公路工程半重力式裝配式生態(tài)擋墻應(yīng)用技術(shù)研究

曾冬霞，褚肖肖，羅鵬蛟，汪韜

（四川宏洲綠高生態(tài)科技有限公司，四川 成都610095）

如今，我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平提高，對(duì)生態(tài)環(huán)境也提出了更高的要求。基礎(chǔ)設(shè)置建設(shè)進(jìn)入了倡導(dǎo)生態(tài)環(huán)保、節(jié)能降耗的新時(shí)期，國(guó)家“綠色公路”建設(shè)指導(dǎo)意見中明確指出綠色公路的特征是資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效和服務(wù)提升，實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展。

近年來，裝配式、生態(tài)化的擋墻在巖土支擋領(lǐng)域有了一些嘗試。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)裝配式擋墻以及生態(tài)修復(fù)也開展了研究。林高山[1]分析了一種扶壁式裝配式擋墻的工藝技術(shù)。胡偉[2]介紹了一種U 型槽填土式的裝配式重力式生態(tài)擋墻。趙冰琴[3]從生境構(gòu)筑方法的角度探索了一種新的分類方法，分析了各種生態(tài)修復(fù)技術(shù)的適用范圍和生態(tài)修復(fù)效果。曾向榮[4]提出部分預(yù)制裝配式扶壁擋土方案,擋土墻基礎(chǔ)為現(xiàn)澆施工,墻面板和肋板采用預(yù)制安裝。紀(jì)文利[5]等提出采用全預(yù)制裝配式扶壁擋土墻,底板、墻面板以及肋板均提前預(yù)制,待地基處理完成之后直接進(jìn)行拼裝,有效縮短施工工期。

一種新型的裝配式生態(tài)擋墻作為一種新材料、新技術(shù)采用工業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行裝配式施工，并且具備立體綠化功能。本文以南充至成都高速公路擴(kuò)容工程項(xiàng)目半重力式裝配式生態(tài)擋墻為例，介紹其設(shè)計(jì)形式、力學(xué)計(jì)算模型、施工關(guān)鍵技術(shù)、綜合效益分析等關(guān)鍵問題，為類似的裝配式擋墻工程的設(shè)計(jì)與施工提供借鑒參考。

1 工程概況

擬建工程南充至成都高速公路擴(kuò)容項(xiàng)目成巴高速加寬段，高速公路貫穿全段。南充城區(qū)過境段復(fù)線采用設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬度為34m，雙向6 車道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，景觀要求較高。擬在入城段K10+885 ～K11+050段左右幅采用裝配式生態(tài)擋墻進(jìn)行支護(hù)。該段路基左右幅為挖方路塹邊坡，高度3～4m。該段擋墻范圍內(nèi)地質(zhì)狀況如下：鉆孔范圍內(nèi)以粘土、砂巖為主。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及力學(xué)計(jì)算

2.1 擋墻基本組成單元

裝配式生態(tài)擋墻由標(biāo)準(zhǔn)化單元構(gòu)件PC 構(gòu)件組成，PC 構(gòu)件外輪廓尺寸為1.5m（長(zhǎng)）×0.8m（寬）×0.7m（高），如圖1所示，采用鋼模整體成型，單塊重量約610kg，混凝土強(qiáng)度為C35，單塊構(gòu)件抗壓承載力不小于90kN。底部為帶一定坡度的植生板，板上可培土種植綠色植物，后壁開有排水窗。PC 構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)兩側(cè)預(yù)留吊裝孔、裝配連接孔等。上下端面均設(shè)置有榫接臺(tái)階，構(gòu)件裝配后左右側(cè)壁相互形成一閉合空間，于此空間內(nèi)現(xiàn)澆混凝土形成肋柱，并與基礎(chǔ)剛性連接。拼裝成形效果如2所示。

圖2 PC 構(gòu)件拼裝圖

2.2 擋墻結(jié)構(gòu)體系

半重力式生態(tài)擋墻設(shè)置為為仰斜式，面坡坡比為1:0.2，現(xiàn)澆基礎(chǔ)高度約1.6m，設(shè)置三層PC 構(gòu)件，頂部設(shè)置0.25m 高現(xiàn)澆壓頂梁。墻頂設(shè)置1m 寬平臺(tái)，坡頂1:1放坡+噴播植草。典型斷面如圖3所示。

圖3 典型斷面

2.3 擋墻力學(xué)計(jì)算

裝配式半重力式生態(tài)擋墻利用重力和結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行擋土。由于該擋墻預(yù)制構(gòu)件為輕型構(gòu)件，墻身總體加權(quán)平均重度約19kN/m3，較于傳統(tǒng)圬工體重度較輕，結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中采用平均重度代入驗(yàn)算其抗滑移穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、地基應(yīng)力及偏心距、墻身強(qiáng)度驗(yàn)、整體穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)驗(yàn)算采用重力式擋墻驗(yàn)算模型。由于面板采用PC 構(gòu)件拼接而成，主要受力構(gòu)件為間距為1.5m 的肋柱，現(xiàn)澆肋柱尺寸為0.33m*0.42m，根據(jù)整體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算所得主動(dòng)土壓力Ea，計(jì)算1.5m 長(zhǎng)度范圍土壓力并進(jìn)行肋柱配筋驗(yàn)算。計(jì)算步驟及結(jié)果見表1。

