基于生命周期評價(jià)法的擋土墻環(huán)境影響分析*

李麗華 張怡心 屠嫻哲 梅利芳# 宋 楊

(1.湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院,湖北省生態(tài)道路工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430068;2.河北省巖土工程安全與變形控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(河北水利電力學(xué)院),河北 滄州 061000)

建筑業(yè)作為溫室氣體排放的主要來源,貢獻(xiàn)了全球1/3溫室氣體排放,且其能源消耗占全球的30%～40%[1];而擋土墻作為建筑領(lǐng)域常見構(gòu)造物,合理優(yōu)化與控制其生命周期內(nèi)能源消耗及污染物排放,對發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、控制全球變暖具有深遠(yuǎn)意義[2]。我國雖然在生命周期評價(jià)(LCA)方面研究起步較晚,但是國家對于資源環(huán)境及可持續(xù)性發(fā)展等環(huán)境問題越來越重視。國務(wù)院在“中國制造2025”中提出“加強(qiáng)產(chǎn)品全生命周期綠色管理”,建立“綠色制造標(biāo)準(zhǔn)體系”及“綠色設(shè)計(jì)與評價(jià)得到廣泛應(yīng)用”[3-4]。因此,基于LCA研究擋土墻的環(huán)境影響,針對性控制其能源消耗,并減少其溫室氣體排放尤為重要。

近年來,國外許多學(xué)者已對擋土墻進(jìn)行LCA,并分析其對環(huán)境的影響。PONS等[5]411、ZASTROW等[6]1038分析不同類型擋土墻對環(huán)境的影響,結(jié)果表明石籠墻與磚石墻對環(huán)境的影響更小。FRISCHKNECHT等[7]對比分析重力式擋土墻與土工格柵加筋土擋墻環(huán)境影響,結(jié)果表明土工格柵加筋土擋墻具有明顯環(huán)境優(yōu)勢。DAMIANS等[8]、DJADOUNI等[9]對比分析了不同擋土墻的能源消耗、溫室氣體排放及環(huán)境影響。

我國關(guān)于擋土墻的相關(guān)研究,主要針對其力學(xué)特性。李麗華等[10-11]對基于數(shù)值建模及大型室內(nèi)試驗(yàn),研究擋土墻力學(xué)性能。LCA相關(guān)研究開展較晚,在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在路橋及房建領(lǐng)域。李肖燕[12]對比分析了水泥路面與瀝青路面的能耗及污染物排放。劉淑芬[13]分析與總結(jié)了高速鐵路和高速公路基礎(chǔ)建設(shè)階段能源消耗及環(huán)境排放特征。鄭曉云等[14]構(gòu)建裝配式建筑LCA模型,并計(jì)算某裝配式建筑碳排放總量。秦驁等[15]計(jì)算某地鐵站全生命周期碳排放總量,并分析其碳排放特征及規(guī)律。

目前,國外已有對擋土墻LCA的研究,而國內(nèi)土木工程領(lǐng)域的LCA主要集中于路橋與房建領(lǐng)域,對擋土墻LCA研究較少,適用于我國擋土墻LCA體系仍有待完善。而LCA存在極強(qiáng)的地域局限性,這導(dǎo)致國外的研究成果不能完全適用我國?；贚CA方法,選取3種常見擋土墻類型,分別為重力式擋土墻、懸臂式擋土墻及加筋土擋墻,對比分析其生命周期全過程能源消耗及溫室氣體排放,并分析墻高對擋土墻的環(huán)境影響,確定不同擋土墻對環(huán)境影響的最佳墻高,從而為綠色建筑發(fā)展提供理論支持。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

