水泥纤维结构边坡防护施工工法.pdf

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1、水泥纤维结构边坡防护施工工法 水泥纤维结构边坡防护施工工法 1.前言前言近年来，随着我国经济建设的发展，铁路建设已遍布大江南北，特别是随着山西煤炭行业的发展铁路运煤专用线正在山西大力建设。山西属于山岭重丘区，地形起伏为保证铁路的纵曲线平顺，在山谷地区中路基常采用深挖路堑的形式。路堑边坡的防护形式常采用最常用的浆砌片石拱架护坡，但该旧工艺施工工期较长、成本较大、材料运输困难且影响土方工程的施工进度。采用简单高效的水泥纤维结构边坡防护施工工艺大大减少了人工、材料资源的使用，显著提高了施工进度，降低铁路的建设成本，为今后类似工程积累了经验，有较大参考价值。2.工法特点工法特点2.1 不影响土方工程的

2、施工进度可同步施工也可待路基成型后施工。2.2 采用现场制作可减少大型材料的倒运，解决运输困难，降低造价等。2.3 施工速度快，可大幅缩短施工工期。2.4 将更好的保障工程安全、质量、工期还可以起到降低成本、节能环保等作用。3.3.适用范围适用范围本工法适用于所有路基边坡防护。特别是路基边坡较高，地形条件复杂，材料倒运困难，场地窄小等情况。4.工艺原理工艺原理4.1 针对路基高边坡防护工程施工特点，将按特殊配比拌制好的水泥浆通过注浆泵及铺贴设备注入及灌入到 6mm*6mm 的三维间隔织物复合材料布中使浆体饱满且不能溢出，然后将其紧贴在边坡上，经过龄期水泥毯达到一定强度后起到边坡防护作用。4.2

3、 为保证快速制作及施工且还能保证水泥浆分布均匀、密实度及强度达到相关标准，解决纤维结构水泥防护新型材料快速现场制作并施作的难题，特研发了一种用于纤维结构水泥施工成套设备。该设备使用时，先将 3D 纤维布固定在外挑材料承载装置上，3D 纤维布通过材料辅助支撑装置时先由喷浆管初次注浆，3D 纤维布进行初次注浆后进入压浆滚轮，通过压浆滚轮将铺设机内的水泥浆压进 3D 纤维布内，经过压浆的 3D 纤维布通过牵引式铺设机铺贴在复合防水材料上，牵引式铺设机通过牵引钢丝绳、钢丝绳支撑装置、卷扬机提供牵引力，利用行走滚轮在边坡上行走。如图 4-1所示。1.钢丝绳支撑装置，2.水泥毯，3.三维间隔织物 4.牵引

4、式铺设机，5.卷扬机图 4-1 铺设示意图 5.施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程 边坡平整铺设防水布拌制水泥浆安装铺装设备铺设三维间隔复合材料及水泥浆浇筑锚钉固定、搭接螺丝安装底部及顶部压边砼浇筑搭接处防水处理设置泄水孔表面处理检查爬梯安装。施工准备 安装铺装设备 铺设防水布 边坡平整 图 5.1-1 水泥纤维结构边坡防护工艺流程图 5.2 5.2 关键工序施工工艺及操作要点关键工序施工工艺及操作要点 5.2.1 工程简介 设计变更后护坡防护形式：各级边坡坡率维持原设计不变。一级边坡防护不变，一级边坡以上采用水泥纤维结构进行防护，如下图所示。图 5.2.1-1

5、水泥纤维结构边坡示意图 拌制水泥浆 铺设三维间隔复合材料 固定 顶部及底部压边处理 防水处理、设置泄水孔 表面处理、安装检查爬梯 图 5.2.1-2 水泥纤维结构边坡结构做法示意图 5.2.2 边坡平整 土石方开挖采用机械开挖，分级进行。开挖前按设计坡率做好坡度架，安排专人指挥边坡开挖，保证边坡不陡于设计，坡面平顺、平整。坡面整形主要以机械施工和人工配合修整。边坡坡坡面整形的目的是确保破面的超欠挖值不大于 10mm,边坡范围内无陷坑、陷穴，为坡面防护工程施工提供完整的作业面，坡面整形从上而下逐级进行，开挖一级防护一级。坡面整形的目的是确保破面的超 欠挖值不大于 10mm,边坡范围内无陷坑、陷穴

