加筋土挡土墙具有抗震性能好、造型美观、施工快速、占地少、造价低等特点, 根据面板类型、加筋材料、连接方式等因素可分为多种结构形式, 其工作性能与施工工艺也有所差异^{[1,2,3,4,5,6]}。加筋土挡土墙在我国公路领域应用较多, 相比而言, 我国铁路特别是高速铁路正线路基上应用很少, 主要是因为高速铁路对安全性、耐久性和变形的要求更高。加筋土挡土墙的施工技术要求高, 施工质量是影响其工作性能的主要因素之一, 因此需要对整个施工过程进行严格控制和管理。改建铁路成都—昆明线峨眉—米易段某路基工点采用了新型复合式面板包裹式加筋土挡土墙, 国内没有相关施工经验, 因此通过开展现场试验详细研究其施工工艺。

改建铁路成都—昆明线峨眉—米易段DK443+894.56—DK444+014.56段路基长120m, 左、右两侧设置新型复合式面板包裹式加筋土挡土墙, 挡土墙高6.5m, 坡率1∶0.05。路基横断面如图1所示。

基床表层采用0.6m厚A组填料, 压实标准为孔隙率n≤28%, K₃₀≥150MPa/m;基床底层采用1.9m厚A, B组圆砾土, 压实标准为孔隙率n≤31%, K₃₀≥130MPa/m;基床底层以下路堤采用A, B, C组圆砾土, 压实标准为孔隙率n≤32%, K₃₀≥120MPa/m。

包裹体采用透水土工袋装填砂卵石码砌, 土工格栅采用高密度聚乙烯 (HDPE) 单向拉伸土工格栅, 纵向抗拉强度≥120k N/m, 竖向间距0.3m。格栅长10m, 其中返包长度≥2m, 并用扁形高密度聚乙烯连接棒连接。竖向每间隔1.2m, 土工格栅沿路基横断面拉通设置。

复合式面板由预制板和现浇混凝土板构成, 总厚度35cm, 其中预制板厚15cm, 现浇混凝土板厚20cm, 预制板位于现浇混凝土外侧, 兼作现浇混凝土模板。预制板采用C35混凝土预制, 尺寸为200cm (长) ×60cm (宽) ×15cm (厚) 。预制板顶部预埋8根φ20 HRB400钢筋, 底部对应预留8个插销孔, 预制板通过顶部预埋钢筋和底部预留孔连接在一起。预制板背面预埋7根矩形钢筋环, 并设置粗糙浅条纹以加强与现浇混凝土的连接。预制板设计如图2所示。

在加筋体填筑过程中预埋φ25 HPB300镀锌钢筋锚杆, 埋入加筋体中的长度为3.0m, 钢筋水平向间距0.6m, 竖向间距0.6m, 钢筋末端焊接纵向镀锌L型钢 (50mm×50mm×5mm) , 钢筋前端弯钩露出包裹体外。在包裹体外侧沿整个墙面挂放钢筋网, 并与钢筋锚杆前端焊接。预制板与包裹式加筋体外侧净距20cm, 预制板上的矩形钢筋环与钢筋网焊接在一起, 再浇筑混凝土。预制板与包裹式加筋体通过现浇混凝土、锚固连接钢筋、钢筋网连接为整体。

基床表层底面设置0.1m厚中粗砂+复合土工膜+0.05m厚中粗砂防水垫层, 墙面板每间隔2~3m以及在墙底靠近地面位置间隔2m设置泄水孔, 坡度4%, 内置φ100PVC管。

土工格栅应绷紧、铺平, 铺设底面应平整、密实。先用U形钉将格栅前端固定, 末端通过张拉器拉紧土工格栅, 每隔1.5~2.0m用U形钉固定。上、下层土工格栅应错缝铺设。

土工袋压载体的施工质量直接影响到加筋包裹体的平整度以及面板混凝土的厚度。土工袋的尺寸、装料质量和封口位置应统一控制;土工袋码放时应上、下层品字形布置, 避免形成竖向贯通缝;码放整齐后采用平板振动夯压实整平, 外侧面采用人工拍平。各层土工袋向上码放时应严格控制竖向坡率。

土工格栅返裹土工袋加载体的方式有2种: (1) 土工格栅返裹后下折与本层土工格栅连接; (2) 土工格栅返裹后与上一层土工格栅连接。针对这2种返裹方式, 均进行了工艺试验。