本研究采用中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心AGP模型,背景數(shù)據(jù)來自中國生命周期數(shù)據(jù)庫(CLCD)和Ecoinvent-Public 2.2.0。擋土墻全生命周期過程消耗大量建筑材料及不可再生資源,同時(shí)排放大量溫室氣體、粉塵和建筑垃圾,對能源消耗、溫室效應(yīng)和水體污染等環(huán)境問題產(chǎn)生一定的影響,針對以上環(huán)境問題選取8種環(huán)境影響類別作為特征化指標(biāo)對擋土墻環(huán)境影響進(jìn)行分析評價(jià),特征化指標(biāo)如下:中國資源消耗潛值(CADP)用于表示不可再生能源消耗情況;全球變暖潛能(GWP)用于表示溫室效應(yīng)對全球變暖的貢獻(xiàn);酸化潛能(AP)用于表示酸性氣體對酸化的貢獻(xiàn);富營養(yǎng)化潛能(EP)用于表示氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)對富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn);可吸入無機(jī)物(RI)用于表示可吸入無機(jī)物造成的人體損害;固體廢物量(WS)用于表示產(chǎn)生的固體廢物量;淡水消耗量(WU)和化學(xué)需氧量(COD)分別用于表示用水量及對水體的污染情況。上述環(huán)境影響類型包括了中國面臨的大部分環(huán)境熱點(diǎn)問題。

1.1 目標(biāo)與范圍的定義

擋土墻的生命周期主要分為5個(gè)階段,分別為原材料生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段、施工階段、維護(hù)階段和拆除回收階段。

擋土墻穩(wěn)定性主要包括抗傾覆穩(wěn)定性、抗滑移穩(wěn)定性和地基承載力穩(wěn)定性,部分學(xué)者引入可靠度分析擋土墻穩(wěn)定性。杜永峰等[16]建立重力式擋土墻結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性的功能函數(shù),施小平[17]分析影響懸臂式擋土墻穩(wěn)定性的因素,結(jié)果表明擋土墻可靠度主要與填料內(nèi)摩擦角、擋土墻背摩擦角、擋土墻基地摩擦系數(shù)和填土重度有關(guān)。周智海等[18]、李純玉[19]、尹作華[20]和任波等[21]對影響擋土墻穩(wěn)定性的相關(guān)性因素進(jìn)行敏感性分析,結(jié)果表明填料的內(nèi)摩擦角與黏聚力敏感性最高,對擋土墻穩(wěn)定性影響最大。本研究根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,經(jīng)承載能力極限狀態(tài)最不利荷載效應(yīng)組合驗(yàn)算,按抗震設(shè)防烈度為7度,基本加速度為0.1 g進(jìn)行設(shè)計(jì),取填料內(nèi)摩擦角為30°,基底摩擦系數(shù)為0.30,均布荷載為10～20 kPa。假定擋土墻填料物理性質(zhì)一致,以保證擋土墻穩(wěn)定性的一致性。

隨著擋土墻高度的增加,其所消耗的資源與材料也逐漸增大,使其抵抗更大的土壓力。而ZASTROW等[6]1039研究表明,不同的容許地面壓力對擋土墻整體的影響很小。因此,本研究選取1 m標(biāo)準(zhǔn)截面擋土墻為功能單位。

1.2 清單分析

加筋土擋墻設(shè)計(jì)依照《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(SL/T 225—98),采用容許應(yīng)力法,對加筋土擋墻進(jìn)行筋材強(qiáng)度驗(yàn)算,確定其加筋間距與加筋長度。重力式擋土墻及懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)基于《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,參照國家建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖集《擋土墻(重力式、衡重式、懸臂式)》進(jìn)行設(shè)計(jì)。本研究所用混凝土強(qiáng)度等級為C20,其各材料質(zhì)量比為水泥∶水∶砂子∶碎石=0.47∶1.00∶1.34∶3.13。所有材料均由18 t重型柴油貨車通過公路運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場,運(yùn)輸階段主要考慮運(yùn)輸工具的污染物排放、運(yùn)輸工具消耗能源和資源隨之產(chǎn)生的污染物排放。其中,運(yùn)輸工具的污染物排放主要與運(yùn)輸量有關(guān),貨車運(yùn)輸指標(biāo)計(jì)算公式見式(1):

