一种预制装配式生态挡土墙及其施工方法与流程

本发明属于装配式建筑，涉及一种预制装配式生态挡土墙及其施工方法。

背景技术：

1、挡土墙是道路工程、市政工程、水利工程及建筑工程中广泛应用的支挡结构物，其核心功能在于通过墙体自身的结构强度与稳定性，抵抗墙后填土或边坡土体的侧向压力，维持土体平衡，防止滑坡、崩塌等工程灾害的发生。根据结构形式的不同，挡土墙可分为重力式、悬臂式、扶壁式、锚定板式及加筋土式等多种类型。其中，重力式挡土墙依靠墙体自重抵抗土压力，具有结构简单、施工方便的优点，但存在混凝土用量大、自重大、对地基承载力要求高、墙面硬化缺乏生态功能等突出问题。

2、为克服传统挡土墙生态功能缺失的缺陷，生态挡土墙应运而生。生态挡土墙是指在传统挡土墙支挡功能的基础上，通过结构创新或材料改良，使其兼具生态绿化、景观美化、水土保持及生物多样性保护等生态功能的支挡结构物。与常规混凝土挡土墙相比，生态挡土墙不再是单纯的"灰色工程"，而是将工程防护与生态修复相结合的"绿色基础设施"。生态挡土墙的核心特征在于：墙体具有孔隙、缝隙或专门的排水通道，允许水气流通；通过植生槽、植生孔等结构为植物提供生长基质和空间；不阻断墙前墙后的生态联系，为动植物提供栖息、迁徙通道。

3、随着建筑工业化的发展，装配式生态挡土墙逐渐成为研究热点。装配式生态挡土墙是指将生态挡土墙的各组成部分在工厂预制生产，运输至施工现场后通过机械吊装、拼接、锁固等方式进行装配施工的生态挡土墙。这些结构形式在一定程度上提高了施工效率、减少了现场湿作业，但仍普遍存在以下不足：预制构件之间连接相对薄弱，整体性较现浇结构差；部分结构仍需现浇构造柱、压顶梁或底板，现场作业量大；受预制构件尺寸及连接方式限制，挡墙高度不能过高；大型预制构件运输及安装困难等。

4、近年来，有研究者提出采用流态固化土现场浇筑成型生态挡土墙的技术方案。例如，中国发明专利申请cn122327741a公开的一种基于流态固化土浇筑成型的大坡度生态挡墙结构，其墙身主体和基底抗滑稳定结构均由工程渣土制备的流态固化土现场分层浇筑而成，墙顶设置横坡排水，墙身内部预埋pvc排水管并设置反滤层，坡面及顶面通过后附加土工格室、锚杆锚固于固化土墙身，格室内填充种植土实现绿化。该方案利用工程废弃渣土作为挡墙主体材料，体现了"以废治废"的绿色建造理念，在一定程度上解决了传统混凝土挡墙造价高、弃土处置难、景观效果差的问题。

5、然而，上述基于流态固化土现浇成型的生态挡墙方案仍存在以下技术缺陷：1.装配率低，现场湿作业量大，施工周期长, 现场浇筑的密实度、均匀性、排水管定位精度难以保证，易出现蜂窝、麻面、排水管偏位等质量缺陷。2.生态面层与结构主体分离，耐久性不匹配，维护困难。该方案的结构主体为流态固化土，而生态面层依赖金属锚杆和高分子土工格室，锚杆长期暴露于潮湿环境存在锈蚀风险，土工格室受紫外线照射易老化脆化，生态面层设计寿命远低于结构主体。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种预制装配式生态挡土墙及其施工方法，以解决现有生态挡土墙装配率低、现场湿作业量大、施工周期长，以及生态面层与结构主体分离、耐久性不匹配、维护困难的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种预制装配式生态挡土墙，包括基础模块、与所述基础模块可拆卸连接的生态墙板模块以及与所述生态墙板模块可拆卸连接的设置于所述生态墙板模块顶部的压顶模块；

4、其中，生态墙板模块，所述生态墙板模块为钢筋混凝土预制构件，包括前壁、后壁、两侧壁及横隔板，所述前壁、后壁、两侧壁及横隔板围合形成中空回填腔；所述中空回填腔的内壁设有分级倒楔形咬合键槽单元，所述中空回填腔内设有预应力约束笼；所述中空回填腔内填充流态固化土。

5、作为优选，所述分级倒楔形咬合键槽单元包括沿所述中空回填腔内壁高度方向由下至上依次布置的底部承压键槽区、中部过渡键槽区和顶部抗拉键槽区，键槽深度逐渐减小、键槽分布密度逐渐增大。

6、作为优选，所述键槽的横截面呈倒梯形，且键槽的槽底设有圆弧过渡，圆弧半径为3 mm~5 mm。

7、作为优选，所述预应力约束笼包括竖向主筋、环向箍筋和锚固腿；所述竖向主筋沿所述中空回填腔的四周均匀布置；所述环向箍筋与所述竖向主筋绑扎或焊接形成笼架；所述锚固腿由所述竖向主筋在对应所述分级倒楔形咬合键槽系统的位置弯折而成。

8、作为优选，所述锚固腿呈"u"形，其开口端朝向所述中空回填腔的中心，其底部弯折段伸入对应的键槽内并延伸至键槽深度的至少2/3处。

9、作为优选，所述预应力约束笼的中部设有环向收缩补偿带；所述环向收缩补偿带包括围合形成环向闭合的波纹筒的波纹钢板、包裹于所述波纹钢板外的土工布包裹层。

10、作为优选，所述土工布与所述波纹钢板之间形成有填充腔，所述填充腔内填充有微膨胀填充料，所述微膨胀细石混凝土的膨胀率为0.02%~0.05%，28天抗压强度不低于20mpa。