6、，为坡面防护工程施工提供完整的作业面，坡面整形从上而下逐级进行。图 5.2.2-1 边坡平整 5.2.3 铺设防水布 防水布材料采用两布一膜复合土工膜，顺边坡竖直方向进行铺设，先铺设上段，再铺设下段。下段铺设时，先沿坡中间接缝处挂线，使下端边沿整齐，上下两块复合材料毯叠压 10cm。在坡脚处需预留至少 50cm 与下级平台进行搭接，在坡顶处铺设至平台排水沟，相邻防水布至少搭接 10cm。图 5.2.3-1 铺设防水布 5.2.4 拌制水泥浆 水泥浆采用现场拌制的方式，现拌现用。水泥浆保证搅拌均匀充分，严格按照试验室提供的配合比进行拌制，拌制完成立即进行注浆，以免水泥浆初凝导致无法使用。水泥浆初

7、凝时间控制在 12h 内，保证现制水泥毯强度尽快上升。水泥浆流动性需保证注浆要求，但不宜过大，否则无法与帆布有效粘结，达不到预期目标。水泥浆拌制采用 P.O42.5 水泥，配合比为 图 5.2.4-1 拌制水泥浆 水泥：水：外加剂=1100：410：3，外加剂为聚羧酸高性能减水剂，搅拌时间保持在 10 分钟左右，拌制完成后水泥浆的流动度为 14-22S。5.2.5 安装铺装设备 铺装设备包括水泥浆搅拌设备、储水桶、注浆机、铺装机（带卷扬机）、称量设备。施工之前将所有设备安装并调试完成。检查铺装机上的喷浆孔有无堵塞现象。a）牵引式铺设机 b）卷扬机 图 5.2.5-1 施工成套设备实物图 5.2

8、.6 铺设三维间隔复合材料及水泥浆浇筑 根据铺装顺序，将三维间隔复合材料安装在铺装机上，并在未注浆情况下运行设备，检查三维间隔复合材料铺设是否顺畅，有无机械卡布现象。首先在边坡平台固定卷扬机，卷扬机钢丝绳铺设机进行连接，然后在边坡铺贴纤维复合材料部位的两侧安装人工用软梯，将铺设机安装于边坡顶部，并将 3D 纤维布固定在铺设机的外挑材料承载装置上，并在未注浆情况下运行设备，检查三维间隔复合材料铺设是否顺畅，有无机械卡布现象，铺装顺序为从坡顶至坡脚，边注浆边铺装。启动砂浆搅拌机和注浆泵，根据试验室提供的注浆配合比，现场拌制水泥浆，待铺设机喷浆管开始喷浆后，启动卷扬机，铺装机运行速度宜控制在0.93

9、m/min。3D 纤维布通过喷浆管初次注浆后进入压浆滚轮，通过压浆滚轮将铺设机内的水泥浆压进 3D 纤维布内，经过压浆的 3D 纤维布通过牵引式铺设机铺贴在复合防水材料上，在铺设机下降的过程中由铺贴部位的两侧的施工人员控制铺设方向确保相邻现制水泥纤维防水复合材料满足至少搭接 10cm，并在注浆时随时检查喷浆口有无堵塞现象，保证喷浆口畅通，铺设至坡底平台部位关闭注浆泵和卷扬机，切割 3D 纤维布，进行下一副 3D 纤维布的注浆铺设，循环施工。水泥纤维防水复合材料搭接与防水布搭接要求一致，相邻水泥纤维防水复合材料满足至少搭接 10cm，坡脚至少搭接 50cm，坡顶铺设至平台排水沟底部，如图 5.2

10、.6-1 所示。图 5.2.6-1：铺设三维间隔复合材料及水泥浆浇筑 5.2.7 锚钉固定、搭接螺丝安装 相邻水泥纤维防水复合材料接缝处用538mm 不锈钢螺丝钉将两片复合材料毯连接固定，间隔 10cm，均匀分布。锚钉固定：边坡接缝处采用间距为 1m，长度为 1m 的锚钉固定。边坡顶端采用 2 排 1.5m 锚钉进行固定，间距 0.5m。平台排水沟底部锚钉采用间距为 0.5m，长度为 1m 的锚钉固定。锚钉采用14 螺纹钢，外露部分采用锚垫板加螺丝固定。如图 5.2.7-15.2.7-6 所示：图 5.2.7-1 相邻水泥纤维复合材料连接 图 5.2.7-2 锚钉固定水泥纤维复合材料 图 5.