T=∑Mi×Di

(1)

式中:T為貨車運(yùn)輸指標(biāo),t·km;Mi為i材料使用量,t;Di為i材料運(yùn)輸距離,km。

建筑維護(hù)階段考慮混凝土碳化對擋土墻的環(huán)境影響。雖然混凝土的碳化會(huì)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響,但是通過吸收空氣中的CO2,混凝土對CO2起到固定作用,對環(huán)境的影響是有利的[22-25]。

根據(jù)菲克第一定律得出混凝土生命周期內(nèi)CO2碳化公式[26],見式(2):

(2)

拆除回收階段參考文獻(xiàn)[26]研究內(nèi)容,認(rèn)為建筑拆除回收階段的排放量占建筑施工階段10%。3種擋土墻清單分析如表1至表3所示。

表1 加筋土擋墻清單分析Table 1 Inventory analysis of reinforced retaining wall

表2 懸臂式擋土墻清單分析Table 2 Inventory analysis of cantilever retaining wall

表3 重力式擋土墻清單分析Table 3 Inventory analysis of gravity retaining wall

2 結(jié)果與討論

2.1 歸一化結(jié)果

以3種擋土墻各特征化指標(biāo)最大值為基準(zhǔn),以百分比形式對3種擋土墻特征化指標(biāo)進(jìn)行對比分析,并分析各清單物質(zhì)對特征化指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。擋土墻高度為6 m時(shí),3種擋土墻歸一化后特征化指標(biāo)如圖1所示,3種擋土墻各清單物質(zhì)對各特征化指標(biāo)貢獻(xiàn)率如圖2所示。

圖1 特征化指標(biāo)對比Fig.1 Comparison chart of characteristic index

重力式擋土墻GWP、AP、EP、RI、WU、WS和COD最大,說明重力式擋土墻對環(huán)境的影響在全球變暖、酸化、富營養(yǎng)化等方面較大;懸臂式擋土墻CADP最大,說明其在生命周期過程中消耗資源量最大。懸臂式擋土墻與加筋土擋墻的GWP和AP較接近,而重力式擋土墻遠(yuǎn)大于前兩者,其相較于懸臂式擋土墻與加筋土擋墻,GWP分別增加53.6、48.4百分點(diǎn),AP分別增加41.0、36.7百分點(diǎn)。加筋土擋墻EP、RI、WU和COD大于懸臂式擋土墻,且差距較大,相較于加筋土擋墻,懸臂式擋土墻的EP、RI、WU和COD分別減少15.6、43.6、26.9、18.5百分點(diǎn)。3種擋土墻WS差異較小,重力式擋土墻分別為懸臂式擋土墻、加筋土擋墻的109.1%、113.0%。

圖2 各清單物質(zhì)對特征化指標(biāo)貢獻(xiàn)率Fig.2 The contribution rate of each listed substance to characteristic index

表4 特征化指標(biāo)權(quán)重因子Table 4 Weight factor of characteristic index

表5 各清單物質(zhì)加權(quán)綜合指標(biāo)Table 5 The weighted comprehensive index of each listed substance

2.2 特征化指標(biāo)

本研究權(quán)重因子采用層次分析法(AHP)進(jìn)行分析,各特征化指標(biāo)權(quán)重因子如表4所示。由此得到各清單物質(zhì)加權(quán)綜合指標(biāo)見表5,各清單物質(zhì)對加權(quán)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率見圖3。

由計(jì)算可得,當(dāng)墻高為6 m時(shí),重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、加筋土擋墻加權(quán)綜合指標(biāo)分別為6.03×10-9、5.57×10-9、4.49×10-9。重力式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)最大,其次為懸臂式擋土墻,加筋土擋墻最小。說明重力式擋土墻對環(huán)境造成的總體影響最大,加筋土擋墻對環(huán)境影響最小,為3種擋土墻中最環(huán)保的方案。

