以预制格构装配式生态挡墙为例探析装配化施工价值

邓镜辉

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，成都 610081）

1 传统支挡结构现状

目前，传统的挡土墙结构形式主要有：重力式、衡重式、悬臂式、扶璧式、柱板式、锚杆式、自立式、加筋土等，其中，重力式、衡重式挡墙因结构简单、取材方便、使用场景广阔而运用较为常见。常见传统支挡结构主要具有以下特点：

1）传统支挡结构主要以钢筋、混凝土作为主要建筑材料，单位支挡面积的材料使用量占比高，受高耗能企业政策调控限制，钢筋、混凝土的生产成本不断攀升，造成传统支挡结构的造价不断增加，对建设单位投资控制和施工单位的成本控制非常不利。

2）钢筋、混凝土等原材料的生产主要依靠地下矿产资源，资源储藏量相对有限，不可无节制地开采。同时，原材料在开采、运输、加工过程中无法避免对环境造成污染，对生态环境有极强的破坏力，给生态环境带来了不可修复的破坏。

3）传统的支挡结构施工基本上采用传统施工工艺，劳动力使用密集，机械化程度低，劳动生产率低。建筑工人越来越老龄化，年轻工人无法有效补充是中国建筑企业近年来面临的严峻挑战，未来建筑工人的使用会变得越来越捉襟见肘。

4）传统支挡结构所采用的施工工艺主要消耗的是劳动力，质量控制主要受劳动者素质和劳动投入量的影响，不同作业人员的素质参差不齐，加之作业班组对成本控制严苛，变相偷工，造成传统支挡结构成型质量较差，质量通病较为突出，甚至在后续使用过程中具有较大的质量风险。

5）传统支挡结构因为结构形式较为简单、材料使用比较单一，尤其在景观型工程运用时显得美感不足，造成审美疲劳，与人们对美好生活的向往目标不匹配。

2 预制格构装配式生态挡墙孕育而生

龙新大道位于成都的东进战略以及成渝双城经济圈的核心板块——简州新城，项目规划设计宽度为70 m，长2160 m，设计时速为50 km的景观型城市主干道，分别设置有快车道、慢车道、非机动车道、人行道以及绿化带。道路北侧K1+340～K1+445段、南侧K1+390～K1+525段由于需要保护两侧坡顶通信铁塔和就势打造山地公园，两侧均需设置挡墙进行支护。

结合公园城市的发展理念和龙新大道实际工程需求，本次尝试对支挡结构进行全面创新，力求寻找一种安全可靠、经济环保、美观可替代的全新支挡结构和施工工艺。

经过前期对现场的全面调研，与设计院密切地沟通论证，同时，走访调查成都地区先进主流的装配式构件预制厂家，从经济、安全、工艺、价值等维度进行方案比选，最终选定预制格构装配式生态挡墙作为最优方案，并获评审专家的一致认可。

2.1 基本原理

预制格构装配式生态挡墙的基本原理是采用厂家高精度预制格构件分块分层拼装形成整体结构，该结构与边坡本体采用注浆锚杆有效固结形成整体稳定的支挡结构，在格构空间搭配种植各季节绿植花卉，形成生态环保美观的景观工程。

2.2 结构形式

1）龙新大道两段生态挡墙设置高度均为16.8 m，分为两级，单级高度为8.4 m（包含基础高度），每级生态挡墙由钢筋混凝土预制构件、基础、构造柱、压顶梁、锚杆等构成，结构形成后于预制块预留空间内客土绿化，形成环境友好的生态支挡结构。

2）PC预制格构件示意图如图2所示。整体呈空间框格形，由左右侧壁和后壁围成一定空间，底部为负角度的植生板，板上可培土种植绿色植物，后壁开有排水窗，可作为墙后水体排泄和植物根系与自然土体联系的通道。预制块外轮廓尺寸为1.5 m（长）×0.8 m（宽）×0.7 m（高），采用钢模整体成型，单块质量约610 kg。预制块上下端面均设置有榫接台阶，块体拼装后左右侧壁相互形成一闭合空间，于此空间内现浇混凝土形成构造柱，并与基础刚性连接，以加强整体结构的刚度。

3）墙体结构与边坡本体之间采用长8 m的HRB400φ32 mm锚杆注浆连接为稳定整体结构，锚孔直径110 mm，与边坡本体呈水平方向向下15°，灌注M35水泥净浆。

2.3 工艺流程

工艺流程：边坡开挖及喷锚封面→开挖挡墙基础并浇筑垫层→绑扎基础钢筋、构造柱钢筋→支模浇筑基础混凝土→分块分层吊装预制格构件（提前预制，每次安装不得高于3 m）→安装锚孔预埋管并浇筑构造柱混凝土→锚杆钻孔装锚注浆→支模和绑扎压顶梁钢筋→浇筑压顶梁混凝土→墙背透水材料回填→预制格构件植生槽内客土培植绿色植物→养护成活。

图1 预制格构件示意图

3 预制格构装配式生态挡墙价值分析

本工程对支挡结构的全面创新，不仅从投资者和承包人两方面均取得了良好的经济效益，而且在节能环保、环境生态、社会效益等方面均有重要价值[1]。

3.1 经济效益分析

投资控制方面，均按照每级挡墙墙高8 m进行计算，传统仰斜式重力式混凝土挡墙每立面平方米造价约2066元，装配式锚杆生态挡墙每立面平方米造价约1670元，本工程挡墙总立面面积3029 m2，可节约投资119.95万元。

