姜 雷

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

重力式擋土墻[1-3]是鐵路路基支擋工程中最為常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。它依靠墻身自重抵抗墻背土體的側(cè)壓力，其應(yīng)用歷史較為悠久，在人類交通發(fā)展歷史上起到了舉足輕重的作用。重力式擋土墻技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在墻身材料的變化上，經(jīng)歷了干砌、漿砌和混凝土澆筑等幾個(gè)階段[4]，目前重力式擋土墻主要采用混凝土、片石混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑而成，這導(dǎo)致現(xiàn)行技術(shù)存在一些問(wèn)題，主要涉及環(huán)境問(wèn)題、施工因素以及經(jīng)濟(jì)性等。針對(duì)這些問(wèn)題，筆者提出了一種新技術(shù)——重力式組合裝配擋土墻[5]，可作為重力式擋土墻的升級(jí)換代技術(shù)，為重力式擋土墻技術(shù)發(fā)展提供一種新的解決思路和方向。

圖1 重力式擋土墻常見(jiàn)型式

1 現(xiàn)行技術(shù)分析

根據(jù)TB 10025-2006《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]規(guī)定，重力式擋土墻墻身混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不低于C30，采用片石混凝土砌筑時(shí)，片石含量一般不高于20%，由此可見(jiàn)重力式擋土墻墻身材料主要由素混凝土組成。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已修建的鐵路干線中采用了大量的重力式擋土墻，主要用于路塹地段、陡坡路堤地段、受用地界或構(gòu)筑物限制需收坡的地段。鐵路上使用的重力式擋土墻主要為仰斜式，均采用現(xiàn)澆施工。從已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的鐵路干線來(lái)看，重力式擋土墻的使用狀況良好。

現(xiàn)行的重力式擋土墻技術(shù)可以滿足當(dāng)前的工程需求，但也存在一些問(wèn)題。

(1)重力式擋土墻均采用現(xiàn)澆施工，立模工序較為復(fù)雜，施工工期長(zhǎng)，受外部環(huán)境因素干擾大(如雨季、冬季)，對(duì)周邊環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定的污染。

(2)重力式路塹擋土墻施工應(yīng)采用分段開(kāi)挖、分段施工的方式，但由于工期限制，采用機(jī)械整體拉槽開(kāi)挖，再施工重力式路塹擋土墻的情況時(shí)有發(fā)生，由于施工周期長(zhǎng)，路塹邊坡長(zhǎng)期放置，特別是膨脹土地段，極易出現(xiàn)工程坍塌事故。

(3)重力式擋土墻承受較大的土壓力，特別是土質(zhì)路塹地段，通常需采用較大的截面結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)確保擋墻的抗滑移或抗傾覆穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要，但卻造成擋墻墻身截面強(qiáng)度利用率較低。以某工點(diǎn)為例，擋墻截面利用率統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，墻身截面強(qiáng)度利用率不足10%，存在明顯的浪費(fèi)現(xiàn)象。

表1 擋墻截面強(qiáng)度利用率統(tǒng)計(jì)表

注：表中墻身混凝土強(qiáng)度為C25

(4)目前，土工建設(shè)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展越來(lái)越受到重視，在設(shè)置重力式擋土墻的路塹地段，通常采用墻頂平臺(tái)小花壇的形式進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)，如圖2所示。受小花壇空間位置及尺寸的限制，植物種類可選范圍有限，只能采用淺根系植物，景觀效果一般。

圖2 墻頂花壇景觀綠化示意圖

2 方案研究

2.1 研究思路

要解決現(xiàn)行重力式擋土墻技術(shù)所存在的問(wèn)題，可從以下研究思路入手：

(1)在不明顯降低擋墻墻身自重的前提下，將重力式擋土墻墻身部分混凝土，置換為其它價(jià)格低廉填料，如棄土、廢棄礦渣等。

(2)為便于養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)、控制質(zhì)量和快速施工，在具有一定經(jīng)濟(jì)性的前提下，采用預(yù)制裝配方案替代現(xiàn)澆混凝土方案。

(3)結(jié)合景觀綠化需求，在墻頂留置綠色植生空間。

2.2 研究方案

(1)技術(shù)方案

根據(jù)上述研究思路，本文提出重力式組合裝配擋土墻方案。重力式組合裝配擋土墻由基礎(chǔ)底座、空腹薄壁墻和填土3部分組成，結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。基礎(chǔ)底座為鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，設(shè)計(jì)成L型，用于放置空腹薄壁墻?？崭贡”趬σ矠殇摻罨炷令A(yù)制構(gòu)件，設(shè)計(jì)成箱型，用于容納填土。填土可采用價(jià)格低廉填料，如棄土、廢棄礦渣等?？紤]到美觀需求，胸墻面采用凹型設(shè)計(jì)?；A(chǔ)底座及空腹薄壁墻沿線路方向每2～3 m設(shè)置1節(jié)，壁厚10～15 cm，箱體寬度根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算確定，考慮到綠化景觀需求，墻頂采用敞口設(shè)計(jì)或砌筑空窗設(shè)計(jì)，作為綠色植生空間。

圖3 重力式裝配擋土墻結(jié)構(gòu)示意圖

重力式組合裝配擋土墻可沿線路方向裝配組合成連續(xù)的墻體，如圖4所示，共同抵抗墻背土體土壓力。高墻與矮墻裝配連接時(shí)，連接處墻頂平臺(tái)設(shè)置臺(tái)階式端墻，確保墻頂平臺(tái)及路塹邊坡平緩過(guò)渡。

