[QC成果]公路老挡墙加固利用新方法

1、PAGE PAGE 21 QC 成果资料浙江交工 公路老挡墙加固利用新方法浙江省交通工程建设集团第三交通工程有限公司浙江交工三公司丽水330国道改建工程QC小组发布人：陶万涛 二O一四年十二月目 录 TOC o 1-1 h z u HYPERLINK l _Toc407301423 一、工程概况 PAGEREF _Toc407301423 h 3 HYPERLINK l _Toc407301424 三、选择课题 PAGEREF _Toc407301424 h 4 HYPERLINK l _Toc407301425 四、设定课题目标 PAGEREF _Toc407301425 h 5 HYPER

2、LINK l _Toc407301426 五、提出各种方案并确定最佳方案 PAGEREF _Toc407301426 h 6 HYPERLINK l _Toc407301427 六、制订对策表 PAGEREF _Toc407301427 h 9 HYPERLINK l _Toc407301428 七、按对策表实施 PAGEREF _Toc407301428 h 10 HYPERLINK l _Toc407301429 八、确认效果 PAGEREF _Toc407301429 h 19 HYPERLINK l _Toc407301430 九、巩固措施和标准化 PAGEREF _Toc407301

3、430 h 19一、工程概况330国道莲都至缙云段是丽水市境内交通最繁忙和拥挤的路段之一。由于建设早，设计等级低，不仅路面宽度小，而且弯急、坡陡、视距不良等行车危险路段较多，已严重制约当地的交通出行与经济发展。2011年年初浙江省交通厅决定对330国道进行改建拓宽，提升330国道的公路等级。扩建方案为半幅路半幅桥，即通过在老路沿河侧新建平行桥的方式来拓宽，对老路的处理原方案拟将老路挡土墙拆除后，重建衡重式挡墙。由于330国道是依山沿河道路，左右两侧的可拓空间都非常有限，而且现有交通繁忙、重车多，这使得拓宽施工在空间上和时间上都有难以克服的困难。如果在老挡墙加固利用新方法研究方面有所突破，这对工

4、程的质量、进度、效益以及边施工边通车等都是极为有利的。二、QC小组简介及活动计划1、小组概况： QC小组概况一览表 表2-1小组名称浙江交工三公司丽水330国道改建工程QC小组成立时间2014年3月1日课题名称公路老挡墙加固利用新方法小组类型创新型组长奚兵活动日期2014年3月2014年12月注册时间课题注册小组注册活动频次1次/周，出勤率90%小组人数9人序号姓名性别年龄文化程度组内职务职称(工种)小组分工TQC教育时间(h)1奚兵男39本科组长高级工程师策划852宣伟立男37本科副组长高级工程师组织853龚清富男41本科副组长高级工程师具体实施804陈高男29本科组员工程师现场实施805郑

5、杜飚男33本科组员工程师现场调研756陶万涛男24本科组员助理工程师数据统计657马洪男23专科组员助理工程师现场测量658卢凯男23专科组员助理工程师现场旁站659张岩男24专科组员助理工程师现场旁站65制表：宣伟立 日期：2014年3月5日2、活动计划： QC小组活动计划一览表 表2-2活动内容活动时间备注3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月P选择课题 设定目标 提出各种方案并确定最佳方案 制定对策表 D按对策表实施 C确认效果 A标准化 总结与今后打算 注： 计划用虚线表示 “ ” ， 实际进度用实线表示“ ”。 制表：宣伟立 日期：2014年3月7日三、选择课题1、问题的提出

6、 新建挡墙开挖范围大 施工须封闭老路，影响交通 老挡墙加固创新部分挡墙距拓宽桥桩基很近 新建挡墙施工空间受到限制填方部分位于完整性好、强度高、坡度大的基岩上 新建挡土墙基础开挖困难绘图：奚兵 日期：2014年3月12日2、选题理由(1)施工条件差：新建挡墙施工空间受到拓宽桥的桩基限制和河道侵占限制，所以必须改变挡墙施工方法；(2)通车要求高：挡墙施工不能过多占用、破坏老路，不得影响既有交通；(3) 老路路基、挡土墙稳定性较好，可以利用价值高；(4)工期要求紧：两个月内完成K139+200-K139+230路段挡墙施工任务。 图3-1 老挡墙与拓宽桥施工现场拍摄：马洪 日期： 2014年3月15

