一、任务来源
成绵苍巴高速公路是《四川省高速公路网规划(2014-2030年)》7条东西横向路线之一，是川东北地区高速公路网的重要组成部分，成绵苍巴高速公路位于我国川东北多雨、地质构造复杂的地区，沿线跨越的高陡边坡较多，全线穿越六个国家级和地市级自然保护区。同时由于该地区位于我国地震最为频繁也是最大的地震带—龙门山地震带上，因此地震频率极高，导致传统的用于边坡支护的混凝土挡土墙易开裂、变形。结合国内外装配式挡土墙的发展现状以及成绵苍巴高速本身的地理特征，本课题研发了一种装配式柔性生态挡土墙，该装配式挡土墙构件在预制场预制，在现场拼装，结构之间填以碎石土，结构外观和坡面间隙填塞植生袋以供绿化，既缩短了施工周期，又减少了对环境的破坏、促进生态环境的绿色发展，又保证了柔性结构对地震破坏力的抵消，提高了挡土墙对多震地区高陡边坡的挡护效果。
二、应用领域和技术原理
1.应用领域
该项目的研究成果主要适用于山区高陡边坡生态防护与支护领域。
2.技术原理
成果1：高陡边坡装配式防护技术分析
技术原理：基于对已有的边坡装配式生态防护技术的相关资料和研究进展进行调研，同时开展公路野外调查，对高陡边坡的破坏形式与特征进行归纳，分析归纳常见的高陡边坡装配式加固措施和适用条件，并对研究分析方法进行总结。
成果2：装配式生态挡土墙的设计理论与施工关键技术
技术原理：采用理论分析与现场试验结合的方法，开展装配式生态挡土墙的稳定性分析，主要研究内容如下：
（1）装配式生态挡土墙的土压力研究。不同于重力式挡土墙，装配式生态挡土墙属柔性挡土墙，因此库伦土压力理论不能直接用于计算装配式生态挡土墙墙背土压力。为此需通过理论分析、现场试验等相结合的方法研究计算装配式生态挡土墙墙背土压力的方法。
（2）装配式生态挡土墙的稳定性研究。装配式生态挡土墙稳定性分析不同于普通重力式挡土墙，不仅需要整体性分析，而且需要开展局部墙体的稳定性分析，特别是强震区的装配式生态挡土墙稳定性如何判识，需要通过试验与数值分析，特别要开展大量的参数研究，研究确定装配式生态挡土墙的静力及地震稳定性分析方法。
（3）装配式生态挡土墙构件的合理性研究。装配式生态挡土墙的构件合理性包括：经济性、施工的快捷性、挡墙的安全性。为此，通过对构件开展理论分析、数值分析等工作，以此研究装配式生态挡土墙构件的合理性条件，为构件设计提供依据，并提出优化建议。
（4）装配式生态挡土墙的关键施工技术研究。在安全经济的设计理论基础上，结合现场实际条件，从挡土墙施工工艺、施工流程、质量控制等关键技术层面研究装配式生态挡土墙构件适用的关键施工技术。
成果3：现场数据监测及反分析方法研究
技术原理：针对典型的现场边坡，选取两个典型断面，布设土压力盒等传感器以获取现场实测土压力等数据，结合甲方提供的监控量测数据，利用数值分析方法，开展反分析，以此研究该支挡防护结构设计理论的合理性，为研判后续类似边坡支挡防护结构设计提供技术支撑，并提出合理化建议。
三、性能指标
本项目研究的技术成果主要有以下性能指标：
1.研究总结了已有的高陡边坡装配式防护技术
通过对已有的边坡装配式生态防护技术的相关资料和研究进展进行调研，同时开展了公路野外调查，对高陡边坡的破坏形式与特征进行归纳，分析归纳常见的高陡边坡装配式加固措施和适用条件，并对已有的高陡边坡装配式防护技术研究进行了总结，明确了目前高陡边坡破坏形式与特征、装配式边坡生态防护技术、装配式生态挡土墙应用现状及发展情况，表明了现有的装配式挡土墙构件设计较为复杂，预制工艺要求较高，且大多数装配式挡土墙的高度设计不能满足高陡坡体防护要求，为本课题的新型装配式生态挡土墙研究奠定基础和价值。