11、2.7-3 一级边坡平台锚固 图 5.2.7-4 二级边坡锚固 图 5.2.7-5 二级边坡平台锚固 图 5.2.7-6 边坡顶部锚固 5.2.8 顶部、底部搭接处理 底部三维间隔复合材料铺设在浆砌片石平台上搭接 50cm，采用 C25 混凝土压住，埋深 10cm，宽 50cm。顶部三维间隔复合材料铺设至平台水沟底部，采用锚钉进行固定，锚钉间距 50cm、长 1m，锚固后用 C25 混凝土进行封底。5.2.9 搭接防水处理 待现制水泥毯护坡的强度达到 10.0 MPa 后再进行防水处理，防水材料采用 10cm 宽的丁基橡胶自粘式防水胶带将搭接处进行密封。丁基橡胶自粘式防水胶带是以丁基橡胶为主要

12、原料，配以其他助剂，通过先进工艺加工制成的一种终生不固化型自粘防水密封胶带，对各种材质表面都有强效的粘粘力，同时具有良好的耐候性、耐老化性及防水性，对被粘物表面起到密封、保护的作用。该材料不含溶剂，所以不收缩、不会散发有毒气体。因其终生不固化，故对被粘物表面热胀冷缩和机械形变有极佳的追随性，是一种先进 的防水密封材料。图 5.2.9-1：搭接防水处理 5.2.10 设置泄水孔 待现制水泥毯护坡的强度达到 10.0 MPa 后可承受人员荷载后进行泄水孔铺设工作。泄水管设置在每幅水泥毯中间部位，上下间距为 2m，泄水管采用5cm 的 PVC 管，外露出边坡 5cm 并设置弯头与坡面平行。具体做法为

13、：（1）开挖泄水孔：按照每幅水泥毯中间部位上下 2m 位置处做好标记，对现制水泥毯进行切割，切割尺寸为长 10cm*宽 10cm，切割完成后人工开挖土体边坡 20cm 深。（2）泄水孔反滤层设置：孔口开挖完成后填塞砂砾石 10cm，然后将每根泄水管进口端用无纺布包扎后插入泄水孔。（3）泄水管周围用水泥砂浆进行填塞、抹平。图 5.2.10-1：设置泄水孔 5.2.11 表面处理 待本级边坡水泥纤维结构全部铺设完成之后，用防水涂料对其表面进行涂刷已达到防水效果。最后可在水泥毯上涂刷涂料最终达到边坡美观效果。5.2.12 成型后水泥浆填充密实，28d 抗压强度达到 30Mpa。5.2.13 检查爬梯

14、安装 为方便将来维护工作人员对边坡进行维护，待边坡成型强度达到要求时进行检查爬梯的安装，检查爬梯采用钢结构，具体的做法为：由于边坡较长为 14.14m 建议爬梯分成 2 节加工，然后再组装成 1 条完整的，爬梯顶部、底部及中部分别用钢筋进行固定。爬梯两梆采用 22#国标镀锌槽钢，踏步板采用防滑钢踏步板宽度 215mm、长 600mm，踏步板每节高度 20cm，安装完后对踏步板涂刷防锈涂料以防止腐蚀。6.材料与设备材料与设备 施工主要材料及机械设备见表 6。表表 6 6 主要主要材料及材料及机械设备配置表机械设备配置表 序号 名称 规格 单位 数量 用途 1 爬山虎 台 12 材料倒运 2 装载