圖3 各清單物質(zhì)對擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率Fig.3 The contribution rate of each listed substance to the weighted comprehensive index of retaining wall

原材料生產(chǎn)階段為3種擋土墻生命周期環(huán)境影響的主要來源,分別為重力式擋土墻、加筋土擋墻、懸臂式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)的74%、78%、85%;在原材料生產(chǎn)階段,對重力式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)影響較大的清單物質(zhì)為砂、混凝土碎石和混凝土水泥,貢獻(xiàn)率分別為29%、28%和13%;對加筋土擋墻影響較大的為砂、碎石、混凝土碎石和格賓網(wǎng),貢獻(xiàn)率分別為39%、17%、9%和6%,對懸臂式擋土墻影響較大的為鋼筋、砂和混凝土碎石,貢獻(xiàn)率分別為40%、30%和10%。

砂與碎石是我國生產(chǎn)能力和消費(fèi)量最大的礦產(chǎn)資源,在開采過程中,大部分人工砂石料系統(tǒng)采用爆破開采巖石,過程中伴有大量粉塵及少量CO、NO2和SO2等氣體產(chǎn)生;砂石生產(chǎn)過程需各種大型機(jī)械進(jìn)行破碎、篩分及輸送,消耗大量電力及燃料,且燃料燃燒產(chǎn)生大量CO2,對GWP、AP影響較大。

混凝土主要材料為水泥,其熟料煅燒過程需對石灰石進(jìn)行煅燒分解,產(chǎn)生大量CO2;且熟料煅燒以煤為燃料,燃燒過程中會(huì)釋放大量SO2、NOx、CO2等污染氣體,對AP、EP和GWP影響較大[27-29]。少熟料膠凝材料的推廣與應(yīng)用能有效控制水泥碳排放量與使用量,并結(jié)合優(yōu)化擋土墻前期設(shè)計(jì),強(qiáng)化其建設(shè)施工過程的工程管理,促使水泥熟料用量下降,從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

由圖1、圖2可得,重力式擋土墻GWP、AP和EP遠(yuǎn)大于其他兩種擋土墻,且砂、混凝土碎石和混凝土水泥對擋土墻GWP、AP和EP貢獻(xiàn)率較高。重力式擋土墻依靠自身重力來維持其在土壓力作用下的穩(wěn)定性,建設(shè)過程中主要采用大量混凝土進(jìn)行整體澆筑,其混凝土用量遠(yuǎn)大于其他兩種擋土墻,而混凝土主要材料為砂、碎石與水泥;砂與碎石對GWP貢獻(xiàn)較大,水泥對AP、EP影響較大,所以重力式擋土墻GWP、AP和EP遠(yuǎn)大于其他兩種擋土墻。

懸臂式擋土墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),主要靠底板上的填土重量來維持擋土墻的穩(wěn)定性。鋼筋生產(chǎn)過程需要消耗大量金屬物質(zhì)及資源,對CADP貢獻(xiàn)較大,所以懸臂式擋土墻CADP最大。由表4可得,CADP權(quán)重因子最大,說明其對加權(quán)綜合指標(biāo)影響最大,而懸臂式擋土墻CADP最大,即使其他7類指標(biāo)均遠(yuǎn)小于重力式擋土墻,但懸臂式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)卻為重力式擋土墻的92.3%。PONS等[5]416研究表明,對鋼筋進(jìn)行回收利用可有效減少擋土墻9.6%～12.4% CO2排放量。張建良等[30]研究表明,可以通過提高廢鋼利用率,減少中國鋼鐵工業(yè)污染物排放量。