2.研发了一种新的装配式生态挡土墙的土压力计算方法
考虑了挡土墙的柔性特点，实际作用于装配式挡土墙墙背上的土压力会由于构件之间的摩擦力发生缓冲和吸收反应，提出了适用于该新型装配式生态挡土墙的土压力计算方法。
3.研发了一种考虑地震作用的新型装配式生态挡土墙的土压力计算
方法
本研究提出的一种新型装配式挡墙构件因其独特的结构形式，保证了柔性结构对地震破坏力的抵消、提高了挡墙对多震地区高边坡的挡护效果，作为一种可在震区使用的新型装配式生态挡土墙，有必要对其在地震作用下的土压力计算进行推导分析。针对新型装配式挡土墙，引入地震惯性力，建立了理论计算分析模型并提出了适用的地震土压力计算公式。
4.研发了一种新的装配式生态挡土墙的稳定性分析方法
基于沿线支护边坡地质勘察资料，对新型装配式挡土墙的土压力和局部稳定性进行了计算分析，建立了新型装配式挡土墙局部稳定和整体稳定的双判识准则，为装配式挡墙结构设计提供依据，保障装配式挡土墙的合理设计和结构的安全可靠性。
5.基于数值模拟研究了地震作用下的新型装配式挡土墙工作性能
通过3D建模及数值模拟的方式，模拟了挡土墙在不同工况下的应力应变等特征，分析了新型装配式挡土墙的工作性能，并对其整体稳定性及局部稳定性在不同工况情况下做出了评价，特别是对于强震区的装配式挡土墙的稳定性到底如何进行分析做出了研究。研究表明其工作性能良好，并且符合安全性要求，可以为该类型装配式挡土墙设计及使用提供理论借鉴。
6.基于现场原位及现场模型实验研究了新型装配式生态挡土墙的变
形特性分析
通过长达一年的原位和模型试验，测试了该装配式挡墙在全天候工作状态下所受的土压力、墙体位移、墙体变形以及在降雨条件下孔隙水压的情况，充分研究了该新型装配式生态挡土墙在长期服役状态下的稳定性以及在降雨等不稳定气候下的工作性能，并基于此数据对理论方法开展了反分析，结果证明了理论方法的可行性和挡土墙长期服役的稳定可靠性。
7.基于离心机实验创新结合PIV分析手段，研究明确了新型装配式生
态挡土墙对于不稳定危险边坡的支护效果
根据“成绵苍巴”高速公路沿线地质勘查资料和装配式挡土墙现场原位试验数据，开展了室内离心机试验，验证了装配式挡土墙对极端情况下危险边坡的支护性能及破坏模式，通过调整墙内填土类型，探明了不同填土对装配式挡土墙稳定性的影响
8.创新提出了新型装配式生态挡土墙适用的关键施工技术
基于理论计算、数值模拟、现场试验及离心机试验，研究了新型装配式生态挡土墙构件的合理条件，为构件设计和施工提供依据，并提出了优化建议。
四、与国内外同类成果比较、成熟度
对目前国内各省份装配式挡土墙的实际应用情况进行了不完全统计
应用地点 挡土墙类型 挡墙组成形式 优势 劣势
四川省九寨沟县漳扎镇彭丰村境内 绿化装配式挡土墙 该挡墙整体由预制拼装块、构造柱、压顶梁等组成 提高了现场的施工效率，缩短了工期，具有绿化环境的功能 预制块结构复杂，凸榫结构多，制作精度要求高
四川省成简快速项目SG4标段 装配式生态挡墙 该挡墙整体由T 柱、底板、背板、底座、顶盖这几个构件形成，构件之间采用拼装及锚杆连接 施工简单，同时可以节水省肥，为植物生长提供最佳的生长湿度，形成环境友好的生态支挡结构 需搭设架体作为施工作业人员的操作平台
成都龙泉山城市森林公园旅游环线三标项目 装配式绿色生态挡土墙 主要由底梁基础、PC构件、肋柱、压顶梁组成 较短的施工期且预制施工质量容易控制，建筑企业成本相对降低 预制块结构复杂，凸榫结构多，制作精度要求高
