裝配式生態(tài)錨桿擋土墻研究

王曉峰 周偉勝 張國祥 程浩 陳軍 毛俊婷

摘 要：為解決邊坡工程中混凝土結(jié)構(gòu)施工速度慢、不節(jié)能環(huán)保的技術(shù)難題，通過對裝配式預(yù)制構(gòu)件選型、連接構(gòu)件設(shè)置、生態(tài)復(fù)綠方法等關(guān)鍵技術(shù)進行研究，將裝配式格構(gòu)錨桿擋墻與掛網(wǎng)濕噴綠化工藝有機結(jié)合，提出一種生態(tài)復(fù)綠效果良好的裝配式格構(gòu)錨桿擋土墻施做方法。室內(nèi)及現(xiàn)場試驗表明：預(yù)制構(gòu)件的抗彎強度較低，在坡度較緩時滿足工程受力要求;構(gòu)件裝配對基槽平整度及錨孔施工精度有一定要求;生態(tài)復(fù)綠施工高效便捷，所選植被耐寒耐旱、成活率高，復(fù)綠效果顯著，后期維護簡單，為今后裝配式生態(tài)擋土墻設(shè)計與施工提供了新參考。

關(guān)鍵詞：裝配式;格構(gòu);SNS防護系統(tǒng);客土噴播

Abstract： In order to solve the technical problems of slow construction speed， non energy saving and environmental protection of concrete structure in slope engineering， through the research on the key technologies such as the selection of prefabricated components， the setting of connecting components， and the ecological greening method， we organically combine the prefabricated lattice anchor retaining wall with the hanging net wet spraying greening technology and propose a construction method of prefabricated lattice anchor retaining wall with good ecological greening effect. The indoor and field tests show that the bending strength of the prefabricated components is low， which can meet the engineering stress requirements when the slope is gentle; The component assembly has certain requirements for the flatness of foundation trench and the construction accuracy of anchor hole; The ecological re greening construction is efficient and convenient， the selected vegetation is cold and drought resistant， the survival rate is high， the re greening effect is remarkable， and the later maintenance is simple， which provides a new reference for the design and construction of prefabricated ecological retaining wall in the future.

Keywords： Prefabricated; lattices; SNS protection system; external-soil spray seeding

一、引言

目前，我國城市土地供應(yīng)緊張，平坦的場地多已用完，已逐漸向山區(qū)丘陵延伸，土地利用過程中難免會挖山填溝，出現(xiàn)越來越多的人工邊坡，且大多以巖質(zhì)邊坡或巖土混合邊坡為主。該類邊坡治理中混凝土結(jié)構(gòu)以現(xiàn)澆為主，裝配式結(jié)構(gòu)甚少，施工效率極低，且與之相配套的生態(tài)復(fù)綠手段缺乏。

隨著國家綠色發(fā)展理念不斷深入，裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣，對生態(tài)復(fù)綠的要求也越來越高。裝配式擋土墻的概念最早由國內(nèi)學(xué)者馮長康及國外學(xué)者F.A.Randnll共同引入我國[1]，最早傳入的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為日本1990年發(fā)布的《裝配式混凝土擋土墻》[2]，直到2000年以后類似技術(shù)才真正引起國內(nèi)學(xué)者及相關(guān)工程技術(shù)人員的注意，當(dāng)前裝配式擋土墻研究已進入流行期，但大多集中在裝配式結(jié)構(gòu)形式的開發(fā)，能兼顧生態(tài)復(fù)綠功能的研究成果較少。國內(nèi)最早有文獻記載將裝配式擋土墻與生態(tài)復(fù)綠技術(shù)相結(jié)合的研究成果由甄毅、徐滿華等在2016年完成并發(fā)布[3]，近兩年類似研究呈上升趨勢，但取得的成效欠佳，主要問題為在混凝土擋墻結(jié)構(gòu)表面進行的生態(tài)復(fù)綠技術(shù)過于繁雜，不易操作，且后期維護困難。由此，本文從兼顧生態(tài)復(fù)綠技術(shù)要求的角度出發(fā)，科學(xué)選擇預(yù)制構(gòu)件，優(yōu)化生態(tài)復(fù)綠工法，最終提出一種裝配式生態(tài)錨桿擋土墻實現(xiàn)方法，該方法施工高效，簡單易行，復(fù)綠效果顯著。

