第1章绪论
1.1装配式绿化挡墙的研究意义
交通运输业作为社会重要的服务性行业之一，是国家经济发展中的基础性、先导性、战略性产业。2017年国务院印发的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》中提出推行绿色安全发展模式，加快完善现代综合交通运输体系；牢固树立安全第一理念，全面提高交通运输的安全性和可靠性；将生态保护红线意识贯穿到交通发展各环节，建立绿色发展长效机制，建设美丽交通走廊。随着近年来极端天气及其导致的地质灾害威胁日益严重，国土和城乡建设领域也日益强调各种建筑物的安全与绿色。各领域岩土体加固工程，尤其是艰险复杂山区的边坡岩土体加固工程应强调快速、高效、安全施工及环境友好功能。
挡墙是用于支挡路堤填土、开挖堑坡或自然斜坡岩土体，以防止岩土体变形失稳的重要支挡结构，在铁路、公路等众多线路工程及水利、国土防灾减灾工程建设中被广泛采用。目前，铁路、公路的大型边坡常采用抗滑桩与桩间结构的联合加固方式，如桩间墙、桩间土钉墙及桩板墙[1]。该类传统联合加固方式虽应用广泛，但主体结构如抗滑桩和重力式挡墙一般都采用现浇方式施工。随着社会发展对工程效率、施工安全、环境保护、生态治理的日益重视，传统的现浇式挡墙逐渐呈现出明显的弊端：现浇对施工场地的要求较高，在场地面积或地形受限的情况下施工不便；现浇工艺工期较长，当考虑混凝土凝固或存在多期分批浇筑时，结构受力前的*短工期往往达到一个月甚至更长；现场浇筑施工对环境造成的污染较大，尤其在生态脆弱区，粉尘、污水等均会造成较大的环境污染和生态破坏；现浇工艺对天气条件要求较高，在高海拔、低温、缺氧等条件下，现浇混凝土的施工条件往往面临挑战，如混凝土的配比、养护等均有待进一步研究；建成后的大面积圬工挡墙外表与周围自然环境不协调，社会和生态效益较差，尤其在城市近郊甚至市区、环境保护区、自然环境旅游区等。随着建设生态文明脚步的不断加快，在倡导生态环保、节能降耗的新时期，传统现浇挡墙的这些缺点已不符合国家生态文明建设宗旨，难以满足更高的发展要求。因此，挡墙需要朝着一种新的模式发展。
党的十九大提出了质量强国目标，基础建设如何响应质量强国要求，标准化无疑是不二选择，而装配式建筑、装配式施工是标准化的关键步骤。2016年9月，国务院办公厅印发的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》提出，力争用10年的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。中央城市工作会议还提出发展新型建造方式，广泛推进装配式建筑的任务。与此同时，随着社会的不断发展，国民经济水平的逐渐提高及人们环保意识的日益增强，对项目施工的要求愈来愈高，对景观效果的需求也越来越突出。挡墙的使用需求将从单一加固防护功能朝着加固防护、环境绿化、生态景观等多种功能的方式变革。近年来，随着制造业工艺技术水平的迅速提升，混凝土预制单元标准化设计、工厂化制造、装配式施工得以逐步实现，同时基于以上政策导向和发展理念，装配式绿化挡墙应运而生。
装配式绿化挡墙是一种典型的装配式建筑，具有模块标准、施工快捷、质量可控、生态环保等优势，是未来边坡支挡结构发展的方向，尤其在艰险复杂山区常规挡墙施工困难的边坡工程中将得到日益广泛的应用。目前，我国装配式绿化挡墙的研究尚处于起步阶段，该类挡墙结构的优化、墙体的受力特点有待进一步深入研究；该类挡墙的应用也较少，偶见的一些应用实例多是工程重要性较低和墙体高度较低的边坡工程，且一般未实现良好的绿化功能。总之，装配式绿化挡墙目前尚缺乏成熟、被广泛接受的设计理论和相关计算方法。基于此，开展装配式绿化挡墙的研究十分必要，尤其是在我国基础建设向艰险复杂山区、生态敏感区延伸的背景下，此类环境友好型、施工快捷型岩土体加固结构亟待研究和推广应用。
1.2装配式绿化挡墙的发展历史和研究现状