三明市S204线将乐段K279+800段（甲头村）水毁灾害防治工程 装配式预应力挡土墙 该挡土墙由钢筋混凝土PC构件、基础等组成 现场高效施工，质量可控 基底坡度会影响墙身稳定，需要严格把控基底不均匀沉降
大连沿海城市商业经济培训中心及周边地块改造项目南侧挡土墙工程 逆作法装配式锚索挡土墙 该挡土墙由预制混凝土块、锚索等组成 可缩短工期、节约造价和人力资源，有效控制坡体位移，减少一些不必要的塌方事故产生 墙面板需另设场地和模板做标准化预制，工序较多,投资比较普通挡土墙大
青岛崂山路某绿化挡土墙工程 新型绿化挡土墙 该挡土墙由复合纤维柔性材料、复合纤维绳以及就地取材的回填土或建筑垃圾三部分组成 自立稳定，耐变形能力强，形状自如，对环境产生积极作用，施工进度快 施工过程中需要安装固定装置，后期拆除；需将土装进尼龙袋再栽种植物，都需要大量人力物力
西部某公路工程 装配式桩板式混凝土挡土墙 由预制混凝土桩（下节桩截面是正方形；上节桩截面是工字形）、预制混凝土板和预应力锚索组成 预制构件尺寸小，运输、吊装方便，现场施工速度快，对周围环境干扰少 只适用于高度较小、稳定性本身就较好的边坡
广州市增城区县道X292线高岳公路 装配式锚杆式生态挡墙 由PC构件、混凝土肋柱和锚杆构件组成 占地面积小，施工现场环境污染极少，生态环境恢复快 装配过程中要现浇混凝土肋柱，不便于墙后填土夯实
南充至成都高速公路扩容项目成巴高速加宽段 半重力式装配式生态挡墙 由标准化PC构件组成，构件装配后形成一闭合空间，用于现浇混凝土形成肋柱，并与基础连接 施工过程简单便捷、施工现场文明整洁、施工速度快 肋柱是现浇的，影响后续吊装，最后还要现浇压顶梁，工序复杂
浙江省某高速公路 锚栓柱板型装配式可绿化挡墙 由底板、立柱、耳块和斜插板组成，底板现浇，预留连接钢筋与耳块柱子连接 能灵活顺应纵向地形高度变化 构件多且装配过程复杂，造价优势不显著，低于2.5m的边坡支护不适用
成绵苍巴高速 新型装配式生态挡土墙 由预制横梁构件和纵梁构件组成，通过纵梁与横梁构件上的凹槽衔接形成骨架，骨架之间填充墙体材料 挡墙范围高度适用范围广:2~9.5m，圬工数量比传统挡墙小、可以工厂化生产、装配流程简单、施工周期短、成本低、抗震性能好、绿化景观效果好 不适合用于墙后潜在的深层滑坡，相比重力式挡土墙其构件的抗剪强度较弱
日本对道路工程防护及绿化等技术进行了很多尝试。根据国情特点，近些年日本研究者研发出了多种结构的装配式挡墙产品，如用预制混凝土空心砌块单元、道路L型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，其已形成一套相对完善的装配式挡墙技术体系及规范，并有着较为广泛的应用。自1998年美国混凝土圬工协会（NCMA）预制节段拼装挡土墙抗震设计手册制定以来，美国一些知名挡土墙公司陆续公布了大量挡土墙专利产品及相应施工工艺。其大多是采用混凝土预制的标准预制块单元，通过湿砌、干砌以及预制块相互嵌锁组成挡土墙整体结构。