二、裝配式格構(gòu)梁

在高邊坡治理工程中，對于受力較大的構(gòu)件多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)對坡面覆蓋率的不同可分為兩類：一種為整體式鋼筋混凝土墻面，對裸露邊坡100%覆蓋，邊坡巖土體與外界完全隔離，基本無法進行水分交換;另一種為格構(gòu)梁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，只在梁底與坡面接觸部位進行覆蓋，覆蓋率約為20%，大部分坡面裸露與外界連通，可直接進行水分交換。邊坡巖土體存在天然裂隙或空隙，是坡面綠化植被的天然補給站，因此裝配單元設(shè)計成十字梁式鋼筋混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)。

（一）預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到后續(xù)吊裝的便利性，本次采用中空式小截面十字梁，以減小單個預(yù)制構(gòu)件的重量，梁截面設(shè)計尺寸300 mm×300 mm，中空部位呈圓形，位于梁截面中心位置，中空圓的半徑可為75～150 mm，使鋼筋保護層厚度不小于30 mm。

預(yù)制構(gòu)件的十字中心預(yù)留錨孔，以便安置錨桿，預(yù)留孔徑75 mm～110 mm（可在混凝土澆筑12小時后，采用人工鉆孔法把預(yù)留孔打通）。十字梁的橫向及縱向長度根據(jù)錨桿的水平及豎向間距進行設(shè)置，對于中空式梁，跨度不宜過大。各單元之間采用現(xiàn)澆方式連接，連接段長度一般不小于200 mm，連接部位預(yù)留鋼筋長度應(yīng)滿足搭接要求，滿焊連接。最下部靠近坡腳的十字梁底端采用現(xiàn)澆基礎(chǔ)梁連成整體。

（二）預(yù)制構(gòu)件強度試驗

為確定預(yù)制構(gòu)件在實際工程中所能承受的荷載大小，分別用一字型和十字型構(gòu)件進行中空矩形截面梁單向受力抗彎試驗破壞荷載測試，試驗結(jié)果見表1。

預(yù)制構(gòu)件截面抗彎強度，按結(jié)構(gòu)力學(xué)三點測試抗彎強度公式進行計算：

R=（3F×L）/（2b×h×h）

式中：F——破壞載荷;L——跨距;b——寬度;h——厚度。

計算結(jié)果如下：

1. 一字梁抗彎強度：8.54 MPa。

2. 十字梁抗彎強度：8.77 MPa。

一字梁抗彎強度代表遠離十字交叉點部位梁的破壞強度，十字梁抗彎強度代表臨近十字交叉點部位梁的破壞強度，由試驗結(jié)果可知靠近十字交叉點部位的破壞強度略有加強，但增加的幅度很小。結(jié)合常見建筑邊坡實際受力情況，在合理設(shè)置坡度、錨桿與格構(gòu)的條件下，可滿足強度要求，對于受力較大的邊坡工程，可進一步調(diào)整配筋和梁截面尺寸以提高強度。

三、生態(tài)復(fù)綠技術(shù)

結(jié)合北方干旱少雨，坡面易受陽光炙烤的特別，對邊坡綠化使用的植物品種和保濕種植土配比進行了試驗設(shè)計，并驗證掛網(wǎng)濕噴工藝與格構(gòu)無縫結(jié)合的可行性，施工效率可大大提高，綠化效果顯著、持久，后期養(yǎng)護簡單。

（一）植被選擇

1. 植物種子材料

以灌木群落為目標(biāo)是公路邊坡生態(tài)防護設(shè)計原則[4]。根據(jù)當(dāng)?shù)氐募竟?jié)、土質(zhì)條件等因素的不同，采用原有的鄉(xiāng)土植物種類，結(jié)合冬季是綠色的外來植物種子，配以適合在斜坡上生長的深根型、葡萄型、耐旱、耐貧瘠、抗逆性強的先鋒草種和目標(biāo)樹種的種子進行混播，選擇適合的植物種子及其種子配比，以達到四季常青的景觀效果。在噴播前對批量種子發(fā)芽率進行測定，并根據(jù)實際情況測定面積計算種子用量，確保噴射效果及質(zhì)量。常用植物種子主要有以下幾種（表2）。

