路基邊坡裝配式拱形骨架施工技術及經濟性研究

【摘要】

裝配式結構以其安全、環保、節能、高效等特點成為混凝土結構的發展趨勢。以福廈高速鐵路莆田車站路堤邊坡為例，提出了一種適用于鐵路路基邊坡防護的裝配式拱形骨架施工方案，分析了裝配式拱形骨架邊坡防護的經濟可行性，提供了從裝配單元預制和機械化安裝兩方面開展降本增效研究的建議，為后續裝配式結構在鐵路路基邊坡防護工程領域的研究和應用提供一定的參考與借鑒。

【關鍵詞】

高速鐵路; 路基邊坡; 裝配式拱形骨架; 經濟可行性; 降本增效

【中圖分類號】U417.1+2【文獻標志碼】A

［定稿日期］2023-05-26

［基金項目］中鐵第四勘察設計院集團有限公司科技研究開發計劃項目（項目編號：2020K034）

［作者簡介］李棟（1991—），男，碩士，工程師，主要從事鐵路路基勘察與設計工作。

0 引言

裝配式結構是一種以預制構件為主要受力構件，經裝配、連接而成的混凝土結構體［1］。裝配式結構是混凝土結構的新興發展趨勢，廣泛應用于建筑［2-3］、公路［4-5］和水利［6-7］等行業，但在鐵路路基邊坡防護領域尚未得到充分研究和應用。據調研，國內關于裝配式邊坡防護工程的文獻［11］主要側重于設計方案的研究，現場實施案例較少，對裝配式邊坡防護工程施工方案的可行性和經濟性研究不夠深入。

在此背景下，以福廈鐵路某路基工點為例，對路基邊坡裝配式拱形骨架的施工工藝和經濟性開展相關研究和探討。

1 工點概況

福州至廈門高速鐵路莆田車站范圍DK86+801～DK86+900段路基，前接木蘭溪特大橋，后接梅山特大橋。其中DK86+801～DK86+860段路基填土高度3～6.4 m，路基邊坡采用裝配式拱形骨架護坡防護。

2 裝配式拱形骨架單元劃分

進行裝配單元結構劃分時，應當充分分析裝配式結構的形式，同時考慮實際工程的規模與邊坡分級情況。單元結構劃分時，將裝配單元分為標準單元和非標準單元，標準單元作為裝配式邊坡防護的主要結構部分，結構尺寸、重量應當設計合理，便于批量生產且易于安裝，非標準單元的種類及數量應盡可能少，便于簡化現場裝配步驟、提升現場施工效率。

根據以上原則，將DK86+801～+860段路堤邊坡拱形骨架護坡劃分為7種，共261塊標準單元和部分非標準單元，如圖1所示。①、②單元為拱形骨架頂鑲邊構成部分，③④單元為拱形骨架主骨架構成部分，⑤單元為拱形骨架拱骨架構成部分，⑥單元為拱形骨架底鑲邊構成部分，⑦單元為腳墻構成部分。利用自身結構自重，在裝配單元側面設置卯榫結構進行單元間連接。為方便養護，在路基起點處設1 m寬階梯形踏步，踏步設在主骨架處。

3 裝配式路堤拱形骨架護坡施工

裝配式拱形骨架采用預制場集中預制，運輸至現場拼裝成型，最后現澆非預制段的方式施工，具體施工流程如圖2所示。

3.1 裝配單元預制

根據拱形骨架裝配單元劃分方案，按各裝配單元尺寸制作混凝土澆筑模具。為方便裝配單元吊裝，在制作模具時預留吊裝鋼筋通道，如圖3所示。

裝配單元采用C30混凝土澆筑，澆筑前對模板進行打磨除銹處理，處理完后涂刷脫模劑。澆筑時采用自卸式布料，布料后利用插入式振搗棒振搗，人工收面。混凝土初凝后覆蓋土工布和塑料薄膜保護，預制件24 h候后脫模并運輸至噴淋車間養護，養護時間不低于7天。經噴淋養護車間運出后，根據預制構件的種類進行分區堆放養護，在自然養護堆放區曬水覆蓋養護7天。