圖4 重力式組合裝配擋土墻工點(diǎn)示意圖

(2)技術(shù)原理

重力式組合裝配擋土墻與重力式擋土墻的技術(shù)原理基本一致，但由于重力式裝配擋土墻由3部分組成，不同的部分分別承擔(dān)不同的功能，這又與重力式擋土墻有所差別。重力式組合裝配擋土墻的工作原理是依靠空腹薄壁墻及腹內(nèi)填土共同抵抗墻背土體側(cè)向土壓力；依靠薄壁鋼筋混凝土的強(qiáng)度滿足墻身強(qiáng)度要求；依靠基礎(chǔ)底座降低基底壓應(yīng)力，提高擋墻自穩(wěn)性，滿足地基承載力及穩(wěn)定性要求。

(3)結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)

重力式組合裝配擋土墻的設(shè)計(jì)荷載與重力式擋土墻基本一致，區(qū)別是空腹薄壁墻需考慮箱體內(nèi)填土的土壓力，這是空腹箱體尺寸設(shè)計(jì)和配筋設(shè)計(jì)的主控力。空腹內(nèi)填土的土壓力是有界填土產(chǎn)生的，可參照采用貯倉(cāng)土壓力理論進(jìn)行計(jì)算；重力式組合裝配擋土墻的抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算與重力式擋土墻一樣，區(qū)別在于計(jì)算箱體抗傾覆穩(wěn)定性及墻底壓應(yīng)力時(shí)，基礎(chǔ)底座按擴(kuò)大基礎(chǔ)考慮；組成擋墻的鋼筋混凝土構(gòu)件采用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，且應(yīng)滿足現(xiàn)行GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

(4)施工技術(shù)要求

①預(yù)制混凝土構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行外觀質(zhì)量缺陷、尺寸偏差、混凝土強(qiáng)度等質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足GB/T 51231-2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)要求。

②預(yù)制構(gòu)件混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，且質(zhì)量檢驗(yàn)合格后方可運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)施工。

③為確保底座對(duì)基底平整度的要求，可在基底設(shè)置不小于10 cm的混凝土墊層。

④箱體內(nèi)填土宜分層填筑，頂部應(yīng)填筑不小于60 cm厚的種植土，填土的壓實(shí)系數(shù)不宜低于0.9。

⑤墻背應(yīng)設(shè)置0.3 m厚袋裝砂卵石反濾層，并在箱體兩側(cè)預(yù)留泄水孔，采用透水管將墻后反濾層與墻體泄水孔聯(lián)通。

⑥重力式組合裝配擋土墻拼裝時(shí)，在地質(zhì)變化不均勻處應(yīng)設(shè)置伸縮縫，避免擋墻出現(xiàn)不均勻受力。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

選取某工點(diǎn)，在相同工況下，取2 m長(zhǎng)的重力式擋土墻和重力式組合裝配擋土墻分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)及投資概算結(jié)果,如表2所示。

表2 某工點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果及投資概算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從表2可以看出，在相同條件下，重力式組合裝配擋土墻方案較重力式擋土墻方案，具有較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，就該工點(diǎn)而言，可節(jié)省投資10%～17%。

綜合兩方案的技術(shù)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性以及其他優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)重力式組合裝配擋土墻與重力式擋土墻進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表

由表3可知，與重力式擋土墻相比較，重力式組合裝配擋土墻具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有一定的缺點(diǎn)，但總體而言其優(yōu)勢(shì)大于劣勢(shì)。特別是建筑上使用的裝配式結(jié)構(gòu)[7-8]一般經(jīng)濟(jì)性稍差，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比需增加投資15%左右，而重力式組合裝配擋土墻與重力式擋土墻相比，仍具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

重力式組合裝配擋土墻是針對(duì)重力式擋土墻存在問(wèn)題而提出的一種新的技術(shù)方案，作為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的新成員，其工作基本原理及支擋效果均與重力式擋土墻相當(dāng)，且較傳統(tǒng)的重力式擋土墻具有以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：

(1)可采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，工廠加工生產(chǎn)，以產(chǎn)品的形式進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

(2)采用預(yù)制裝配施工，工序簡(jiǎn)單，施工工期短，受外部環(huán)境因素干擾小，可避免路塹邊坡因長(zhǎng)期放置而導(dǎo)致邊坡大變形、溜塌等病害現(xiàn)象。

(3)混凝土材料用量大大降低，同時(shí)利用棄土等作為墻體材料，可有效降低棄方量，符合節(jié)能減排、低碳環(huán)保要求。

(4)墻頂作為綠色植生空間，可成為景觀設(shè)計(jì)平臺(tái)，植物種類可選范圍較廣，景觀效果良好。

(5)采用棄土、棄渣作為墻體材料，墻頂可不單獨(dú)設(shè)置邊坡平臺(tái)，減少土方開(kāi)挖量，具有較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

(6)采用在工廠內(nèi)產(chǎn)品化、流程化生產(chǎn)，宜控制產(chǎn)品質(zhì)量，且便于檢測(cè)。

(7)具有較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可節(jié)省一定的投資。

重力式組合裝配擋土墻作為裝配混凝土結(jié)構(gòu)的一種新技術(shù)，作為升級(jí)或替代重力式擋土墻的一種新技術(shù)，具有較大的市場(chǎng)空間和良好的應(yīng)用前景，只是目前尚無(wú)應(yīng)用實(shí)例。

目前國(guó)家對(duì)城市建設(shè)提出了低碳環(huán)保、節(jié)能減排的新要求[9]，而重力式組合裝配擋土墻完全符合低碳環(huán)保、節(jié)能減排的需求，同時(shí)又具有快捷施工、質(zhì)量可靠、投資較省等優(yōu)點(diǎn)，建議推廣應(yīng)用重力式組合裝配擋土墻，可收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。