7、日 3、选择课题新建挡墙施工在空间和时间上都存在很大困难老路路基、边坡沉降完成，老挡墙稳定性好选择“公路老挡墙加固利用新方法”为课题 绘图：奚兵 日期：2014年3月20日四、设定课题目标目 标在不过多影响既有交通情况下，完成老挡墙拼宽加固；老挡墙拼宽加固后其稳定性达到设计要求；3、通过本课题可缩短工期一个月以上。绘图：陈高 日期：2014年3月25日五、提出各种方案并确定最佳方案(一)方案的提出QC小组召开会议，运用“头脑风暴法”针对“公路老挡墙加固利用新方法”这个主题进行探索，提出可能实施的方法，共提出四个具体方案。表2 公路老挡墙加固利用方案分析表序号方案名称方法简介优 点缺 点1拆除重

8、建拆除老挡土墙，根据改建后路基设计坐标开挖后新建衡重式挡土墙施工简单、成本低对老路影响大，需长时间中断交通2台阶法在老挡墙外侧修建台阶式挡土墙，每级台阶宽0.2m，每级墙高3m，墙面坡度为1:0.05。最下面一级为衡重式挡墙。为增加地基、墙体、和路基的整体性和稳定性，在最下面一级挡墙底部设置数根抗滑桩。施工简易，成本低，能因地制宜，稳定性好。新建台阶式挡墙与老挡墙连接不紧密，整体性较差，属被支挡；占用空间较大，施工会受到右幅桥梁下部限制。3板桩法在老挡墙外侧修筑钢筋混凝土板桩式挡墙，再回填桩桩墙与老挡墙间的空隙，形成拓宽部分路基。利用桩间板承受水平土压力，并通过桩传递到地基稳定岩土层中。结构力

9、学特性明确、占用空间小，施工所需空间小，不影响老路稳定性，对现有交通影响较小。由于施工段位于完整性好、强度高的基岩上，板桩入岩困难非常大，施工成本高。4锚注异型截面挡墙法在老挡墙外侧沿路基边线浇注异型截面的混凝土挡土墙，通过预应力锚杆将异型挡土墙的下墙与老挡墙结合在一起，并通过注浆将老挡墙凝结为浆砌挡土墙，提高新老挡土墙的整体性和拓宽后路基的稳定性。不仅可以充分利用老路路基的既有稳定性，节约土地，减少河道侵占和施工对边坡的扰动，而且可降低工程投资，减少施工对交通的影响，加快施工进度。属于新型支挡结构，施工程序较复杂，宜进行受力监测。制表：宣伟立 日期：2014年4月7日(二)方案的评估及选定表

10、3 “公路老挡墙加固利用方案”最佳方案分析评价表项目技术特点经济合理性工期对交通影响结论方案一拆除重建法拆除老挡土墙，根据改建后路基设计坐标开挖后新建衡重式挡土墙采用拆除老挡墙再根据设计图纸进行新建所需施工费用为28万元左右可在三个月内完成目标路段挡墙拓宽改建任务严重影响能实现目标，成本较低，施工进度慢，对交通用严重影响。 不选方案二台阶法1、采用多台阶式；每级台阶宽0.2m，每级墙高3m，墙面坡度为1:0.052、最下面一级为衡重式挡墙，并在最下面两级分别加设数根抗滑桩。采用多台阶式挡墙并在挡墙最下面两级分别加设数根抗滑桩的工艺进行挡墙施工所需施工费用为35万元左右实施后可在三个月内完成目标

11、路段挡墙加固任务有影响能实现目标，成本较低，施工进度较慢，对交通有一定影响。 不选方案三板桩法1、结构由桩与桩间板构成，通过回填板与老挡墙间的空隙形成拓宽路基；2、利用桩间板承受水平土压力，再通过桩将荷载传递到地基稳定岩土层中。在老挡墙外侧进行板桩法拓宽老路的施工方法进行施工所需施工费用为56万元左右实施后可在一个半月内完成目标路段挡墙加固任务影响较小实现目标比较困难，成本高，施工进度快，对交通影响较小不选方案四锚注异型截面挡墙法1、老挡墙外侧浇筑加筋异型挡墙；2、通过预应力锚杆将异形挡墙与老挡墙下墙凝结一体；3、在异形挡墙墙内预埋监测元器件对结构受力特性进行监测采用锚注异型截面挡墙法将老挡墙