11、作为优选，所述基础模块为钢筋混凝土预制构件，埋设于地表以下，所述基础模块的顶部设有第一定位凸榫，侧壁设有第一水平插销孔；

12、所述生态墙板模块两侧壁的两端分别设有第二水平插销孔和密封止水槽；所述生态墙板模块的顶部设有第二定位凸榫和竖向灌浆孔，底部设有与所述第一定位凸榫或下层所述第二定位凸榫相配合的定位凹槽；所述中空箱型生态墙板模块内部预设有倾斜排水通道；

13、竖向灌浆孔竖向贯穿所述生态墙板模块，通向所述定位凹槽。

14、所述压顶模块为钢筋混凝土预制构件，设置于所述生态墙板模块的顶部，所述压顶模块的底部设有与顶层所述第二定位凸榫相配合的压顶凹槽，顶部设有防水横坡。

15、连接系统，用于连接相邻的所述生态墙板模块与所述基础模块、用于连接相邻的所述生态墙板模块与所述压顶模块以及用于连接相邻的所述生态墙板模块。

16、所述连接系统包括水平插销和灌浆料；所述水平插销插设于相邻所述中空箱型生态墙板模块的所述第二水平插销孔内，以及所述中空箱型生态墙板模块与所述基础模块之间的所述第一水平插销孔与所述第二水平插销孔内；所述灌浆料通过所述竖向灌浆孔灌注至所述定位凹槽与所述第一定位凸榫或所述第二定位凸榫之间的间隙内。

17、第二方面，本发明提供一种预制装配式生态挡土墙的施工方法，包括以下步骤：

18、步骤一：根据挡土墙的高度和稳定性要求，进行抗滑移、抗倾覆及地基承载力验算，确定所述基础模块、所述中空箱型生态墙板模块及所述压顶模块的结构尺寸和数量；

19、步骤二：分别预制所述基础模块、所述中空箱型生态墙板模块和所述压顶模块；其中，所述中空箱型生态墙板模块预制时，通过模具一体成型所述分级倒楔形咬合键槽单元、所述倾斜排水通道、所述第二水平插销孔、所述第二定位凸榫、所述定位凹槽及所述竖向灌浆孔；预制完成后，安装预应力约束笼；

20、步骤三：现场开挖基槽，铺设碎石垫层并压实，吊装所述基础模块，调平定位；

21、步骤四：吊装第一层所述中空箱型生态墙板模块，使所述定位凹槽与所述第一定位凸榫配合定位，相邻模块之间通过所述第二水平插销孔对齐后插入所述水平插销；从所述竖向灌浆孔灌注所述灌浆料，填充所述定位凹槽与所述第一定位凸榫之间的间隙以及所述水平插销孔；

22、步骤五：待所述灌浆料初凝后，从所述生态墙板模块顶部的填充口向所述中空回填腔内灌入流态固化土；

23、步骤六：重复步骤四和步骤五，逐层吊装上层所述生态墙板模块，上下层之间通过所述定位凹槽与所述第二定位凸榫自动定位；

24、步骤七：吊装所述压顶模块，使所述压顶凹槽与顶层所述第二定位凸榫配合，灌注所述灌浆料固定；

25、步骤八：在所述可拆卸式反滤层卡槽内安装抽屉式反滤盒；在所述生态贯通孔内填充生态混凝土；在所述植生槽内回填种植土，并进行绿化种植。

26、进一步的，在所述步骤四中，所述灌浆料的灌注压力不小于0.5 mpa，灌注后保持压力不少于30秒。

27、进一步的，在所述步骤五中，所述流态固化土采用分层灌入方式，单层灌入高度不超过1.0 m，且上层灌入在下层初凝前完成。

28、进一步的，在所述步骤六中，每层所述中空箱型生态墙板模块安装后，同步安装该层对应的土壤湿度传感器和微型水压传感器；在所述步骤七中，安装双轴倾角传感器和物联网数据终端，并连接各传感器线缆，调试通信。

29、通过实施上述技术方案，本发明具有如下的有益效果：

30、第一，本发明通过采用预制中空箱型生态墙板模块，将挡土墙的主体结构、连接节点等全部在工厂内一体成型，现场仅需吊装、插销连接和灌浆固结，显著减少了现场湿作业量和施工周期。与现浇流态固化土挡墙相比，避免了现场支模、分层浇筑、保湿养护、拆模等工序，施工效率提高，且不受天气条件制约，施工质量可控性高。

31、第二，本发明通过在中空回填腔内壁设置分级倒楔形咬合键槽系统，并在腔内设置预应力约束笼，形成几何锁固与钢筋约束的双重抗收缩机制。分级键槽系统根据腔体高度方向的应力分布规律进行差异化设计：底部承压区采用大键槽提供强机械咬合，顶部抗拉区采用密排小键槽提高界面摩擦，中部过渡区平滑衔接。预应力约束笼的锚固腿伸入键槽内，将约束笼与键槽内的固化土锚固键连成一体，形成三维互锁结构。即使流态固化土在硬化过程中产生收缩，倒楔形锚固键因几何锁固作用而被机械卡死在键槽内，无法相对于腔体内壁滑移，从根本上解决了流态固化土与预制混凝土壳体脱空的技术难题。

32、第三，本发明通过在预应力约束笼中部设置环向收缩补偿带，波纹钢板在流态固化土竖向收缩时发生弹性压缩变形，直接吸收收缩位移；微膨胀细石混凝土在硬化过程中产生微膨胀，通过土工布的渗透性将膨胀浆体挤入固化土与壳体之间的微观收缩间隙，实现微观填充补偿。该补偿带与约束笼成为整体，将被动限制收缩转变为主动吸收配合补偿收缩，显著提高了流态固化土芯与预制壳体的协同工作性能。