根據(jù)試驗地區(qū)的氣候條件及土質(zhì)情況，草本植被選用黑麥草、高羊茅、紫花苜蓿、白喜草，灌木植被選用狗牙根、紫穗槐、多花木蘭。綜合考慮種子特性及各施工期種子發(fā)芽率及基材混播方法調(diào)整各種子用量：每平方米播種量為40克左右;草本占30%，灌木占70%，這樣既能保證前期的綠化效果，又能保證多年生灌木的數(shù)量。

（二）種植土配比

客土應(yīng)采用易于北方干旱地區(qū)植物成活，并具有良好保濕性能的基質(zhì)材料。根據(jù)以往邊坡綠化研究成果[5]，基材配比常用值見表3。

（三）掛網(wǎng)濕噴工藝

SNS防護系統(tǒng)是一種行之有效的邊坡及地質(zhì)災(zāi)害治理技術(shù)，結(jié)合客土噴播技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類生態(tài)加固工程[6]。但該方法僅適用于自身穩(wěn)定性及巖體完整性較好的巖質(zhì)邊坡工程，對于那些裂隙較發(fā)育、巖體完整性較差或巖土混合邊坡所起到的加固能力有限，很難滿足安全性要求。因此，我們將SNS防護系統(tǒng)及客土噴播技術(shù)與裝配式格構(gòu)錨桿擋墻有機結(jié)合，具體工藝為：先施工格構(gòu)錨桿擋墻，格構(gòu)梁采用半埋式，一般嵌入坡面深度10～15 cm;然后在格構(gòu)擋墻表面設(shè)置SNS防護系統(tǒng)，將格構(gòu)梁及坡面完全蓋住，防護網(wǎng)的鋼絲繩錨桿與格構(gòu)錨桿間隔交叉布置;最后采用客土噴播技術(shù)將含有植被種子的種植土加水拌和后噴射到坡面，厚度一般為15～20 cm;噴播完成后按要求進行養(yǎng)護。

經(jīng)現(xiàn)場驗證效果良好：防護坡面平整度好，綠化率基本可達100%，安全系數(shù)比傳統(tǒng)SNS防護系統(tǒng)大幅提高。

四、結(jié)論

本次研究成果在工程實際應(yīng)用中，主要適宜坡度不小于1∶0.5的邊坡加固，太陡的邊坡不便于安裝固定預(yù)制好的格構(gòu)梁。格構(gòu)梁自上而下宜分臺階施工，因需要吊裝格構(gòu)梁，單個臺階高度不宜大于15 m。對于那些一次性開挖到位，高度大的邊坡不適宜用該方法。

由于近兩年邊坡工程數(shù)量減少等因素，工程使用實例較少，收集到的反饋意見有限，隨著使用工程數(shù)量的增加，本方法仍有改進的可能性，對格構(gòu)梁構(gòu)件的預(yù)制和安裝方式可能發(fā)生較大的改進。

參考文獻：

[1]F.A.Randnll，馮長康.新型混凝土擋土墻簡介[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計通訊， 1989（02）：42-47.

[2]JIS A5312-1990， 裝配式混凝土擋土墻[S].

[3]甄毅，徐滿華.網(wǎng)片裝配式擋土墻與植生袋綜合治理技術(shù)的研究與應(yīng)用[A].《工業(yè)建筑》2016年增刊Ⅱ[C].工業(yè)建筑雜志社， 2016：4.

[4]王云，龍春林，劉怡濤，楊德，庾強，張世俊.植物在高速公路邊坡防護中的應(yīng)用[J].水土保持研究， 2005（06）：203-206.

[5]胡國長，劉乙，胡海波，劉準(zhǔn)橋.廢棄礦山客土噴播恢復(fù)初期基材養(yǎng)分動態(tài)變化[J].北方園藝， 2013（09）：89-92.

[6]王瑞春，鄭朝煒.一種新型巖質(zhì)邊坡景觀改善設(shè)計方法[J].市政技術(shù)， 2020，38（01）：37-42.

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