15、机 50 型 台 2 3 运输车 辆 2 运输原材料 4 铺装设备 自研发 套 6 铺设水泥纤维防护结构 7.质量控制质量控制 7.1 水泥浆严格按配合比施工，三维纤维间隔织物布内水泥浆以内实为根本，外表要求平整美观，线条接缝整齐。7.2 边坡表面无松软岩土、无坑洼不平。7.3 泄水孔位置、孔距、坡度符合设计要求，孔内通畅，无堵塞现象。7.4 反滤层及时设置、并隔水，其材料符合设计要求，厚度不小于设计规定。7.5 搭接缝整齐垂直。7.6 成型后在未达到最终强度前不得猛烈敲打、强拉；不得使用尖锐物品对材料进行猛烈的敲击。7.7 材料的强度达到 10.0 MPa 后，方可承受人员及轻型施工机械荷载

16、。7.8 在施工完成后的第一个冬节和雨季，分别核查现有接缝能否完全消散现制特种混凝土护坡的温度应力和变形。如出现开裂、鼓包等问题，应进行割缝处理。7.9、施工过程中应严格按照施工工序向现场技术检查专职人员及现场监理进行报检验收，验收合格后方可进行下一道工序的施工。如发现质量问题应立即返工处理。7.10 水泥纤维防水复合材料检测标准及各项实际性能：表 7.10 水泥纤维防水复合材料检测标准 序号 检验项目 检验标准 备注 1 抗压强度 30Mpa 2 抗折强度 3.5Mpa 3 抗拉强度 2Mpa 4 不透水性 不透水性以底部无湿痕和水滴为准 5 表观密度 19.5kg/6 孔隙率 5%7 干缩

17、率、湿胀率 以不开裂和不起泡为准 8 耐久性（抗冻）F50 8.8.安全措施安全措施 8.1 坚决贯彻“安全第一，预防为主、综合治理”的方针，严格落实“两项达标”“四项严禁”“五项制度”的总目标。8.2 施工前应加强对工点地形和地质资料（含地下水）核对，特别是地基条件以及各类型过渡段的横、纵向变化情况的核对，如与设计图不符应及时通知有关部门处理。8.3 施工前应结合永久排水设施做好必要的临时排水，并对现场进行调查，确保附近的煤层气管道、光缆、电缆等设施安全。对施工中新发现的以上设施，应立刻停止施工，并及时上报有关部门。8.4 根据该段地表水、地下水化学侵蚀环境条件的情况，施工前应进一步验证水的

18、侵蚀性，工程用水严禁采用侵蚀性水，施工应考虑侵蚀性对工程的影响，并符合相关施工规范要求。8.5 水泥纤维结构边坡施工应避开雨季和冬季，以保证施工质量。8.6 水泥纤维结构边坡铺设前检查坡面及堑顶外 50m 范围内是否存在陷穴、陷坑等，如发现有陷穴、陷坑等存在，应采用三七灰土回填密实后，再行施工。8.7 水泥纤维结构边坡在水沟、急流槽等位置应加强锚固和搭接，处理好防水、防渗漏等细部位置，必要时可采用混凝土压底加强。8.8 水泥纤维结构边坡边角处应尽可能与原坡面结合紧密，坡顶处应埋入原地面不小于 30cm。8.9 施工过程中应加强观测及监测，施工完成后一定时间内（不小于 3 年）也应进行必要监测和

19、观测，发现边坡有变形，或水泥纤维结构边坡有破损等问题时，及时通知甲方及设计单位现场解决。施工过程中的观测及监测数据应纳入竣工文件。8.10 施工现场设置安全宣传标语牌，危险地点按安全色和安全标志要求悬挂标牌，夜间设警示灯。8.11 施工现场临时用电按施工现场临时用电安全技术规范执行，防止误触带电体。8.12 必须制订并遵守严密的安全生产制度和操作规则，安排经过技能和安全培训，并考试合格的人员上岗。8.13 坚决执行一机一人一防护的原则，起重作业专人指挥。8.14 防护用品必须有合格证，配带、挂设应符合要求。严禁人员随同起重物上下。高处作业所有料具应放置稳妥，禁止抛掷。应有统一信号、旗语、手势和

20、哨声。高处作业应与输电线路保持安全距离。上下交叉作业必须采取隔离措施。遇有六级以上强风、暴风雪、浓雾等恶劣气候，应停止高处作业。8.15 边坡作业衣着要灵便，禁止穿硬底和带钉易滑的鞋，边坡作业所用材料要堆放平稳，传递物件严禁抛掷。8.16 无安全措施，禁止在未固定的构件上行走或作业。8.17 凡在边坡作业人员必须系好安全带，拴好安全绳。8.18 严禁酒后进行作业。8.19 起吊物件时必须由专人进行指挥，严禁多人指挥，作业人员有权制止和不进行违章作业。8.20 起吊物件时严禁在物件下站人，人员必须撤到规定的安全距离以外。9.9.环保措施环保措施 9.1 施工环保、水土保持管理制度 9.1.1 施

