公路工程半重力式装配式生态挡墙应用技术研究

曾冬霞，褚肖肖，罗鹏蛟，汪韬

（四川宏洲绿高生态科技有限公司，四川 成都610095）

如今，我国经济飞速发展，人民生活水平提高，对生态环境也提出了更高的要求。基础设置建设进入了倡导生态环保、节能降耗的新时期，国家“绿色公路”建设指导意见中明确指出绿色公路的特征是资源节约、生态环保、节能高效和服务提升，实现公路建设健康可持续发展。

近年来，装配式、生态化的挡墙在岩土支挡领域有了一些尝试。国内外相关学者对装配式挡墙以及生态修复也开展了研究。林高山[1]分析了一种扶壁式装配式挡墙的工艺技术。胡伟[2]介绍了一种U 型槽填土式的装配式重力式生态挡墙。赵冰琴[3]从生境构筑方法的角度探索了一种新的分类方法，分析了各种生态修复技术的适用范围和生态修复效果。曾向荣[4]提出部分预制装配式扶壁挡土方案,挡土墙基础为现浇施工,墙面板和肋板采用预制安装。纪文利[5]等提出采用全预制装配式扶壁挡土墙,底板、墙面板以及肋板均提前预制,待地基处理完成之后直接进行拼装,有效缩短施工工期。

一种新型的装配式生态挡墙作为一种新材料、新技术采用工业化生产的标准模块进行装配式施工，并且具备立体绿化功能。本文以南充至成都高速公路扩容工程项目半重力式装配式生态挡墙为例，介绍其设计形式、力学计算模型、施工关键技术、综合效益分析等关键问题，为类似的装配式挡墙工程的设计与施工提供借鉴参考。

1 工程概况

拟建工程南充至成都高速公路扩容项目成巴高速加宽段，高速公路贯穿全段。南充城区过境段复线采用设计速度100km/h，路基宽度为34m，双向6 车道技术标准，景观要求较高。拟在入城段K10+885 ～K11+050段左右幅采用装配式生态挡墙进行支护。该段路基左右幅为挖方路堑边坡，高度3～4m。该段挡墙范围内地质状况如下：钻孔范围内以粘土、砂岩为主。

2 结构设计及力学计算

2.1 挡墙基本组成单元

装配式生态挡墙由标准化单元构件PC 构件组成，PC 构件外轮廓尺寸为1.5m（长）×0.8m（宽）×0.7m（高），如图1所示，采用钢模整体成型，单块重量约610kg，混凝土强度为C35，单块构件抗压承载力不小于90kN。底部为带一定坡度的植生板，板上可培土种植绿色植物，后壁开有排水窗。PC 构件生产时两侧预留吊装孔、装配连接孔等。上下端面均设置有榫接台阶，构件装配后左右侧壁相互形成一闭合空间，于此空间内现浇混凝土形成肋柱，并与基础刚性连接。拼装成形效果如2所示。

图2 PC 构件拼装图

2.2 挡墙结构体系

半重力式生态挡墙设置为为仰斜式，面坡坡比为1:0.2，现浇基础高度约1.6m，设置三层PC 构件，顶部设置0.25m 高现浇压顶梁。墙顶设置1m 宽平台，坡顶1:1放坡+喷播植草。典型断面如图3所示。

图3 典型断面

2.3 挡墙力学计算

装配式半重力式生态挡墙利用重力和结构体系进行挡土。由于该挡墙预制构件为轻型构件，墙身总体加权平均重度约19kN/m3，较于传统圬工体重度较轻，结构验算中采用平均重度代入验算其抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性、地基应力及偏心距、墙身强度验、整体稳定性。结构验算采用重力式挡墙验算模型。由于面板采用PC 构件拼接而成，主要受力构件为间距为1.5m 的肋柱，现浇肋柱尺寸为0.33m*0.42m，根据整体结构验算所得主动土压力Ea，计算1.5m 长度范围土压力并进行肋柱配筋验算。计算步骤及结果见表1。

表1 挡墙力学计算步骤及结果

其中，计算墙面版计算模型如图4所示：

图4 墙面板计算模型

根据土压力计算结果，视土压力为理想分布，由库仑土压力经典公式可知，墙底土压强度：

根据内插法，推算基础与墙面立板处土压强度：

半重力式挡墙基础与墙面立板处为固定端，立板可看做悬挑结构。取1.5m 单模长度计算土压应力：

代入悬挑梁模型计算肋柱底部最大弯矩值、最大剪力值分别为：

根据《混凝土结构设计规范GB50010-2010》(2015年版)，计算肋柱正截面、斜截面配筋。

挡 土 侧 纵 筋：构 造As=277mm2， 实 配2E22(760mm2，ρ=0.55%)配筋满足；

临 空 侧 纵 筋：构 造As=277mm2， 实 配2E22(760mm2，ρ=0.55%)，配筋满足；

箍筋：构造Av/s=419mm2/m，实配d10@200 两肢(785mm2/m，ρsv=0.24%)，配筋满足；

裂缝宽度:Wmax=0.031mm＜Wlim=0.200mm，满足。

3 施工关键技术

3.1 施工工序

临时开挖及临时支护→开挖基础基槽→绑扎基础钢筋和肋柱钢筋→浇筑基础混凝土→分块分层吊装PC构件→安装U 型扣→浇筑肋柱混凝土→支模和绑扎压顶梁钢筋→浇筑压顶梁混凝土→墙背回填→PC 构件内客土→培植绿色植物。

3.2 施工要点

（1）基槽开挖：基槽开挖应做好临时防护，保证边坡临时开挖稳定性。

（2）基础施工：基础应按照5cm/15 米的装配累计误差放线。基础混凝土浇筑前应检查肋柱预埋钢筋型号、数量、间距、长度。基础浇筑成形后需确保顶面平整度和顶标高满足设计要求。

（3）PC 构件吊装：第一层PC 构件装配宜从路肩矮高程沿较高程方向装配，宜沿整段挡墙逐层通长装配，线型顺直、设计坡比、高程统一。

（4）肋柱浇筑：基础施工时根据挡墙高度一次性预埋设计长度肋柱主筋，并提前完成肋柱箍筋绑扎。肋柱混凝土浇筑强度达到75%后，进行上部构件装配，且不应对已完成墙身产生撞击。

（5）墙背回填：基础混凝土强度达到30%，进行基础边缘回填，肋柱混凝土强度达到80%，可进行回填，肋柱混凝土强度达到100%后，方可一次性回填。

（6）绿植及滴灌：绿植品种宜优先选择符合当地气候条件的植物。根据地理位置及养护面积可选配滴灌系统，实现智能化植物养护。

4 结论

装配式建筑是建筑工业化的大势所趋，装配式岩土支挡结构的研发还未成熟，结合绿化功能的装配式挡墙具有良好的前景。本项目采用装配式半重力式生态挡墙,取得了良好的经济,环境效益,社会效益。

经济效益:采用装配式建造工艺,质量稳定，施工过程简单便捷、施工现场文明整洁、施工速度快，可节约60%以上劳动用工，工期缩短1/3 以上。

环境效益：可为景观绿化提供良好的植物生长环境，修复原始边坡植被生态，打造全绿植覆盖的可持续的、立体绿色生态景观。

社会效益：节约大量水泥用量，无需大量现场浇筑，相比传统重力式挡墙节约混凝土用量80%以上，助力“双碳”目标，符合国家“绿色公路”建设要求。

图5 挡墙施工实景图

图6 生态挡墙绿化实景图