引言

2015年以來，裝配式建筑規(guī)劃密集出臺，并且取得突破性進展。邊坡防護技術也順應工程發(fā)展潮流，逐漸展開了裝配式邊坡防護技術的研究，取得了許多重要的成果，如預制裝配式框格梁、預制植生型多孔混凝土、新型裝配式植草混凝土預制塊、裝配式聚氨酯砌塊、裝配式錨索格梁等。

現(xiàn)階段，公路邊坡工程的排水防護體系主要采用漿砌片石、混凝土預制塊或現(xiàn)澆混泥土急流槽、水溝等排水結(jié)構和施工方法。在實際工程建設中，上述傳統(tǒng)排水結(jié)構和施工方法易產(chǎn)生施工工期長、工作量大、工作效率低、人力勞動消耗大等問題，傳統(tǒng)的排水結(jié)構和施工方法與工程建設的發(fā)展要求不相適應。為順應我國公路建設更好、更快和更有保障的發(fā)展要求，有必要開發(fā)一套施工效率高、勞動力消耗小的護坡排水結(jié)構和施工方法，以解決邊坡護坡排水工程嚴重滯后主體工程建設的問題?；诖?，本文基于輕質(zhì)高分子材料，對新型預制裝配式生態(tài)環(huán)保護坡排水系統(tǒng)的材料性能、結(jié)構構件形式和施工工藝進行研究，以廣東省梅州市大鋪縣楓朗鎮(zhèn)境內(nèi)擬建高速公路為依托，對預制裝配式排水系統(tǒng)設計進行一系列探索。

工程概況

路堤邊坡位于廣東省梅州市大鋪縣楓朗鎮(zhèn)境內(nèi)擬建高速公路測設里程LAK2+500～LAK2+704處，長204m，最大填土高度11.7m，基本只有一個分級。該路堤區(qū)屬低山丘陵地貌，微地貌為山間洼地，地勢平穩(wěn)，地形起伏小。

邊坡采用臺階式分級邊坡，分為兩級，上緩下陡。第一級高8.4m，第二級高3.7m，自下向上坡率分別為：1:1.5、1:1.75，平臺寬度均為2m，其中，一級平臺長120m、二級平臺長30m。

排水系統(tǒng)設計

整體布置設計

預制裝配式護坡排水系統(tǒng)的整體布置，采用常規(guī)護坡排水系統(tǒng)設計的布置方式，主要包括坡頂截水溝、邊坡兩側(cè)的邊溝、坡腳排水溝、人行踏步和人字形排水骨架。其中，人字形排水骨架采用高分子材料預制構件，與傳統(tǒng)護坡排水骨架不同，具有材料輕質(zhì)、施工便捷、大幅度減少人工勞動和縮短工期等優(yōu)點，能夠解決護坡排水結(jié)構滯后于主體工程以及臨時排水配套設施不及時等問題。構件總體上可分為5種類型（圖1），包括節(jié)點構件1（四通接頭）、橫向排水構件2、縱向排水構件3、橫向排水連接件4（兩通接頭）和鉚釘5。縱向排水骨架之間的間距設計為300cm，橫向排水骨架之間的間距設計為400cm。

圖1 排水骨架

構件尺寸設計

（1）排水尺寸

根據(jù)《公路排水設計規(guī)范》（JTGT D33-2012），對排水骨架的通用排水尺寸進行設計。通用排水尺寸設計適用于廣東省地區(qū)每級高度為10m的公路邊坡，設計降雨的重現(xiàn)期為15年和3min降雨歷時標準的護坡排水。現(xiàn)取邊坡高度40m、坡度1:2、縱向排水骨架間距3m、縱向排水截面為矩形和高寬比為0.75進行驗算。通過查表及計算可得，設計徑流量Q=2.667×10-3m3/s，初選截面尺寸為0.2m×0.15m，得到流速V=1.65m/s。根據(jù)公式A=Q/V，得到面積A為1.62×10-3m2。經(jīng)過3次迭代，得到截面面積A=1.381×10-3m2，截面尺寸為0.06m×0.03m。由計算可以看出，截面面積很小時即可滿足排水要求。

由此可得出以下結(jié)論：坡面高度和坡度排水條件不是截面尺寸設計的控制性因素。因此，對于廣東一般邊坡工程排水只需從方便施工和便于生產(chǎn)的角度考慮，初定于縱向排水骨架的截面尺寸設計為0.2m×0.15m，橫向排水骨架的截面尺寸設計為0.1m×0.15m。

（2）構件尺寸和特征

橫向排水構件的尺寸和特征為：橫向排水骨架整體上呈人字形，可實現(xiàn)收集坡面雨水，并將雨水匯集流入縱向排水骨架。考慮到高分子材料預制工藝、預制生產(chǎn)模具開發(fā)的經(jīng)濟性以及防止構件尺寸過大，產(chǎn)生過大溫度應力和構件安裝滿足邊坡坡面平整度要求等問題，將橫向排水骨架劃分為兩種類型構件：橫向排水構件和橫向排水連接件。構件與構件之間的連接采用類似“瓦片搭接”的方式，橫向排水連接件搭接在橫向排水構件的上面，搭接長度約為10cm-15cm，可保證橫向排水骨架收集的坡面雨水，從高而低由橫向排水連接件流入橫向排水構件，防止產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。橫向排水構件采用擠出成型預制生產(chǎn)工藝，標準構件如圖2所示。縱向排水構件的功能是將節(jié)點構件匯集的坡面雨水排入坡腳排水溝?？v向排水構件的形狀規(guī)則采用擠出成型的預制生產(chǎn)工藝。縱向排水構件的設計尺寸如圖3所示。

