序地下部分至最下一排泄水管区域的墙身施工省去了挡土墙墙背模板安装工作，降低了手工作业量，加快了施工进度。

（2）透水性材料回填。透水性材料如碎石土、中粗砂等材料，不仅保证了墙背排水通畅，有效减小主动土压力，避免挡土墙失稳坍塌，而且保证了挡土墙外轴线线性顺直。同时，只需要在面墙一侧立模作业，钢管、模板投入量是现有工艺的1/2。此外，墙背回填碾压层始终比挡土墙墙身施工层高出一阶，挖机以墙背回填碾压层为平台，操作手的施工视野好，有利于墙身施工的安全和质量控制。

3.3 36t压路机碾压墙背回填土

借鉴成都天府国际机场地基处理及土石方工程（06标段）采用36t压路机碾压土石方作业的宝贵经验，可以得出当土石方含水量处于最佳含水（±2%）状态下宜直接摊铺碾压，采用36t压路机（振动频率设置为28Hz，行走速度设置为2km/h）进行振动碾压；松铺厚度控制在80cm，碾压4遍时，压实度可达到96%以上。回填层边缘处压路机无法碾压区域采用小型夯机按25cm分层夯实墙背土的作业方式替代。

墙背土回填采用36t压路机碾压，是“渐进式台阶半逆作法”改良工艺的核心组成部分，不仅有效解决了传统挡土墙施工中存在的墙背土压力增大造成挡土墙墙身前倾、变形等问题，而且效率大大超越了采用小型夯机每次只能夯实25cm墙背土的传统工艺。

3.4 全部连续流水作业，工期短

“先搭墙、后回填”（旧工法），第一层挡土墙完成施工，紧随墙背回填、碾压，可以充分利用工作面，确保主要施工工序形成连续流水施工，但期间存在因技术间歇期以及不同工种作业效率差异导致的工期拉长。这种施工方式完成100m长、7.67m高、坞工体积1567m3的仰斜式重力式挡土墙，需要26.4个工日。

改良工艺“先回填、后搭墙”连续流水施工方式，合理地调整施工顺序，先用36t压路机回填碾压，避开了墙体施工，提升了施工效率、压缩了回填作业时间，确保了回填与搭墙工序之间的衔接，循环有序。科学地利用施工作业面，缩短了工期，实现了专业化生产，提高了工程质量与劳动效率。此外，工序之间无缝衔接，每工日资源投入量较为均衡，为现场文明施工和科学管理创造了有利条件。采用改良工法完成一段100m长、7.67m高、坞工体积1567m3的仰斜式重力式挡土墙，仅需要17个工日，见表1。

表1 改良工法连续流水施工进度计划表

4 实践成果分析

4.1 施工实践

由中国电建航空港有限公司承建的广州白云国际机场北远二期项目及B滑场道工程的地基处理工程，根据工程地势设计方案，场区内存在挖方边坡，边坡高度0～5.5m。对边坡陡于1∶1.5的区域，采取重力式挡墙支挡措施。B滑场道内现有设备停放区与本次新建土面区之间存在约0～2m高差，不具备放坡空间，采用重力式挡墙进行支挡，工艺流程同上。

4.2 施工质量分析

“渐进式台阶半逆作法”促进了新型施工材料——建筑免拆模板的推广使用，它是一种由薄形热浸镀钢板为原材料，经加工成为有单向U型密肋骨架和单向立体网络的永久性模板，其力学性能优良，在挡土墙基础、地面以下墙体施工，采用现有工法“先搭墙、后回填”的施工方式时，采用建筑免拆模板增强了挡土墙基础结构及部分墙背的应力强度，无需等到混凝土强度达到设计强度的75%再进行墙背回填作业，为快速有效地实施下一道工序打下了基础，确保施工质量满足设计要求。

4.3 工期分析与结构安全性

“渐进式台阶半逆作法”有效解决了技术间歇期和不同工种作业效率差异较大两个难题，彻底解决了重力式挡土墙施工一直存在的墙背土回填碾压工期长、效率低，墙背暴露时间长、墙身后倾、偏位、滑移及导致的整改、返工等一系列问题，挡土墙一次成型，有效工作时间有保证，适合仰斜式重力式挡土墙这类工艺衔接紧密、工艺重复性强的线性工程。

4.4 设备投入分析

按照工艺施工要求，分析各施工施工工艺所需的设备投入。见表2。

表2 设备资源投入

现有工艺投入直立式振动夯这类小型机具，直接成本低，但是其性能单一、使用面窄、施工效率低、施工质量无保障（尤其面对压实度要求不小于95%的土方），实则增加了墙背土回填碾压工期，另外墙身后倾、偏位、滑移等一系列问题的整改、返工也增加了间接成本。改良工艺虽然采用了36t压路机这类大型机具，但是在施工质量、安全、工艺紧密衔接、施工效率等方面发挥了巨大作用，实则节约成本。