装配式绿化挡墙是装配式建筑发展到20世纪中期出现的一种应用于岩土体加固的装配式结构。装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作构件和配件，再运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑，以标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用为发展目标。装配式建筑*早可追溯至17世纪英国向美洲移民时期所用的木构架拼装房屋，其后木制拼装房屋在欧美获得快速发展。1851年伦敦建成的铁骨架镶嵌玻璃的水晶宫是世界上第一座大型装配式建筑。第二次世界大战后，欧洲及日本房屋大量毁损，迫切需要解决住宅问题，这促进了装配式建筑的发展，于是英国、法国、美国、苏联、日本等国首先做了尝试，由于建造速度快、生产成本较低，装配式建筑迅速在世界各地推广开来。到20世纪60年代，装配式建筑得到大量推广，并按结构形式和施工方法分为五种，即砌块建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑、升板升层建筑。
装配式绿化挡墙目前主要为砌块建筑，其应用较早报道于日本的公路边坡加固。日本的公路建设于20世纪60年代末拉开序幕，由于全域地质构造复杂、地震频发，加上雨季较长、雨水丰富，日本对道路工程防护及绿化等技术进行了很多尝试，其中施工速度快、施工安全性高、环境效益好是其主要关注的目标，并*终提出了装配式绿化挡墙的方案。根据国情特点，近些年日本研究者研发了多种结构的装配式绿化挡墙，如用预制混凝土空心砌块单元、道路“L”形预制混凝土单元及预制箱笼单元等拼装成的各种装配式绿化挡墙，形成了一套相对完善的装配式绿化挡墙技术体系，该体系获得了较为广泛的应用，同时日本还出台了一系列关于预制装配式绿化挡墙的国家或行业规范规程[2-4]。美国混凝土砌体协会（National Concrete Masonry Association，NCMA）于1998年制定了预制节段拼装挡墙抗震设计手册，之后该国一些知名挡墙公司陆续公布了大量挡墙专利产品及相应施工工艺，它们大多是采用混凝土预制的标准预制块单元，通过湿砌、干砌及预制块相互嵌锁组成挡墙整体结构[5-6]。
我国装配式建筑规划自2015年以来密集出台，2015年末国家发布《工业化建筑评价标准》（GB/T 51129—2015），决定2016年在全国全面推广装配式建筑，该项措施取得突破性进展。2016年9月国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，要求因地制宜地发展混凝土结构、钢结构和现代木结构等的装配式建筑。2020年8月，住房和城乡建设部、教育部、科学技术部、工业和信息化部等九部门联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》。该意见提出：要大力发展钢结构建筑，推广装配式混凝土建筑，培养新型建筑工业化专业人才，壮大设计、生产、施工、管理等方面的人才队伍。总之，我国多部门已明确强调，发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，有利于节约资源与能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化及工业化深度融合、培育新产业与新动能、推动化解过剩产能。
我国在装配式绿化挡墙的结构形式、构造连接方式、材料、模块预制工艺及安装施工工艺等方面开展了良好的研究，形成了发明专利技术，也有公开报道的成功应用案例。
朱益军等[7]发明了一种具有绿化功能的生态拼装挡墙，该挡墙由预制面板、锚杆（索）组成：锚杆（索）可以将预制面板锚固在坡面上，面板从上到下进行台阶式拼装；在坡间平台设置花槽，栽种绿色植物。该挡墙可适用于道路高陡边坡工程，并实现生态防护功能。王志峰等[8]介绍了一种由箱体拼装式单元组成的挡墙，相邻箱体单元间采用咬合结构设计，各箱体单元能够通过单元自重及负重物体的重量抵抗土压力，箱体单元采用钢筋混凝土预制，单元结构强度高、质量较好。这种拼装式挡墙施工便利、拼装简单，能够达到支挡结构生产的工厂化及标准化要求。
