高速公路裝配式擋土墻發(fā)展現(xiàn)狀研究

楊化慶

（中鐵二十五局集團(tuán)第一工程有限公司，廣州 510405）

1 引言

近年來，我國交通建設(shè)進(jìn)程逐漸加快，高速公路網(wǎng)絡(luò)已基本形成。然而，我國幅員遼闊，地形地貌十分復(fù)雜，相當(dāng)一部分高速公路修建在山區(qū)。在山區(qū)高速公路建造過程中，經(jīng)常會遇到高挖深填的工況，此時邊坡的穩(wěn)定性事關(guān)工程安全。作為結(jié)構(gòu)形式較簡單的邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)，擋土墻已在高速公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，國內(nèi)高速公路擋土墻還是以傳統(tǒng)片石混凝土擋土墻為主，這類擋土墻不僅材料消耗多、施工效率低、工程造價高，而且施工質(zhì)量難以控制，為后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)帶來了困難[1]。

相對于傳統(tǒng)擋土墻，裝配式擋土墻具有輕型化、標(biāo)準(zhǔn)化及工業(yè)化等優(yōu)勢，能夠在保證施工質(zhì)量的前提下，有效降低工程造價，已成為未來低碳、節(jié)能公路建設(shè)的重要發(fā)展方向[2]。裝配式擋土墻的大體建造過程為：首先，通過專用模具在工廠內(nèi)預(yù)制分段的構(gòu)件或單元；然后，在工廠內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；最后，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后進(jìn)行裝配拼接[3]。在整個建設(shè)過程中，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化施工是裝配式擋土墻的特色。

當(dāng)前，我國裝配式擋土墻應(yīng)用較少，偶爾應(yīng)用在一些高度較低或者重要性較小的邊坡建設(shè)中。迄今，裝配式擋土墻的設(shè)計與施工仍缺乏相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，究其原因，主要是目前國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)連接設(shè)計及裝配式擋土墻受力特性的認(rèn)識仍不夠深入，導(dǎo)致缺乏成熟的理論和依據(jù)，并且能夠供設(shè)計與施工參考的工程案例也寥寥無幾。因此，對高速公路裝配式擋土墻結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及施工關(guān)鍵技術(shù)的研究變得十分必要和迫切。本文將重點(diǎn)分析高速公路裝配式擋土墻的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，剖析現(xiàn)有研究存在的缺陷，提煉裝配式擋土墻設(shè)計與施工過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)難題，并指出未來的研究方向，以供相關(guān)研究人員和工程設(shè)計人員參考。

2 高速公路擋土墻研究現(xiàn)狀

如前所述，我國傳統(tǒng)擋土墻具有重力式、懸臂式、扶壁式、錨拉式等結(jié)構(gòu)形式（見圖1），且傳統(tǒng)擋土墻的設(shè)計與施工理論相對比較成熟。重力式擋土墻結(jié)構(gòu)形式比較簡單，且施工所用材料大部分情況下可以就地取材。然而，其質(zhì)量大，對地基承載力的要求相對較高，工程量較大，適用于石料比較充足的地區(qū)。由立板、底板組成的懸臂式擋土墻的斷面尺寸較小，由于立板下部彎矩值較大，需配較多的鋼筋。然而，其對地基適應(yīng)性較重力式擋土墻好一些。扶壁式擋土墻是在懸臂式擋土墻的基礎(chǔ)上隔一定距離加1 道扶壁，連接立板和底板，這類擋土墻施工比較簡單，外觀比較美觀，且對地基適應(yīng)性更強(qiáng)，在墻高大于6 m 時，相對前2 種擋土墻較經(jīng)濟(jì)。錨拉式擋土墻為一端與墻體連接，另一端固定在土體內(nèi)，依靠錨桿與土體之間的錨拉力來承受土壓力的擋土墻，此類擋土墻也是一種輕型結(jié)構(gòu)，對地基承載力的要求亦比較低，特別適用于墻高較高，而石料又非常匱乏的地區(qū)[4，5]。