12、与新建挡墙凝结一体并通过预埋元器件进行检测的施工工艺所需施工费用为47万元实施后可在两个月内完成目标路段挡墙加固任务对交通基本无影响能实现目标，充分利用老挡土墙性通，成本较高，施工进度快，不影响交通。 选择 制表：陈高 制表日期：2014年4月8日经分析综合评分，确定选用方案3：锚注异型截面挡墙法。(三)方案实施程序：对选定方案运用“头脑风暴法”，提出预应力锚杆注浆法挡墙加固方案实施程序。 图5-1锚注异型挡墙加固拼宽方案图5-2异型挡墙结构图现场施工中存在的问题、老挡墙加固可行性分析、老挡墙加固意义现状调查预应力锚杆注浆法 相关计算稳定性分析、预应力锚杆参数设计计算、异型挡墙配筋计算、注浆参

13、数设计、锚注异型挡墙加固效果的数值分析施工计划础基开挖钻孔安装锚杆、注浆管锚杆锚固注浆（第一次注浆）安装异型挡墙模板浇注异型挡墙施加锚杆预紧力墙后填土回填压实老挡墙注浆（第二次注浆）绘图：郑杜飚 绘图日期：2014年4月9日(四)提出方案实施需解决的问题：预应力锚杆注浆法法相关计算编制施工方案后续监测方案稳定性分析异型挡墙配筋计算锚杆参数计算、注浆设计安装锚杆、注浆管浇筑异型挡墙施加锚杆预紧力 回填 注浆浆元器件预埋数据收集数据整理分析绘图：郑杜飚 绘图日期：2014年4月10日六、制订对策表根据明确的要求，小组成员制订了对策措施，见下表：表4 对策措施表序号方案要素对策目标措施地点完成时间负

14、责人1稳定性分析对土压力及加固后挡墙稳定性进行全面分析满足设计要求确定合理分析计算方法，计算准确办公室2014.3.12宣伟立、陈高2异形挡墙配筋计算对立板、上墙底板合理配筋满足设计要求确定合理配筋方式，配筋计算准确办公室2014.3.12宣伟立、陈高3锚杆参数计算、注浆设计依据现场情况合理设计锚杆布置及注浆方案满足设计要求应用数值分析对锚注异形挡墙加固效果进行分析办公室2014.3.12宣伟立、郑杜飚4安装锚杆、注浆管按照设计长度埋设锚杆、注浆管确保安装精度对打孔位置精确放样现场2014.4.10郑杜飚、马洪5浇筑异形挡墙按设计图纸扎钢筋、立模板、浇筑挡墙挡墙位置、尺寸符合设计要求对各工序派

15、专人旁站、监测现场2014.4.22马洪、卢凯6施加锚杆预紧力、回填、注浆按施工计划进行施加锚杆预紧力、墙背回填、注浆等工序各项指标达到要求对关键工序给予重视，请专家到现场指导施工现场2014.5.16陈高、龚清富7元器件预埋按照设计图纸埋设元器件元器件埋设准确要求技术员对元器件埋设为位置精确放样现场2014.4.20陶万涛、马洪8收集数据采用特定仪器采集数据收集到足够数据采集数据前，确定仪器测定准确现场2014.6.04陈高、卢凯9数据整理分析对收集的数据加以整理分析数据分析结果可反映挡墙稳定采用多种软件进行数值分析办公室2014.6.20制表：陶万涛 制表日期：2014年4月14日七、按对

16、策表实施实施一：稳定性分析挡土墙开挖表明，老挡墙墙后填土为砂砾质填料，可取土体等效内摩擦角，容重，混凝土容重，新挡墙位于老干砌片石挡墙墙顶和倾斜的墙面上，取基底摩擦系数=0.6。依公路路基设计规范（JTG D30-2004），取结构重要性系数，考虑到330国道的重车较多，取车辆荷载附加荷载强度。当通过注浆将老干砌片石挡墙凝固成浆砌片石挡墙后，新老挡墙将共同发挥支挡作用，可以将新老挡墙看作为一座折线型墙背的重力式挡土墙，建立如图7-1所示的稳定性分析模型。以水平承台为界将挡墙分为上下两部分，上墙土压力按第二破裂面理论计算，下墙的土压力按延长墙背法计算：先将老挡墙墙背向上延伸交于路面，获得一假想墙