21、工环境、水土保持规划制度 施工前对施工区域的环境情况进行调查，根据国家、铁道部、地方政府有关环保法律法规、规定，结合建设单位有关环保、水保管理办法，制定环境保护、水土保持的具体安排及相应措施，确保环境。9.1.2 环境保护、水土保持“三同时”制度 环境保护、水土保持“三同时”制度，即环境保护、水土保持设施与主体工程同时设计、同时实施、同时施工的制度。施工时根据环保设施设计及施工方案，做好设计环保设施及临时工程的环保设施，保护好施工现场及驻地周围环境。9.1.3 环境保护、水土保持目标责任制 建立环境保护、水土保持目标责任制，本标段环境保护工作由项目经理部向业主单位负责。项目经理部负责标段内各施

22、工单位环境保护目标责任书的制定、下达、实施和考核工作，将环境保护工作与每个施工人员的责任、权力、利益和义务有机结合，切实做到奖优罚劣。9.2 施工环保、水土保持措施 9.2.1 噪声、光污染控制 合理分布动力机械的工作场所，尽量避免同处运行较多的动力机械设备；对发电机等噪音超标的机械设备，采取装消音器来降低噪音；对于行驶的机动车辆，严禁鸣笛；合理安排噪音较大的机械作业时间，距居民较近地段，严格控制噪音，不得在夜间进行产生环境噪音污染的施工作业；因生产工艺上要求必须连续作业或者特殊需要，确需在 22 时至次日 6 时期间进行施工的，应在施工前报业主单位和工程所在地建设委员会，经批准后方可进行夜间

23、施工。9.3 水环境保护 施工废水、生活污水按有关要求进行处理，不得直接排入农田、河流和渠道。清洗管路的水和其它施工废水采取过滤、沉淀处理后方可排放，以免污染周围环境。施工机械的废油废水采取隔油池等有效措施加以处理，不得超标排放；按设计施工，采用“防、排、堵、截结合、因地制宜、综合治理”的原则进行注浆堵水，施工中对地下水、泉点、水井进行定时观测，以免施工造成水位下降，防止因地下水、地表水流失改变水系，破坏生态平衡；靠近生活水源的施工，用壕沟或堤坝同生活水源隔开，避免污染生活水源；机械存放点、维修点、车辆停放点以及油品存放点做好隔离沟，将其产生的废油、废水或漏油等通过隔离沟集中到隔油池，经处理后

24、进行排放；注意保护自然水流形态，做到不淤、不堵、不留施工隐患，不阻塞河道；学习并认真贯彻执行中华人民共和国水污染防治法，防止水污染。9.4 大气环境保护 作业场地及运输车辆应及时清扫、冲洗，保证场地及车辆的清洁；施工现场安排专人进行洒水，并配备洒水车，防止粉尘飞扬；施工运输道路经常洒水尽可能减少灰尘对生产人员和其它人员造成危害及对农作物的污染；在运输水泥等易飞扬的物料时用蓬布覆盖严密并装量适中不得超限运输。在设备选型时选择低污染设备并安装空气净化系统确保达标排放。对汽油等易挥发品的存放要采取严密可靠的措施。主要运输道路需进行固化，要定时洒水防尘，严禁在场地内燃烧各种垃圾及废弃物；9.5 固体废

25、弃物处理 施工营地和施工现场的生活垃圾集中堆放；施工和生活中的废弃物也可经当地环保部门同意后运至指定地点，此外，工地设置能冲洗的厕所并派专门的人员清理打扫及定期对周围喷药消毒防蚊蝇滋生、病毒传播；报废材料或施工中返工的挖除材料立即运出现场并进行掩埋等处理。对于施工中废弃的零碎配件边角料、水泥袋、包装 T 等及时收集清理并搞好现场卫生以保护自然环境不受破坏。9.6 生态环境保护 本合同段工程两侧不任意取土、弃土，未经有关部门批准不随意砍伐或改变工程沿线附近区域的植被与绿化；工程临时占地不擅自占用或征用林地、保护沿线古树、不乱开挖取土，材料、废弃物不得于林下堆放，确因建设需要占用林地的，项目施工结