3.2 邊坡平整

路基填筑完成后對路基頂面標高、寬度等進行驗收，驗收完成后利用坡度尺進行人工配合機械刷坡，刷除路基邊坡超填部分，確保坡面平整度，為后續施工提供工作面。

3.3 測量放樣

根據拱形骨架裝配單元布置圖，復測現場標高，精確放樣骨架輪廓線，確定開挖溝槽位置及深度。

3.4 墻腳及邊坡開挖

根據現場放樣位置，采用挖機配合人工進行腳墻和骨架單元溝槽開挖。開挖自下往上、從左至右依次進行，開挖范圍不大于預制構件尺寸5 cm，如圖4所示。為保證腳墻安裝時有足夠的操作空間，腳墻處開挖寬度一般比腳墻裝配單元寬50 cm。

3.5 墊層施工

路基邊坡溝槽開挖完成后，為保證預制構件安裝平順，需對開挖溝槽底進行找平。因預制構件較重，砂漿墊層容易破損，現場采用C25混凝土作為找平層，混凝土厚度10 cm。

3.6 預制單元安裝

裝配單元出廠前，為確保構件之間銜接緊湊，需進行試拼裝，拼裝無誤后采用隨車吊運輸至現場。現場采用人工配合汽車吊的方式，由下而上的順序對預制單元進行安裝，具體安裝順序為：⑦→⑥→③→④→⑤→③→④→⑤→…→③→②→①，如圖5所示。

裝配式拱形骨架的整體受力點為腳墻，為防止骨架單元安裝后引起腳墻移位，導致骨架線性不齊，在腳墻單元安裝后，需對腳墻后基坑采用C25混凝土回填，待混凝土達到一定強度后再進行拱形骨架單元的安裝，以保證拱形骨架的順暢和施工質量。

拱形骨架底鑲邊裝配單元安裝后，主骨架非預制部分可由③號單元根據現場放樣情況切割或混凝土現澆而成。采用混凝土現澆時，需保證相鄰兩現澆單元頂邊高度一致，以保證裝配單元安裝后整體線型順暢。

3.7 踏步及非預制段現澆

根據現場放樣情況，對裝配式拱形骨架邊坡踏步及非預制單元部分立模后，采用C30混凝土現澆施工。現澆單元施工前，需對與現澆單元相接的裝配單元側面進行打磨處理，并涂刷界面劑，以保證現澆單元和預制單元間連接牢固，提高拱形骨架護坡的整體穩定性。

3.8 混凝土養護及勾縫

非預制單元現澆施工完成后，對混凝土進行覆蓋灑水養護，養護時間不少于14天。混凝土養護期間，采用M15水泥砂漿對各預制單元間以及預制單元與溝槽間兩側縫隙進行填充。

實際施工時，砂漿無法在構件側面保留，會滑落至構件底部或卯榫連接部位，安裝極為困難。故安裝時采用1 cm厚定型卡具插入構件之間，待所有構件安裝調整完畢后，對構件兩側采用竹夾板封堵，然后向縫隙灌入水泥砂漿，并采用鋼片進行振搗密實。

4 工程經濟性研究

裝配式路堤拱形骨架護坡實施成本主要包含裝配單元預制、運輸和安裝三部分。結合莆田車站DK86+801～860段路基裝配式路堤拱形骨架護坡施工，對裝配式路堤拱形骨架護坡的經濟性進行分析和探討。

4.1 裝配單元預制費

裝配單元預制配備勞務人員9人、5 t叉車一臺、鋼模具和小型工器具若干。據統計，31天累計預制134.3 m3，測算預制綜合成本為1 165.03元/m3。裝配單元預制定額明細見表1。