采用返裹方式 (1) , 邻近土工袋内侧1.0m范围的填料可满足压实质量要求, 施工过程中包裹体变形很小, 施工完成后基本没有后续变形。通过在土工格栅中安装柔性位移计, 测得距离土工袋1.0m位置处返包的土工格栅拉力为10~14k N/m。

采用返裹方式 (2) , 若使邻近土工袋内侧1.0m范围的填料满足压实质量要求, 土工袋则会向外侧发生移动, 不满足平整度要求。

结合现场填料分布的实际情况, 经过筛分试验、击实试验、现场碾压试验、土工格栅压实破损试验等, 确定路基填料采用砂卵石和角砾土1∶1混合料。包裹式加筋体压实顺序为从包裹体一侧向路基中部碾压, 距包裹体1.0m范围内的填料每层虚铺厚度11cm, 采用手扶式振动夯夯实7遍;距包裹体1.0m范围以外的填料每层虚铺厚度35cm, 采用22t重型振动压路机, 按静压2遍、轻振2遍、重振4遍、再静压2遍的次序碾压。采用以上压实工艺, 经检测, 压实质量满足设计要求。经传感器测试, 距土工袋0.5, 3, 6m处格栅拉力分别为4~5, 8~9, 1~2k N/m, 表明土工格栅处于张紧状态。

每填筑0.6m路基, 预埋1层连接锚杆。将焊接好的镀锌钢筋锚杆和角钢放进人工开挖的沟槽内, 使锚杆前端露出包裹体外, 且外露长度保持一致, 并用中粗砂填实沟槽。

预制板制作包括模具设计制作、模具清理打磨、组装、喷涂脱模剂、钢筋骨架安装、混凝土振捣、板背面拉毛、养护等流程。预制板如图4所示。

预制板不应有漏筋、蜂窝、孔洞、夹渣、疏松、裂缝等质量缺陷, 不应有缺棱掉角、棱角不直、翘曲不平、飞边凸肋等外观缺陷, 不应有麻面、掉皮、起砂、沾污等外表缺陷。预制板规格尺寸、外形、预留孔洞、预留件、主筋保护层厚度等应满足精度要求。

待包裹式加筋体变形稳定后, 使用移动式操作平台在加筋体外侧安装面板钢筋网, 钢筋网和加筋体中的预埋锚杆外露端焊接。使用起重机吊装预制板, 人工配合安装预制板, 上、下层预制板交错布置, 下层预制板顶部出露钢筋插入上层预制板底部预留孔。预制板背部预埋的矩形钢筋环与钢筋网焊接。预制板接缝处设置海绵条以免灌注混凝土时漏浆。

每安装2层预制板 (1.2m高) , 采用混凝土泵车向预制板与包裹体之间的预留空隙浇筑混凝土, 并充分振捣, 及时洒水养护。浇筑上一层面板前, 对施工缝应清除水泥薄膜和松动石子以及软弱混凝土层, 冲洗干净后铺上10~15mm厚的水泥砂浆。分层浇筑混凝土直至设计高度后, 施工钢筋混凝土帽石。

1) 复合式面板包裹式加筋土挡土墙结构形式优越, 其包裹式加筋体自身可保持稳定, 待加筋体变形稳定后再施作面板, 且面板整体刚度大, 有利于控制路基的工后变形, 相对于其他结构形式的加筋土挡土墙更适用于变形要求严格的高速铁路路基。

2) 复合式面板包裹式加筋土挡土墙施工效率高, 其加筋体施工和面板施工是先后独立的2个工序, 相对于传统的砌块式面板加筋土挡土墙, 避免了砌块拼装和加筋体施工的交叉作业, 提高了设备使用效率;预制板兼作模板时, 可通过与预埋锚杆连接实现自稳定, 相对于整体式面板包裹式加筋土挡土墙, 避免了混凝土面板浇筑时的钢模板和支撑措施。

3) 为减小加筋土挡土墙的后期变形, 并保证混凝土面板的结构厚度, 应使土工格栅保持张紧状态, 同时严格控制包裹体的坡率和平整度, 以及邻近包裹体1.0m范围填料的压实质量。应统一控制土工袋尺寸、装料质量、封口位置, 土工袋码放整齐后采用平板振动夯压实整平, 土工格栅返裹方式为土工格栅返裹后下折与本层土工格栅连接, 碾压顺序为从靠包裹体一侧向路基中部碾压。