刘泽等[9]介绍了由多个预制纵梁、横梁与减压板构成的一种装配式绿化挡墙结构。横梁自上而下按长度逐渐增大放置，纵梁嵌入横梁外表预设的凹槽中，减压板布置在横梁之间。因横梁长度自上而下逐渐变短，可以降低挡墙受到的竖向压力。该装配式绿化挡墙结构设计简单，能够很好地提高结构整体刚度及稳定性。王智猛等[10]发明了一种由面板与包裹式加筋墙体构成的拼装加筋土挡墙，挡墙面板采用预制块体与现浇混凝土共同组成，在预制块体构成的空间内进行混凝土现浇，面板底部设置条形基础，各预制面板之间通过混凝土现浇与锚固钢筋紧密相接成为整体。该类挡墙能够实现快速拼装，预制块体可以组成浇筑模板，减少了现浇立模程序，使造价更低，联合采用混凝土现浇还能增强面板的整体性。
王志锋等[11]发明了一种由椅形板底板与立板结构组成的快速拼装式防汛挡墙。该挡墙结构设计简单合理、拼装便利，针对防汛特点，能够节省大量人力与施工时间，并对抵挡瞬时强暴雨洪水袭击具有明显的效果。
熊探宇等[12]以某新建铁路边坡支护工程为例，介绍了一种拼装式挡墙的设计及应用情况。该挡墙以重力式挡墙为理论基础，挡墙结构设计采用钢框梁组成的框架，并在框架内部填满块石组成挡墙整体结构。与现浇混凝土挡墙相比，该拼装式挡墙结构不仅透水性更强，抗震性能更好，有良好的不均匀沉降适应性；还具有运输方便、施工快捷等特点，能够实现就地取材，具有节能环保等优势。
装配式墙体和其他结构，如锚杆、锚索、抗滑桩等的联合应用方面也有了良好的研究，形成了组合结构。郭海强等[13]发明了一种拼装土钉挡墙，该挡墙墙体由多个预制块单元竖向拼装而成，但挡墙结构的基础、压顶梁和立柱都采取混凝土现浇。该拼装土钉挡墙较传统土钉墙能够有效改善结构变形，增强挡墙稳定性，且拼装施工便捷，施工效率明显提高。周晓靖[14]研发了一种装配式柱板式挡墙，该挡墙结构采用预制带肋夹心板同现浇钢筋混凝土立柱堆叠组成。预制夹心板中的填充材料采用石膏基秸秆纤维混凝土，后期可在预制夹心板内种植植物，实现生态挡墙结构一体化与立体绿化的功能。
除了单级墙外，多级挡墙的装配式研究也引起了业界的关注，取得了初步的研究成果。蒋楚生等[15]发明了一种适用于填方路堤边坡加固的多级拼装式挡墙结构，该拼装式挡墙预制结构包括竖直的悬臂板与固定于底部的墙踵板及墙趾板，墙体结构根据边坡高度采用退台形式布设了至少两级。该拼装式挡墙可以明显降低道路高填方边坡支护工程的造价，且施工速度较快。
有学者对挡墙墙面形状也进行了一定的研究，从直面墙体发展出了曲面墙体，其结构也从单墙式发展为连拱挡墙。张飞等[16]发明了一种可拼装的曲面加筋土挡墙结构，该挡墙结构由表面为圆弧状的墙面板预制块与四周设计有预设孔的圆柱铰预制块构成。墙面板预制块和圆柱铰之间采取预设的连接键及预设孔相互嵌入相接，并采用快速凝固的水泥进行加固处理。土工格栅通过预制凹槽与预设插销紧密锁定。该拼装式加筋土挡墙结构设计合理，排水性能较传统挡墙更优良。封志军等[17]介绍了一种钢制框架拼装式挡墙结构。该类挡墙采用钢制框架单元拼装，框架内填满块石，构成挡墙整体结构。钢制框架拼装式挡墙可以明显增强挡墙结构的稳定性及耐久性，具有消能减震、排水优良的特性，且挡墙施工方便，环境适应性强，尤其对水电条件不良及无机械施工条件的危险复杂区域的边坡治理工程更加适用。傅乾龙[18]发明了一种装配式连拱挡墙，挡墙底板与墙体相接处向上预设若干个支承杆，连拱部件布置于相邻两个支承杆之中。支承杆的前表面装有连接件，连接件采用槽钢预制并通过焊接方式固定于支承杆上。该装配式绿化挡墙整体结构稳定可靠，且施工不受气候影响，工期较短，工程质量更易控制。
钢筋混凝土装配式绿化挡墙的研究也引起了足够的重视，相关成果初步解决了筋材的装配式施工问题。陈岩[19]提出了一种装配式钢筋混凝土挡墙。挡墙结构由墙体主体、支撑底板、墙体承放槽、墙体收放腔等部件组成。墙体收放腔设置于支撑底板上，收放腔外表面可以布设间距相同的防滑底腔；墙体主体结构设在收放腔靠山的一侧；承放槽布置于每个收放腔中心位置。该装配式钢筋混凝土挡墙使用范围更加广泛，挡墙的
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