施工材料节约方面，传统仰斜式重力式混凝土挡墙每立面平方米混凝土用量约1.67 m3，装配式挡墙预制格构件每立面平方米混凝土用量约0.25 m3，每立面平方米节约混凝土约85%。以成都地区为例，C30混凝土定额信息价平均水平约495元/m3，实际采购价520～600元/m3（随市场波动较大，平均取值560元/m3），合计可降低采购成本：（560-495）×（1.67-0.25）×3029/10000=27.96万元。

施工工效提升方面，正常作业条件下经现场实测，传统仰斜式重力式混凝土挡墙每台班施工约30 m2；生态挡墙格构件每台班安装约90 m2，生态挡墙格构肋柱浇筑、锚杆安装随吊装作业采取同步流水作业，不占用关键线路工作时间。采用装配化施工后施工功效提升为原来的3倍，本工程整体工期节约67个工作日，节省间接管理费成本10.5万元。

施工机械和人工成本降低方面，按照正常作业条件测算，本工程采取传统仰斜式重力式混凝土挡墙总体消耗人工1010个工日，25 t汽车吊台班约32个；采取生态挡墙总体消耗人工404工日，25 t汽车吊台班约50.5个。劳动力节省约60%，机械和人工成本降低额（人工按200元/工日，机械按1600元/台班）：（200×1010+1600×32）/10000-（200×404+1600×50.5）/10000=9.16万元。

本工程采用新型支挡结构预制格构装配式生态挡墙后工程投资节约119.95万元，投资节约率为19.2%；施工成本降低合计为47.62万元，施工效益提升9.4%，随着施工工艺的成熟，功效提高，施工效益仍有进一步提升空间。

3.2 社会效益分析

1）采用预制格构装配式生态挡墙施工后，砂石、水泥等原材料消耗降低了85%，极大地节约了矿产资源，尤其对资源储藏贫乏地区极为有利，同时减少了资源开采、运输、加工过程造成的环境污染和碳排放量，对碳达峰和碳中和有积极的推动作用，最终有效保护了地区的环境生态。

2）采用全新支挡结构，边坡墙体土石方开挖量减少约48%，施工中同步在装配式的格构空间栽种绿植花卉，能较快地恢复环境生态，降低了因工程施工对周边环境的影响。

3）采用预制格构装配式生态挡墙，施工劳动力可节省约60%，在建筑工人老龄化越来越严重、人工成本持续攀升的形势下，通过工艺创新有效缓解了用工荒问题，并且控制了施工人力成本。

4）通过全面创新后，新的预制格构装配式生态挡墙施工绿化后绿植可遮挡挡墙混凝土外观，整个墙面呈现绿化景观，与大自然协调；栽种的绿植根系可通过挡墙PC预制构件中的排水窗深入墙后土壤，稳固土体的同时修复植被破坏，与山坡原有植被融合，起到整体景观绿化效果。

3.3 安全质量价值分析

1）采用预制格构装配式生态挡墙全新工艺后，施工机械化、标准化、模块化程度大幅增加，有效避免了人为因素导致成品感观质量差、线型不齐整、强度不满足要求等问题。

2）传统仰斜式重力式混凝土挡墙主要依靠挡墙自重抵抗土压力达到支护平衡，而平衡条件与地基基础承载力、墙背土压力有直接关系，往往平衡条件随着时间变化不断改变的，比如，土体地下水位变化、地基基础承载力降低导致平衡条件改变而引起重力式挡墙失稳。而预制格构装配式生态挡墙主要依靠与锚杆在土体的锚固连接形成支挡力，对地基基础承载力要求相对较低（一般要求200 kPa,普通重力式挡墙地基承载力不小于300 kPa），完美解决了平衡条件变化导致挡墙失稳的问题，安全性得到全面提升。

4 未来展望

近10年以来，我国城镇化和现代化步伐不断加快，节能环保要求不断提高，劳动力成本持续攀升，人民对美好生活的向往日渐强烈，建筑产业转型升级迫在眉睫[2]，政府与行业相关部门在装配化设计、生产、安装等方面将全面谋划，其主导作用不断增强，并将出台一系列的建造标准和运用场景规定，以构建良好的装配化施工市场化环境。原设计、预制、安装相对独立的单位将不断融合，逐步构建一体化集成服务商，为业主方提供解决方案[3]。

当前国内装配化施工水平还处于发展阶段，预制格构装配式生态挡墙的运用局限性较大，主要还集中在部分住宅、工业建筑、基础设施等单体建筑方面，创新能力和建造水平亟须加强，要着力向装配建筑系统化、集成化、智能化、小型化、个性化转变[4]。

5 结语

装配化施工蕴藏巨大潜力和实践价值，不仅体现在经济效益方面，更是在资源节约、节能环保、环境治理、产业转型升级等方面带来了巨大的社会效益。着眼于未来，应秉承绿色建造理念，以装配化施工为抓手，在标准制定、建造技术、场景运用、融合集成等方面积极创新，不断挖掘潜力和价值，为建筑业的转型升级和可持续发展做出积极贡献。