圖2 橫向排水構件

圖3 縱向排水構件

構件間的連接和構件錨固

節(jié)點構件（四通接頭）同時與左右的橫向排水構件和上下的縱向排水構件相連接，順著水流的方向，上部縱向構件搭接在節(jié)點構件之上，節(jié)點構件搭接在下部縱向排水構件之上，左右橫向排水構件搭接在節(jié)點構件之上；橫向排水構件連接件（兩通接頭）同時與左右兩邊的橫向排水構件相連接，兩通接頭分別搭接在兩邊橫向排水構件之上。依此重復搭接形成圖4所示的裝配水護坡排水骨架，由此坡面上的橫向排水骨架收集邊坡坡面的雨水，順著水流的方向由節(jié)點構件（四通接頭）將橫向排水骨架內(nèi)的雨水匯集流入縱向排水骨架之中，最終流入平臺或坡腳截水溝而排泄出去，起到防止坡面雨水徑流沖刷的作用。節(jié)點構件設計圖見圖5。

圖4 構件連接

結(jié)構的鉚釘布置

為了保證結(jié)構能夠穩(wěn)定牢固的安放在土坡溝槽中，在所有預制排水構件上預留了鉚釘孔。其中，節(jié)點構件（四通接頭）和橫向排水構件連接件（兩通接頭）設置了一個鉚釘孔，縱向排水構件和橫向排水構件設置了兩個鉚釘孔。構件設置一個鉚釘孔的作用是為了防止塑料類材料由于晝夜和季節(jié)性溫度變化而產(chǎn)生的收縮和膨脹，產(chǎn)生溫度應力；構件設置兩個鉚釘是考慮到縱向排水構件和橫向排水構件長度過大，在一個鉚釘?shù)腻^固作用下，難以形成嚴格意義上的穩(wěn)定結(jié)構，可能在很小的外荷載作用下難以保證構件在坡面上穩(wěn)定，由此縱向排水構件和橫向排水構件設置了兩個鉚釘孔。而縱向排水構件和橫向排水構件防止溫度應力的辦法，是使鉚釘孔的內(nèi)徑適當大于鉚釘?shù)耐鈴剑@樣構件在溫差變化下產(chǎn)生的收縮和膨脹，可通過鉚釘孔預留的盈余間隙進行協(xié)調(diào)，從而防止構件產(chǎn)生溫度應力。各個構件上鉚釘孔的位置如圖6所示。

鉚釘?shù)淖饔檬菍⑴潘畼嫾^固在邊坡坡面上，是排水構件能夠承受邊坡環(huán)境下產(chǎn)生的外荷載，而不產(chǎn)生滑動、掀開和過大的變形，并對坡面土體穩(wěn)定性起到一定穩(wěn)固作用。因此，每個構件至少設置一個鉚釘孔和鉚釘，其中縱向排水構件由于長度較大，每個構件需設置2個鉚釘孔和鉚釘。鉚釘孔和鉚釘?shù)脑O計形式如圖6所示，鉚釘孔的設計是在構件上相應的位置鉆一個直徑為23mm的孔，在孔的下方粘一個內(nèi)徑為23mm、外徑為50mm和厚度為10mm的鉚釘孔加固環(huán)，以防止鉚釘安裝時巨大沖擊力對排水構件的損傷和破壞。鉚釘長度為400mm-500mm，根據(jù)土層類型進行選取，保證鉚釘?shù)腻^固力不小于240N，鉚釘直徑為20mm。

工程應用

預制裝配式生態(tài)環(huán)保護坡排水系統(tǒng)，實現(xiàn)了裝配式建筑在護坡中的應用。該方法可實現(xiàn)護坡結(jié)構構件的工廠化生產(chǎn)，有效提高施工效率，對生態(tài)平衡進行調(diào)節(jié)，預制裝配式生態(tài)環(huán)保護坡排水系統(tǒng)如圖7所示。工程應用表明，該預制裝配式保護坡排水系統(tǒng)實現(xiàn)構件工廠化預制，有利于快速施工，能夠達到排水系統(tǒng)的功能，具有較好的經(jīng)濟效益。

結(jié)論

本文對依托工程進行預制裝配式生態(tài)環(huán)保護坡排水系統(tǒng)設計，對橫向排水構件、縱向排水構件，節(jié)點連接、鉚釘布置和材料選取等裝配式設計關鍵技術進行分析，最后應用于依托工程，得到如下結(jié)論：

本文設計的預制裝配式生態(tài)環(huán)保護坡排水系統(tǒng)合理且易于施工，既能滿足護坡排水需要，又能達到高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保的目的，具有較高的推廣應用價值。

對常規(guī)進行多方面綜合考慮后，認為PVC與ASA復合材料作為預制裝配式護坡排水結(jié)構的生產(chǎn)材料，構件的截面厚度設計為3.0mm最為合適，構件的重量、強度，變形性能、耐久性、耐火性和經(jīng)濟性，均能夠滿足預制裝配式護坡排水結(jié)構的要求。

圖6 鉚釘預留孔布置圖

圖7 預制裝配式生態(tài)環(huán)保護坡排水系統(tǒng)現(xiàn)場