運(yùn)輸過程分別占重力式、加筋土、懸臂式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)的24%、20%和13%。運(yùn)輸階段污染物排放過程主要包括運(yùn)輸工具的污染物排放、運(yùn)輸工具消耗能源和資源隨之產(chǎn)生的污染物排放。本研究采用柴油貨車為運(yùn)輸工具,其尾氣中含有大量SOx、NOx,對AP、EP影響較大。車輛燃料的燃燒過程會(huì)排放大量顆粒物質(zhì)和煙塵,對RI、COD影響較大。因此,減少擋土墻運(yùn)輸階段對汽油、柴油等不可再生資源的消耗,是降低擋土墻環(huán)境影響的重點(diǎn)。在交通產(chǎn)生的直接排放方面,可通過降低對公路貨運(yùn)的依賴,使用鐵路等電氣化程度較高的運(yùn)輸方式,達(dá)到減少碳排放的目的。

綜上所述,對擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)最大的為擋土墻原材料生產(chǎn)階段,與文獻(xiàn)[5]、 [31]、[32]的研究結(jié)果一致。對加權(quán)綜合指標(biāo)影響最大的清單物質(zhì)主要為砂、碎石、混凝土碎石、混凝土水泥、鋼筋及貨車運(yùn)輸,針對其生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn),或減少其用量,是控制擋土墻生命周期環(huán)境影響的有效途徑。

2.3 敏感性分析

敏感性分析用于表示清單數(shù)據(jù)對各指標(biāo)的靈敏度。通過敏感性分析,得出產(chǎn)品生命周期中對環(huán)境影響最大的過程,根據(jù)此結(jié)果對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn),其計(jì)算公式見式(3):

(3)

式中:Sij為i材料對j指標(biāo)的敏感性;ΔIi為i材料清單數(shù)據(jù)的變化量;Ii為i材料的清單數(shù)據(jù)總量;ΔTj為由于i材料的清單數(shù)據(jù)變化所引起的j指標(biāo)的變化量;Tj為j指標(biāo)數(shù)值。

對擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)較大的階段為原材料生產(chǎn)階段及運(yùn)輸階段,因此上述階段中的關(guān)鍵參數(shù)對加權(quán)綜合指標(biāo)結(jié)果影響較大。根據(jù)圖3,選取對擋土墻貢獻(xiàn)率較大的清單物質(zhì)分別進(jìn)行敏感性分析,結(jié)果如圖4至圖6所示。

圖4 重力式擋土墻敏感性分析Fig.4 Sensitivity analysis of gravity retaining wall

圖5 懸臂式擋土墻敏感性分析Fig.5 Sensitivity analysis of cantilever retaining wal

圖6 加筋土擋墻敏感性分析Fig.6 Sensitivity analysis of reinforced retaining wall

由圖4至圖6可知,加權(quán)綜合指標(biāo)結(jié)果與上述清單物質(zhì)變化比呈線性關(guān)系,可根據(jù)其斜率判斷各清單物質(zhì)對加權(quán)綜合指標(biāo)的敏感性大小。重力式擋土墻敏感性較大的清單物質(zhì)依次為砂、混凝土碎石、貨車運(yùn)輸及混凝土水泥。懸臂式擋土墻敏感性較大的清單物質(zhì)依次為鋼筋、砂、貨車運(yùn)輸及混凝土碎石。加筋土擋墻敏感性較大的清單物質(zhì)依次為砂、貨車運(yùn)輸、碎石及混凝土水泥。砂、鋼筋、砂分別對重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、加筋土擋墻加權(quán)綜合指標(biāo)結(jié)果的影響幅度最大,針對其采取相關(guān)節(jié)能減排措施,是減少擋土墻生命周期環(huán)境影響的主要途徑。

2.4 墻高對擋土墻的環(huán)境影響

擋土墻的加權(quán)綜合指標(biāo)隨墻高變化見圖7。3種擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)均呈上升趨勢,且重力式擋土墻與懸臂式擋土墻趨勢相近。當(dāng)墻高小于4 m時(shí),加筋土擋墻加權(quán)綜合指標(biāo)最大;當(dāng)墻高大于4 m時(shí),重力式擋土墻與懸臂式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)均大于加筋土擋墻,此時(shí),加筋土擋墻對環(huán)境影響最小。隨著墻高的增大,重力式擋土墻、加筋土擋墻、懸臂式擋土墻在墻高從2 m增至6 m時(shí)加權(quán)綜合指標(biāo)增長率分別為462%、199%、390%;重力式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)增長率最大,對環(huán)境影響增量最大。