针对装配式挡土墙进行的国内外相关文献的研究和分析，发现国内外在装配式挡土墙领域已经有一些成功的案例和经验，而且国内也开发出了各种各样的预制挡土墙，在实际工程项目中都有各自的明显优势。但是如今已经开发出的各种挡土墙多是通过分解悬臂式和扶壁式挡土墙的结构进行设计和预制的，挡墙装配化的深度和工厂化的简便性仍很低，部分墙体较高、施工操作难度较大、开挖和回填方量较大，稳定性不高，无法用于高陡边坡；挡土墙结构形式也是借鉴悬臂和扶壁式等挡土墙的结构形式进行设计和优化的，所以现今对于装配式挡土墙的预制化、使用中的稳定性以及环保性能等重要的问题仍然鲜有针对性的分析和研究。基于此，本课题创新研发了一种适用于高陡边坡具有安装方便快捷、稳定高强安全、美观、适应性强且环保等优点的新型装配式柔性生态挡墙，弥补了目前装配式挡土墙在边坡工程中应用的局限性。
五、成果创造性和先进性
1.研发了新型装配式挡土墙土压力计算及稳定性判识方法：通过建立理论计算分析模型，对新型装配式挡土墙进行了静力服役状态下的土压力计算分析及稳定性判识，针对该挡土墙的结构特性，提出了局部稳定和整体稳定双判识准则，结合现场原位试验和现场模型试验的长期监测数据开展了反分析，证明了理论方法的可行性。

2.构建了地震作用下新型装配式生态挡土墙的土压力计算理论公式及数值模型:考虑地震作用，引入地震惯性力建立了理论计算分析模型，对新型装配式生态挡土墙的地震土压力进行研究，基于Midas GTS NX有限元分析软件建立模型，研究了新型装配式挡土墙在地震荷载作用下的工作性能及其变形规律。

3.研究明确了新型装配式挡土墙对于不稳定的危险边坡支护效果：基于现场勘察资料，考虑工程沿线原型挡规模并结合英国剑桥大学离心机设备情况，开展了离心机模型试验，通过PIV分析研究了装配式土墙对更危险边坡的支护效果，同时探究了墙内填土类型对挡土墙支护性能的影响。

4.创新提出了新型装配式生态挡土墙适用的关键施工技术：基于理论推导、数值模拟、现场试验及离心机试验的数据分析，研究了装配式生态挡土墙构件及结构形式的合理性，并从挡土墙施工工艺、施工流程、质量控制等关键技术层面，提出了适用于装配式生态挡土墙的关键施工技术。

六、推广应用的范围、条件和前景
本课题所研究的新型装配式生态挡土墙作为一种新型的挡土结构，在土木工程领域具有广阔的推广应用前景。其适用范围主要包括高陡边坡的挡土、护坡工程以及生态修复工程，尤其是在山区等地形复杂的区域有着广泛的应用前景。
新型装配式生态挡土墙以其良好的抗冲刷性能和挡土效果，能够有效地减缓坡面的侵蚀速度，保护土壤资源，减少土壤流失，从而保障了边坡的稳定性和生态环境的可持续发展。装配式生态挡土墙适用于高陡边坡的护坡工程，能够有效地提高护坡工程的施工效率和工程质量，为基础设施的安全运行提供了有力的保障。此外，装配式生态挡土墙还适用于需要生态修复的高陡边坡地区。在山区等地形复杂的区域，土地退化和生态环境恢复是一项长期而艰巨的任务。装配式生态挡土墙作为一种生态友好型的挡土结构，能够与自然环境良好地融合，为土地的生态修复提供了新的思路和方法。
该成果可以推广到任何一个边坡支护施工项目中，项目形成的整体技术成果已成功应用于成绵苍巴高速公路中国铁建管段152公里（包含G5京昆高速绵阳至成都段扩容项目，绵阳至苍溪高速公路项目，苍溪至巴中高速公路项目）高速公路建设过程中。本课题研究从新型装配式挡土墙结构设计、理论依据、试验测试、长期服役工作性能评价等多方面全方位的进行了全面且完整的可行性研究，有效保障了该挡墙的应用安全。项目相关理论和技术成果可进一步推广应用于挡土工程、护坡工程和生态修复工程等多个领域，应用前景十分广阔，通过不断加强科研攻关和技术创新，新型装配式生态挡土墙将在未来的工程实践中发挥越来越重要的作用。
七、存在的问题和改进意见