4.2 裝配單元運輸費

裝配單元運輸配備一臺20 t隨車吊用于裝卸及運輸，2名勞務人員和5 t叉車配合預制構件裝卸車。運距15.87 km，平均每天運輸2趟，每趟運輸5 m3，合計每天運輸預制構件10 m3，測算運輸綜合成本為256元/m3。裝配單元運輸定額明細見表2。

4.3 裝配單元安裝費

施工現場配備人工刻槽6人、混凝土墊層澆筑6人、構件安裝10人，徐工25 t吊車一臺。距統計，現場施工30天，累計完成溝槽開挖98.4 m3、墊層澆筑16.2 m3、預制構件安

裝162 m3，測算安裝綜合成本為712.91元/圬工m3。裝配單元安裝定額明細見表3。

4.4 裝配式拱形骨架經濟性分析

結合裝配式路堤拱形骨架單元預制、運輸和安裝三項成本分析，綜合得出裝配式路堤拱形骨架護坡成本約2 133.94元/圬工m3。根據市場調研，傳統現澆式拱形骨架護坡成本約942元/圬工m3。對比分析可知，現階段裝配式路堤拱形骨架結構綜合成本遠高于現澆式路堤拱形骨架結構。

根據現場施工情況分析，裝配式拱形骨架護結構施工成本較高主要包含三方面原因。首先，裝配式路堤拱形骨架施工處于研究試驗階段，現場實施段落短，裝配單元預制量少，導致各項預制成本分攤變大；其次，裝配單元預制廠離工地較遠，運距較長，運輸效率低，運輸成本高；最后，現場預制及安裝工藝處于摸索階段，施工組織方案不完善，預制和安裝工藝均不成熟，導致現場存在較多窩工及返工現象，使人工成本增加。

針對上述原因分析推測，裝配式拱形骨架結構后期大面積推廣后，隨著預制件數量增加、預制和安裝工藝趨于成熟，其綜合成本將會大幅度降低，甚至可能低于傳統現澆式拱形骨架的綜合成本。

5 結論及建議

鑒于裝配式結構及其施工具有安全、環保、節能、高效等特點，裝配式邊坡防護形式將成為鐵路路基邊坡防護工程的發展趨勢。裝配單元的劃分、預制、運輸及安裝組織方案均是影響路基邊坡裝配式拱形骨架護坡形式綜合成本的因素。針對裝配式拱形骨架護坡工程，建議后續開展裝配單元預制和機械化安裝的專項試驗和研究，提高裝配單元模具利用率，減少裝配單元預制和安裝工時，提高裝配單元預制和現場安裝效率，最終達到降本增效的目的。

參考文獻

［1］ 郭學明.裝配式混凝土結構建筑的設計、制作與施工［M］.北京：機械工業出版社，2017.

［2］ 趙亮.裝配式建筑工程設計與應用［J］.磚瓦，2023（3）：67-69.

［3］ 徐冬梅.裝配式建筑工程施工質量控制研究［J］.科技創新與應用，2022，12（31）：61-65.

［4］ 李雪明.公路預制裝配式混凝土箱涵施工技術［J］.交通世界，2021（21）：56-57.

［5］ 王志剛，孫貴清，余順新，等.公路橋梁裝配式橋墩工業化快速建造技術［J］.公路，2021，66（6）：145-150.

［6］ 鮑鈺.小型農田水利裝配式渠道與渡槽研究［D］.揚州：揚州大學，2020.

［7］ 黃桂林，黃若堅.水利工程裝配式建筑的應用與展望［J］.水利建設與管理，2022，42（8）：81-83.

［8］ 桂凱飛.拼裝式組合塑料模板在路基邊坡防護中的應用［J］.中國水運（下半月），2021，21（2）：121-122.

［9］ 宋向榮.裝配式邊坡防護在京雄城際鐵路中的應用［J］.中外公路，2020，40（6）：12-16.

［10］ 李東原.基坑邊坡裝配式復合防護面層施工技術［J］.工程與建設，2020，34（5）：911-913.