圖7 加權(quán)綜合指標(biāo)隨墻高變化Fig.7 Variation of weighted comprehensive index with wall height

2.4.1 擬合曲線

由圖7可知,隨著墻高的增大,擋土墻的加權(quán)綜合指標(biāo)逐漸增大。擋土墻的加權(quán)綜合指標(biāo)與其墻高有良好的相關(guān)性。對其進(jìn)行回歸分析,得出擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)與墻高之間的關(guān)系式,擬合曲線見圖8。

加筋土擋墻加權(quán)綜合指標(biāo)與墻高之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系,其擬合曲線呈線性關(guān)系增長,說明隨墻高的增大,加筋土擋墻加權(quán)綜合指標(biāo)增長量較為穩(wěn)定。重力式擋土墻與懸臂式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)擬合曲線呈冪函數(shù)形式增長,且其指數(shù)均大于1,隨著墻高的增大,兩種擋土墻的加權(quán)綜合指標(biāo)增長量越來越大。重力式擋土墻冪指數(shù)(1.67)大于懸臂式擋土墻冪指數(shù)(1.54),說明其加權(quán)綜合指標(biāo)增長速度大于懸臂式擋土墻。

注:W為加權(quán)綜合指標(biāo),h為墻高。圖8 擋土墻擬合曲線Fig.8 Fitting curve of retaining wall

2.4.2 貢獻(xiàn)率比值

為突出各清單物質(zhì)貢獻(xiàn)率受墻高的影響,使用貢獻(xiàn)率比值描述墻高從1 m到6 m各清單物質(zhì)貢獻(xiàn)率變化,其值越接近1,表示墻高對其貢獻(xiàn)率影響越小。其計(jì)算公式見式(4):

(4)

式中:ηctr為各清單物質(zhì)貢獻(xiàn)率比值;ηm為墻高為m時(shí)清單物質(zhì)對加權(quán)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率;η2為基準(zhǔn)墻高時(shí)清單物質(zhì)貢獻(xiàn)率。

加筋土擋墻4種清單物質(zhì)貢獻(xiàn)率比值隨墻高變化如圖9所示。隨墻高增大,貨車運(yùn)輸貢獻(xiàn)率比值呈上升趨勢,混凝土水泥貢獻(xiàn)率比值呈下降趨勢,碎石與砂貢獻(xiàn)率比值接近,且趨勢平穩(wěn)。貨車運(yùn)輸增長趨勢最明顯,其貢獻(xiàn)率比值大于1,當(dāng)墻高為6 m時(shí),其值為4.87,說明墻高對貨車運(yùn)輸貢獻(xiàn)率影響較大,墻高與加筋土擋墻貨車運(yùn)輸貢獻(xiàn)率存在正相關(guān)關(guān)系?；炷了嘭暙I(xiàn)率比值呈下降趨勢,且其值小于1;當(dāng)墻高為6 m時(shí),其值為0.36,變化幅度小于貨車運(yùn)輸,說明墻高與加筋土擋墻混凝土水泥貢獻(xiàn)率存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,且墻高對混凝土水泥貢獻(xiàn)率影響小于貨車運(yùn)輸。隨墻高增大,砂與碎石貢獻(xiàn)率比值趨勢平穩(wěn),且其值大于1,墻高6 m時(shí)為1.15,說明墻高的增大對砂與碎石貢獻(xiàn)率影響較小,但兩者之間仍存在正相關(guān)關(guān)系。