圖1 傳統(tǒng)擋土墻結(jié)構(gòu)形式

目前，裝配式擋土墻已在公路、市政及水利行業(yè)有所應(yīng)用，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者亦進(jìn)行了初步探索，石中柱和張文清[6]較早研究了鋼筋混凝土裝配式擋土墻設(shè)計與施工的關(guān)鍵技術(shù)；曾向榮[7]將預(yù)制裝配式擋土墻作為路基支擋結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于北京城市鐵路建設(shè)，縮短了擋土墻各工序時間，并且緩解了城市用地緊張問題；丁錄勝[8]通過采用裝配式擋土墻，減小了墻后填土凍融循環(huán)作用對擋土墻的破壞。江平等[9]通過設(shè)計3 種不同類型的裝配式輕型擋土墻（扁殼式、拱式、涵管式），解決了寒區(qū)結(jié)構(gòu)物凍脹破壞問題。后續(xù)相關(guān)學(xué)者在前人的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對裝配式擋土墻進(jìn)行拓展研究。從國內(nèi)外裝配式擋土墻的研究現(xiàn)狀來看，國內(nèi)關(guān)于裝配式擋土墻的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，且現(xiàn)有研究大多是簡單地將懸臂式或扶壁式擋土墻進(jìn)行分段預(yù)制，裝配化程度較低，設(shè)計方法也是參照傳統(tǒng)擋土墻的相關(guān)理論，仍存在諸多不足。

3 高速公路裝配式擋土墻未來研究方向及關(guān)鍵技術(shù)問題

相比傳統(tǒng)擋土墻，諸如扶壁式擋土墻之類的裝配式擋土墻（見圖2）結(jié)構(gòu)新穎，預(yù)制程度高，可以在不同墻高情況下采用不同形式的擋土墻結(jié)構(gòu)，主要有擋土墻與護(hù)欄分離設(shè)計、通過連接件實(shí)現(xiàn)縱向連接、節(jié)段長度隨墻高逐漸減小等特點(diǎn)。擋土墻結(jié)構(gòu)立板和底板厚度較薄，部分加勁肋的存在使結(jié)構(gòu)受力分析較為復(fù)雜，難以通過直觀的力學(xué)分析得到其受力關(guān)鍵位置，這均給施工帶來了較大的難度和不確定性。因此，對裝配式擋土墻的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及施工關(guān)鍵技術(shù)開展研究十分必要和迫切。

圖2 裝配式扶壁擋墻

高速公路裝配式擋土墻未來的研究重點(diǎn)應(yīng)集中于全壽命周期裝配式擋土墻施工力學(xué)行為宏細(xì)觀研究、裝配式擋土墻連接施工多尺度研究、裝配式擋土墻失穩(wěn)破壞機(jī)制與施工控制技術(shù)研究、裝配式擋土墻關(guān)鍵施工技術(shù)與質(zhì)量控制方法研究、基于BIM 技術(shù)的裝配式擋土墻產(chǎn)養(yǎng)運(yùn)全壽命周期的施工工藝精細(xì)化與智能化控制技術(shù)研究。

在全壽命周期裝配式擋土墻施工力學(xué)行為宏細(xì)觀研究方面，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注裝配式擋土墻靜動力學(xué)性能、節(jié)點(diǎn)力學(xué)行為演變規(guī)律、擋土墻各模塊錯位安裝分析；在裝配式擋土墻連接施工多尺度研究方面，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注連接件靜動力疲勞性能、不均勻沉降對連接件力學(xué)性能影響、縱向連接件施工的多尺度分析；在裝配式擋土墻失穩(wěn)破壞機(jī)制與施工控制技術(shù)研究方面，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注力學(xué)性能弱化機(jī)制、連接件破壞規(guī)律、不同破壞模式的施工控制技術(shù)；在裝配式擋土墻關(guān)鍵施工技術(shù)與質(zhì)量控制方法研究方面，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注擋土墻穩(wěn)定性控制技術(shù)、擋土墻整體剛度控制技術(shù)、擋土墻施工質(zhì)量保證方法；在基于BIM技術(shù)的裝配式擋土墻產(chǎn)養(yǎng)運(yùn)全壽命周期的施工工藝精細(xì)化與智能化控制技術(shù)研究方面，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注擋土墻BIM 精細(xì)化模型、擋土墻施工工藝優(yōu)化、擋土墻施工智能化控制技術(shù)[10，11]。

4 結(jié)語

作為一類最常用的邊坡支擋構(gòu)筑物，擋土墻在公路改擴(kuò)工程中得到了廣泛應(yīng)用。本文對比了傳統(tǒng)擋土墻的優(yōu)劣勢，剖析了裝配式擋土墻的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了高速公路裝配式擋土墻的未來研究方向及關(guān)鍵技術(shù)問題。期望本文相關(guān)成果能為裝配式擋土墻的設(shè)計與施工研究提供參考。