17、背，再采用库伦土压力理论计算。按公路路基设计规范（JTG D30-2004）要求，分别验算加固利用后挡土墙的抗滑移、抗倾覆、地基承载力和整体稳定性，验算结果见表7-1。图7-1 挡土墙的土压力计算模型表7-1 稳定性验算结果项目计算值规范要求值是否符合要求1抗倾覆稳定性2.8251.3符合2抗滑移稳定性2.8961.5符合3地基承载力149.41kPa实测地基承载力符合4整体稳定性1.5（加锚杆后）1.5符合实施二：异形挡墙配筋计算异形挡墙的上部相当于悬臂式挡土墙，需要进行配筋设计才能保证墙体的强度。挡墙拟采用C25混凝土现浇，钢筋采用HRB300。配筋设计按钢筋混凝土结构设计规范（GB500

18、10-2010）进行。1、立板配筋根据图7-1可计算得立板底部的设计剪力和设计弯矩为分别为，。取C25混凝土和HRB300钢筋的相关参数为：，。将立板视为受弯构件，按单筋矩形梁设计。按正截面抗弯承载力公式计算，取，计算纵向受拉钢筋屈服与受压区混凝土破坏同时发生的相对受压区高度后计算纵向受拉钢筋面积和根数，并按规范要求校核最小配筋率，然后确定纵向受力钢筋的具体配置参数。计算结果为：立板下部，每1m宽竖向受力钢筋选用914110mm。立板下部在板顶以下1.5m处，隔1根截断1根，即间距为220mm。2、上墙底板配筋上墙底板的危险截面是上墙底板与下墙相交的截面，L=2.4m。上墙底板的设计剪力和设计

19、弯矩为分别为-，-。取C25混凝土和HRB300钢筋的相关参数为：，。将立板视为受弯构件，按单筋矩形梁设计。按正截面抗弯承载力公式计算，取，计算纵向受拉钢筋屈服与受压区混凝土破坏同时发生的相对受压区高度后计算纵向受拉钢筋面积和根数，并按规范要求校核最小配筋率，然后确定纵向受力钢筋的具体配置参数。计算结果为：上墙底板下部，每1m宽竖向受力钢筋选用514200mm。实施三：锚杆参数计算、注浆设计锚杆参数计算整体稳定性分析结果表明，挡土墙需要进行锚固才能符合规范要求。初设锚杆采用HRB400热轧螺纹钢、锚杆体材料抗拉强度标准值=400MPa、安装角为20；地层与注浆体间粘结安全系数为2.2、地层与注

20、浆体间粘结强度=550kPa；锚杆体与砂浆粘结安全系数为2.2、工作条件系数为0.60；设路基边坡稳定性的目标稳定性系数为1.5。将锚杆作用力简化为作用于墙面上的一个集中力，计算锚杆所需锚固力后确定锚杆排数、锚杆截面积，再根据规范要求及螺纹钢的规格限制选择锚杆直径；然后计算锚杆的锚固长度并根据地层条件、结构尺寸和规范要求确定锚杆长度。设计结果为：单根锚杆需要提供锚固力为143.27kN；锚杆采用HRB400热轧螺纹钢、锚杆直径=32mm，锚杆的锚固长度为2.5m，锚杆的总长度应结合施工情况确定，最小长度不得小于9m。2、注浆设计由于老挡墙为干砌挡墙，且位于斜坡地基上，墙后填料为砂砾质，无粘聚力

21、；道路加宽后老挡墙将位于行车道边缘，在上覆结构及交通荷载作用下，地基强度可能不够，锚杆受到的滑坡推力较大。为此可对墙后填料进行注浆加固，其目的在：一是提高墙后填土体的粘聚力和土体的密实度，减少挡土墙承受的土压力和路基的沉降。二是提高度老挡土墙墙身的强度和整体性。为了降低注浆成本，可直接利用预应力锚杆施工孔进行，故注浆孔采用等距梅花形布置，行排距均为2m1m。注浆浆液为普通水泥浆。实施四：安装锚杆、注浆管及注浆1、锚杆钻孔直径为75mm；2、锚杆安装前应进行防腐处理，并在自由涂抹润滑油；3、锚杆安装时每隔1.5m2.0m应设置对中架，保证锚杆位于钻孔中心；4、注浆管要与锚杆同时安装；5、进行锚杆