圖9 加筋土擋墻貢獻(xiàn)率比值Fig.9 Contribution ratio of reinforced retaining wall

懸臂式擋土墻4種清單物質(zhì)貢獻(xiàn)率比值隨墻高變化如圖10所示。隨墻高增大,貨車運(yùn)輸、鋼筋貢獻(xiàn)率比值呈上升趨勢,且兩者貢獻(xiàn)率比值均大于1;砂、混凝土碎石貢獻(xiàn)率比值呈下降趨勢,且其貢獻(xiàn)率比值均小于1。貨車運(yùn)輸貢獻(xiàn)率比值變化率最大,當(dāng)墻高為6 m時(shí),其值約為初始值的2倍,為2.11。貨車運(yùn)輸貢獻(xiàn)率與墻高之間存在正相關(guān)關(guān)系,且墻高變化對貨車運(yùn)輸貢獻(xiàn)率影響最大。鋼筋貢獻(xiàn)率比值變化率次之,當(dāng)墻高為6 m時(shí),其值為1.51;說明鋼筋貢獻(xiàn)率與墻高之間存在正相關(guān)關(guān)系,且墻高對鋼筋貢獻(xiàn)率的影響小于貨車運(yùn)輸。混凝土碎石貢獻(xiàn)率比值變化趨勢較為平緩,與1較為接近,且小于1,說明混凝土碎石貢獻(xiàn)率受墻高影響最小,但二者之間仍存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。砂貢獻(xiàn)率比值變化率大于混凝土碎石,當(dāng)墻高為6 m時(shí),其值為0.61;說明砂貢獻(xiàn)率與墻高之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,且墻高對砂貢獻(xiàn)率影響大于混凝土碎石,小于鋼筋。

圖10 懸臂式擋土墻貢獻(xiàn)率比值Fig.10 Contribution ratio of cantilever retaining wall

重力式擋土墻4種清單物質(zhì)貢獻(xiàn)率比值隨墻高變化如圖11所示。隨墻高增大,貨車運(yùn)輸、混凝土水泥和混凝土碎石貢獻(xiàn)率比值均呈上升趨勢,且其貢獻(xiàn)率比值均大于1,說明其貢獻(xiàn)率與墻高存在正相關(guān)關(guān)系,且貨車運(yùn)輸貢獻(xiàn)率受墻高變化影響最大;砂貢獻(xiàn)率比值呈下降趨勢,且其值小于1,說明砂貢獻(xiàn)率與墻高存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,且砂貢獻(xiàn)率比值與1差值大于混凝土碎石和混凝土水泥,所以砂貢獻(xiàn)率受墻高影響大于混凝土碎石及混凝土水泥,且小于貨車運(yùn)輸。

圖11 重力式擋土墻貢獻(xiàn)率比值Fig.11 Contribution ratio of gravity retaining wall

3 結(jié) 論

(1) 當(dāng)墻高為6 m時(shí),重力式擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)最大,其次為懸臂式擋土墻,再次為加筋土擋墻;說明加筋土擋墻對環(huán)境影響最小,為3種擋土墻中最環(huán)保的方案。

(2) 原材料生產(chǎn)階段對擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率最大,其次為運(yùn)輸階段。砂對重力式擋土墻、加筋土擋墻的加權(quán)綜合指標(biāo)敏感性最大,鋼筋對懸臂式擋土墻的加權(quán)綜合指標(biāo)敏感性最大,針對上述清單物質(zhì)采取相關(guān)節(jié)能減排措施,是減少擋土墻對環(huán)境影響的主要途徑。

(3) 隨墻高增大,3種擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)均呈上升趨勢,當(dāng)墻高小于4 m時(shí),加筋土擋墻加權(quán)綜合指標(biāo)最大;當(dāng)墻高大于4 m時(shí),選擇加筋土擋墻最優(yōu)。

(4) 3種擋土墻加權(quán)綜合指標(biāo)與墻高之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。加筋土擋墻擬合曲線呈線性關(guān)系,重力式擋土墻與懸臂式擋土墻擬合曲線呈冪函數(shù)形式,說明隨著墻高的增大,加筋土擋墻對環(huán)境的影響增量較小,具有環(huán)境優(yōu)勢。