表1 擋墻力學(xué)計(jì)算步驟及結(jié)果

其中，計(jì)算墻面版計(jì)算模型如圖4所示：

圖4 墻面板計(jì)算模型

根據(jù)土壓力計(jì)算結(jié)果，視土壓力為理想分布，由庫(kù)侖土壓力經(jīng)典公式可知，墻底土壓強(qiáng)度：

根據(jù)內(nèi)插法，推算基礎(chǔ)與墻面立板處土壓強(qiáng)度：

半重力式擋墻基礎(chǔ)與墻面立板處為固定端，立板可看做懸挑結(jié)構(gòu)。取1.5m 單模長(zhǎng)度計(jì)算土壓應(yīng)力：

代入懸挑梁模型計(jì)算肋柱底部最大彎矩值、最大剪力值分別為：

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》(2015年版)，計(jì)算肋柱正截面、斜截面配筋。

擋 土 側(cè) 縱 筋：構(gòu) 造As=277mm2， 實(shí) 配2E22(760mm2，ρ=0.55%)配筋滿足；

臨 空 側(cè) 縱 筋：構(gòu) 造As=277mm2， 實(shí) 配2E22(760mm2，ρ=0.55%)，配筋滿足；

箍筋：構(gòu)造Av/s=419mm2/m，實(shí)配d10@200 兩肢(785mm2/m，ρsv=0.24%)，配筋滿足；

裂縫寬度:Wmax=0.031mm＜Wlim=0.200mm，滿足。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工工序

臨時(shí)開挖及臨時(shí)支護(hù)→開挖基礎(chǔ)基槽→綁扎基礎(chǔ)鋼筋和肋柱鋼筋→澆筑基礎(chǔ)混凝土→分塊分層吊裝PC構(gòu)件→安裝U 型扣→澆筑肋柱混凝土→支模和綁扎壓頂梁鋼筋→澆筑壓頂梁混凝土→墻背回填→PC 構(gòu)件內(nèi)客土→培植綠色植物。

3.2 施工要點(diǎn)

（1）基槽開挖：基槽開挖應(yīng)做好臨時(shí)防護(hù)，保證邊坡臨時(shí)開挖穩(wěn)定性。

（2）基礎(chǔ)施工：基礎(chǔ)應(yīng)按照5cm/15 米的裝配累計(jì)誤差放線。基礎(chǔ)混凝土澆筑前應(yīng)檢查肋柱預(yù)埋鋼筋型號(hào)、數(shù)量、間距、長(zhǎng)度?；A(chǔ)澆筑成形后需確保頂面平整度和頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）PC 構(gòu)件吊裝：第一層PC 構(gòu)件裝配宜從路肩矮高程沿較高程方向裝配，宜沿整段擋墻逐層通長(zhǎng)裝配，線型順直、設(shè)計(jì)坡比、高程統(tǒng)一。

（4）肋柱澆筑：基礎(chǔ)施工時(shí)根據(jù)擋墻高度一次性預(yù)埋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度肋柱主筋，并提前完成肋柱箍筋綁扎。肋柱混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)到75%后，進(jìn)行上部構(gòu)件裝配，且不應(yīng)對(duì)已完成墻身產(chǎn)生撞擊。

（5）墻背回填：基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度達(dá)到30%，進(jìn)行基礎(chǔ)邊緣回填，肋柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%，可進(jìn)行回填，肋柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，方可一次性回填。

（6）綠植及滴灌：綠植品種宜優(yōu)先選擇符合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的植物。根據(jù)地理位置及養(yǎng)護(hù)面積可選配滴灌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化植物養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)論

裝配式建筑是建筑工業(yè)化的大勢(shì)所趨，裝配式巖土支擋結(jié)構(gòu)的研發(fā)還未成熟，結(jié)合綠化功能的裝配式擋墻具有良好的前景。本項(xiàng)目采用裝配式半重力式生態(tài)擋墻,取得了良好的經(jīng)濟(jì),環(huán)境效益,社會(huì)效益。

經(jīng)濟(jì)效益:采用裝配式建造工藝,質(zhì)量穩(wěn)定，施工過程簡(jiǎn)單便捷、施工現(xiàn)場(chǎng)文明整潔、施工速度快，可節(jié)約60%以上勞動(dòng)用工，工期縮短1/3 以上。

環(huán)境效益：可為景觀綠化提供良好的植物生長(zhǎng)環(huán)境，修復(fù)原始邊坡植被生態(tài)，打造全綠植覆蓋的可持續(xù)的、立體綠色生態(tài)景觀。

社會(huì)效益：節(jié)約大量水泥用量，無需大量現(xiàn)場(chǎng)澆筑，相比傳統(tǒng)重力式擋墻節(jié)約混凝土用量80%以上，助力“雙碳”目標(biāo)，符合國(guó)家“綠色公路”建設(shè)要求。

圖5 擋墻施工實(shí)景圖

圖6 生態(tài)擋墻綠化實(shí)景圖