22、注浆； 图7-2 钻孔 图7-3 安装锚杆、注浆管 图7-4 锚杆注浆 图7-5 注浆饱满浆溢出 实施五：浇筑异形挡墙依据设计图纸放样、开挖基坑。由于右幅拓宽桥下部已经完成，放样视线受到严重遮挡，要精确完成放样任务，必须巧妙地设置转站，并严格控制测量误差。基坑开挖必须达到设计高程，并由监理确认后才可进行下一道工序。绑扎钢筋骨架。依照设计图纸绑扎钢筋，需严格控制钢筋间距、尺寸等参数，确保配筋满足设计要求。架立模板。模板架立要严格依据放样点位及挡墙尺寸，控制立模误差。浇筑混凝土。浇筑时要振捣到位，且必须有质检员旁站。 图7-6 放样、基础开挖 图7-7 异性挡墙钢筋绑扎、架设模板 图7-8 异性挡

23、墙悬臂钢筋绑扎、模板架设 图7-9 异性挡墙悬臂浇筑完成 实施六：元器件预埋在异型截面挡土墙上墙的水平部分埋设水平放置的土压力盒，测量作用挡土墙上的竖向土压力，在挡土墙竖向悬臂部分埋设竖直放置的土压力盒，测量作用在挡土墙上的水平土压力，分析挡土墙受到的土压力特点，研究挡土墙的稳定性。元器件布置如图下图所示。图7-10 异形截面挡土墙受力特性监测元器件布置图按照工程进度，在异型截面挡土墙的水平部分埋设水平放置5个的土压力盒，在挡土墙竖向悬臂部分埋设竖直放置的5个土压力盒，测量挡土墙受到的动土压力，分析挡土墙受到的受力特性与稳定性。表7-2为土压力盒记录表。 图7-11 异性挡墙悬臂上土压力盒布置

24、 图7-12 异性挡墙悬臂上土压力盒保护元器件位置记录表表7-2 土压力盒记录表位 置（图上编号）T1T2T2T4T5间距/m土压力盒内置编号5126895205765199135205635199120.7位 置（图上编号）T6T7T8T9T10间距/m土压力盒内置编号5202555202575205645126885202790.5实施七：数据收集测试元器件为长沙金码高科实业有限公司生产的JMZX-5010A型土压力盒，其数据采用JMZX-7000型综合测试仪采集，如图7-13所示。数据测量随施工同步开展，施工期每天测量一次，施工结束后测量频率适当减小。测度结果见表7-3和7-4所示。图7

25、-13 综合测试仪表7-3 竖向土压力记录表 单位：kPa 元器件编号时间/d512689520576519913520563519912155701812227272182123121120211344120117251545861424564336101182446537711624796854586916465614598516671634410881767568481194189747052121372299510960131362289510959141352299510758161502449811059181532449811059201522449910858231532429

26、81085824153242981085826154242991075829156239981075833159237991075738139237871115941136234851125944177287110130645014926611310272551492681179269571482641179370表7-4 水平土压力记录表 单位：kPa元器件编号时间/d52025552025752056451268852027913233444590610071420813209132010142111144112161051013178510141785101616842118171052

27、120171052123178531241710531261710631291710531331710642381812532411812432441913641501694325515843357148433实施八：数据整理分析图7-14为施工过程中作用在水平承台上的竖向土压力发展曲线，图7-15为不同时间下竖向土压力沿水平承台的分布曲线。分析可知，在挡墙施工期间，随着墙后填土高度的增加，各测点的竖向土压力增加很快，受填土倾倒、碾压施工的影响，土压力数值有较大的波动，特别是距立板2.2m处的压力刚好位自卸车卸料落点处，受施工填土倾倒加载的影响更为明显。当墙后填土完全填筑压实后，土压力基本保持

28、不变。在开始施工第33天后部分测点的土压力出现一定的波动调整，随后又趋于稳定。土压力沿水平承的分布呈外侧小、内侧大的分布方式，可能与内外侧填土的压实度差异有关。图7-14 竖向土压力变化曲线图7-15 立板上竖向土压力分布曲线图7-16和图7-17分别为作用在立板的水平土压力随时间变化曲线和沿立板高度的分布曲线。分析可知，随着施工进度，墙后填土高度增加，同一测点的水平土压力逐渐增大，当墙后填土施工完成后，水平土压力基本保持不变，与竖向土压力类似，水平土压力也出现了一个自我调整现象。在墙高方向上，不同时间下的水平土压力沿墙高基本上均呈线性分布，符合经典土压力理论的分布规律，实测数值较理论计算要小，挡土墙有较高的安全储备。图7-16 水平土压力的变化曲线图7