26、束后做好抚育与恢复工作；临时施工场地的选择与布置，尽量少占用绿地面积，保护好周围环境，减少对植被生态的破坏。施工结束后，及时恢复绿化或整理复耕，重视临时施工用地的复垦；妥善处理废方，山坡弃土尽量避免破坏或掩埋场坪旁边的林木、农田及其它工程设施。弃土避免堵塞河道、改变水流方向和抬高水位而淹没或冲毁农田、房屋。10.10.效益分析效益分析 10.1 10.1 经济效益经济效益 新建太原煤气化龙泉能源发展有限公司铁路专用线路基高边坡防护施工，现场地形比较复杂，材料运输困难，工期紧，要求严。因此，中铁三局集团第三工程有限公司特立项开展了关于路基高边坡防护施工工艺、难点技术及其理论研究，取得了一系列的研

27、究成果，并将其应用在了实际生产过程中，保证了工期进度、安全、质量。施工受工期及现场实际地形的制约，路基边坡防护工程以水泥纤维结构的形式进行防护，减少了材料的倒运及经济投入，节约了工程成本 243 万元，新工艺相比原有的浆砌片石施工工艺更能保 证其施工安全和施工质量。10.2 10.2 社会效益社会效益 中铁三局集团第三工程有限公司在施工中采用的水泥纤维结构边坡防护工艺，施工中技术人员对防水布的铺设，铺装设备的安装、固定，水泥浆配合比，水泥浆浇筑，整体防护结构的固定，防水处理等方面开展研究，确保了工程的顺利修建。本工程的成功实施，深入研究了路基高边坡防护快速施工工艺，缩短了施工工期，取得了建设、

28、监理单位的一致好评，边坡防护质量“内实外美”，得到业主全线通报表扬并组织相关标段来观摩学习。对以后高边坡防护工程施工积累了经验，提供了借鉴和参考。10.3 10.3 环保、节能效环保、节能效益益 新建龙泉铁路三标段位于太原市娄烦县静游镇境内，此段路基附属工程原施工图设计路堑挖方地段中的骨架护坡由于边坡较高，石料难以运送，施工困难，且工期较紧。采用传统浆砌片石施工工艺周期长、成本大，无法满足现场工期要求。结合以往的施工经验，经过周密的研究、计算，决定采用水泥纤维结构边坡防护技术施工。在施工中采用的水泥纤维结构施工工艺，减少了材料的二次倒运，节约了人工、材料，减少了建筑垃圾的产生，并节约了宝贵的能

29、源。施工中，项目部积极对施工现场进行绿化、洒水、围挡，降低了颗粒污染、噪声污染，施工环境达到了国家环保要求。11.应用实例应用实例 新建龙泉铁路三标段位于太原市娄烦县静游镇境内，中铁三局集团第三工程有限公司承建：本标段全长 2.425km 路基护坡防护面积为 125000，挖土方 378 万方。本工程土方施工属于高边坡施工，最高边坡高度为 80m 最低边坡高度为 40m，边坡坡比为 1:1，每级台阶高度为 10m。原设计路基一级平台以上防护采用 4m4m M7.5 浆砌片石拱形骨架护坡。本标段边坡平台设截洪沟，截洪沟采用梯形断面，沟侧壁坡率 1:1，底宽 2m，沟深 2m，采用 0.3m 厚 M7.5 浆砌石铺砌。由于工期及施工条件限制中铁三局集团第三工程有限公司在现场认真比选在施工中采用的水泥纤维结构边坡防护施工工艺，减少了石料的倒运，边坡可先开挖成型后再进行防护施工，节约了人工、材料，机械利用率大为提高，显著提高施工进度，加快了生产效率，降低铁路的建设成本，减少了建筑垃圾的产生，并节约了宝贵的能源。安全优质的完成了施工生产任务，各项指标符合规范和设计要求，满足各项运营条件和使用功能。图 11-1：施工完毕整体情况