高速公路裝配式擋土墻發展現狀研究

楊化慶

（中鐵二十五局集團第一工程有限公司，廣州 510405）

1 引言

近年來，我國交通建設進程逐漸加快，高速公路網絡已基本形成。然而，我國幅員遼闊，地形地貌十分復雜，相當一部分高速公路修建在山區。在山區高速公路建造過程中，經常會遇到高挖深填的工況，此時邊坡的穩定性事關工程安全。作為結構形式較簡單的邊坡支護結構，擋土墻已在高速公路建設中得到了廣泛應用。當前，國內高速公路擋土墻還是以傳統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，而且施工質量難以控制，為后期運營養護帶來了困難[1]。

相對于傳統擋土墻，裝配式擋土墻具有輕型化、標準化及工業化等優勢，能夠在保證施工質量的前提下，有效降低工程造價，已成為未來低碳、節能公路建設的重要發展方向[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預制分段的構件或單元；然后，在工廠內進行標準養護；最后，運輸到施工現場后進行裝配拼接[3]。在整個建設過程中，標準化設計、工廠化生產、機械化施工是裝配式擋土墻的特色。

當前，我國裝配式擋土墻應用較少，偶爾應用在一些高度較低或者重要性較小的邊坡建設中。迄今，裝配式擋土墻的設計與施工仍缺乏相應的規范或標準，究其原因，主要是目前國內外對結構連接設計及裝配式擋土墻受力特性的認識仍不夠深入，導致缺乏成熟的理論和依據，并且能夠供設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構力學性能及施工關鍵技術的研究變得十分必要和迫切。本文將重點分析高速公路裝配式擋土墻的國內外研究現狀，剖析現有研究存在的缺陷，提煉裝配式擋土墻設計與施工過程中涉及的關鍵技術難題，并指出未來的研究方向，以供相關研究人員和工程設計人員參考。

2 高速公路擋土墻研究現狀

如前所述，我國傳統擋土墻具有重力式、懸臂式、扶壁式、錨拉式等結構形式（見圖1），且傳統擋土墻的設計與施工理論相對比較成熟。重力式擋土墻結構形式比較簡單，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。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，且對地基適應性更強，在墻高大于6 m 時，相對前2 種擋土墻較經濟。錨拉式擋土墻為一端與墻體連接，另一端固定在土體內，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構，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[4，5]。

圖1 傳統擋土墻結構形式

目前，裝配式擋土墻已在公路、市政及水利行業有所應用，國內外相關學者亦進行了初步探索，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計與施工的關鍵技術；曾向榮[7]將預制裝配式擋土墻作為路基支擋結構，應用于北京城市鐵路建設，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作用對擋土墻的破壞。江平等[9]通過設計3 種不同類型的裝配式輕型擋土墻（扁殼式、拱式、涵管式），解決了寒區結構物凍脹破壞問題。后續相關學者在前人的基礎上，進一步對裝配式擋土墻進行拓展研究。從國內外裝配式擋土墻的研究現狀來看，國內關于裝配式擋土墻的成功應用經驗較少，且現有研究大多是簡單地將懸臂式或扶壁式擋土墻進行分段預制，裝配化程度較低，設計方法也是參照傳統擋土墻的相關理論，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鍵技術問題

相比傳統擋土墻，諸如扶壁式擋土墻之類的裝配式擋土墻（見圖2）結構新穎，預制程度高，可以在不同墻高情況下采用不同形式的擋土墻結構，主要有擋土墻與護欄分離設計、通過連接件實現縱向連接、節段長度隨墻高逐漸減小等特點。擋土墻結構立板和底板厚度較薄，部分加勁肋的存在使結構受力分析較為復雜，難以通過直觀的力學分析得到其受力關鍵位置，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構力學性能及施工關鍵技術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應集中于全壽命周期裝配式擋土墻施工力學行為宏細觀研究、裝配式擋土墻連接施工多尺度研究、裝配式擋土墻失穩破壞機制與施工控制技術研究、裝配式擋土墻關鍵施工技術與質量控制方法研究、基于BIM 技術的裝配式擋土墻產養運全壽命周期的施工工藝精細化與智能化控制技術研究。

在全壽命周期裝配式擋土墻施工力學行為宏細觀研究方面，應重點關注裝配式擋土墻靜動力學性能、節點力學行為演變規律、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，應重點關注連接件靜動力疲勞性能、不均勻沉降對連接件力學性能影響、縱向連接件施工的多尺度分析；在裝配式擋土墻失穩破壞機制與施工控制技術研究方面，應重點關注力學性能弱化機制、連接件破壞規律、不同破壞模式的施工控制技術；在裝配式擋土墻關鍵施工技術與質量控制方法研究方面，應重點關注擋土墻穩定性控制技術、擋土墻整體剛度控制技術、擋土墻施工質量保證方法；在基于BIM技術的裝配式擋土墻產養運全壽命周期的施工工藝精細化與智能化控制技術研究方面，應重點關注擋土墻BIM 精細化模型、擋土墻施工工藝優化、擋土墻施工智能化控制技術[10，11]。

4 結語

作為一類最常用的邊坡支擋構筑物，擋土墻在公路改擴工程中得到了廣泛應用。本文對比了傳統擋土墻的優劣勢，剖析了裝配式擋土墻的發展現狀，指出了高速公路裝配式擋土墻的未來研究方向及關鍵技術問題。期望本文相關成果能為裝配式擋土墻的設計與施工研究提供參考。