该项目围绕高陡边坡生态防护与支护研究，创新提出了一种新型装配式生态挡土墙，并基于理论推导、数值模拟、现场试验和模型试验等手段对该新型装配式生态挡土墙在长期服役状态下的工作性能进行了研究，解决了目前因施工现场技术要求高、工序复杂繁琐、对环境造成污染、影响后期环境恢复等的施工局限性，以及有效改善了偏远地区由于交通不便、环境恶劣、边坡高陡等因素，使传统的支护技术面临着施工困难的境况。该项目成果在理论和技术上有重要创新，对我国高陡边坡生态防护与支护领域的科技进步具有重要的推动作用。但是，为进一步推进高陡边坡生态防护与支护技术的发展，还应将继续深入开展下列研究工作：
1.加强土壤非均匀性对挡土墙稳定性的影响的研究，通过地质勘察和试验研究，深入了解高陡边坡地区土壤的力学性质和变形特性，进一步为装配式生态挡土墙的设计提供科学依据。
2.加强装配式生态挡土墙的材料研发和工艺改进，开发更加环保、耐久的新型材料，优化施工工艺，提高挡土墙的施工效率和工程质量。

一、推广应用的范围、条件和前景
本课题所研究的新型装配式生态挡土墙作为一种新型的挡土结构，在土木工程领域具有广阔的推广应用前景。其适用范围主要包括高陡边坡的挡土、护坡工程以及生态修复工程，尤其是在山区等地形复杂的区域有着广泛的应用前景。
新型装配式生态挡土墙以其良好的抗冲刷性能和挡土效果，能够有效地减缓坡面的侵蚀速度，保护土壤资源，减少土壤流失，从而保障了边坡的稳定性和生态环境的可持续发展。装配式生态挡土墙适用于高陡边坡的护坡工程，能够有效地提高护坡工程的施工效率和工程质量，为基础设施的安全运行提供了有力的保障。此外，装配式生态挡土墙还适用于需要生态修复的高陡边坡地区。在山区等地形复杂的区域，土地退化和生态环境恢复是一项长期而艰巨的任务。装配式生态挡土墙作为一种生态友好型的挡土结构，能够与自然环境良好地融合，为土地的生态修复提供了新的思路和方法。
该成果可以推广到任何一个边坡支护施工项目中，项目形成的整体技术成果已成功应用于成绵苍巴高速公路中国铁建管段152公里（包含G5京昆高速绵阳至成都段扩容项目，绵阳至苍溪高速公路项目，苍溪至巴中高速公路项目）高速公路建设过程中。本课题研究从新型装配式挡土墙结构设计、理论依据、试验测试、长期服役工作性能评价等多方面全方位的进行了全面且完整的可行性研究，有效保障了该挡墙的应用安全。项目相关理论和技术成果可进一步推广应用于挡土工程、护坡工程和生态修复工程等多个领域，应用前景十分广阔，通过不断加强科研攻关和技术创新，新型装配式生态挡土墙将在未来的工程实践中发挥越来越重要的作用。

二、存在的问题和改进意见
该项目围绕高陡边坡生态防护与支护研究，创新提出了一种新型装配式生态挡土墙，并基于理论推导、数值模拟、现场试验和模型试验等手段对该新型装配式生态挡土墙在长期服役状态下的工作性能进行了研究，解决了目前因施工现场技术要求高、工序复杂繁琐、对环境造成污染、影响后期环境恢复等的施工局限性，以及有效改善了偏远地区由于交通不便、环境恶劣、边坡高陡等因素，使传统的支护技术面临着施工困难的境况。该项目成果在理论和技术上有重要创新，对我国高陡边坡生态防护与支护领域的科技进步具有重要的推动作用。但是，为进一步推进高陡边坡生态防护与支护技术的发展，还应将继续深入开展下列研究工作：
1.加强土壤非均匀性对挡土墙稳定性的影响的研究，通过地质勘察和试验研究，深入了解高陡边坡地区土壤的力学性质和变形特性，进一步为装配式生态挡土墙的设计提供科学依据。
2.加强装配式生态挡土墙的材料研发和工艺改进，开发更加环保、耐久的新型材料，优化施工工艺，提高挡土墙的施工效率和工程质量。