挡土墙技术综述

摘 要：挡土墙是工程实际中应用最为广泛的边坡支挡结构之一，被大量应用于道路、桥梁桥台、水利港口、工业及民用建筑工程和铁路工程中。通过对专利库中挡土墙技术相关资料进行统计分析，本文讨论了该技术主要实施方法的研究热度、发展现状及应用情况，总结了我国挡土墙技术研究趋势，为该行业的进一步发展提供了指导。

关键词：挡土墙；支挡结构；边坡；稳定；抗震

1 引言

随着边坡建筑、高等级公路和铁路建设以及城市中大量高层建筑的兴建，挡土墙在基坑和边坡中的应用越来越广泛，深入研究边坡支挡结构的构造与设计，对保证公路、铁路和建筑物的使用安全，减少滑坡、泥石流对其的危害，以及降低工程造价具有重要的意义[1]。

同时，我国地处环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅山地震带这两个世界上最活跃的地震带上，是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。挡土墙在地震中的破坏是普遍存在的，因此，对挡土墙结构的研究分析也是抗震防灾的一项重要基础工作[2]。

本文对挡土墙结构的发展进行了概述，并阐述了常用的挡土墙结构形式及适用情况、优缺点；然后对国内外专利申请进行统计分析，对主要申请人的典型专利进行了简单分析，对关键技术变革的时间节点做了阐述。通过上述统计，分析国内外挡土墙结构的现状以及发展方向。

2、挡土墙结构的发展状况

2.1挡土墙结构的起源

在古代的一次又一次的实践中，人们总结出了有关挡土墙的丰富的经验并世代相传，从中国的古长城、古墓及古墓周边的古骚道、古栈道等，均可看到古人修筑的挡土墙的痕迹。在近代，挡土墙更是广泛应用于各种土木和建筑工程中，特别是公路、铁路路基工程，建筑工程，市政园林工程，水利水电工程，水土保持工程中。挡土墙随着近现代工业、建筑、交通、市政、水利、矿山、环保工程的发展而迅速发展起来。

美国的HIlfiker Retaining Walls专业挡土墙公司，成立于1902年，至今己有100多年的历史，完成了6000多个挡土墙项目，项目遍及美国、加拿大、印尼、非洲和南美等国家和地区，形成了多种专门的产品和专业施工工艺。相比之下，我国目前尚无专业的挡土墙公司。

2.2国内挡土墙结构技术发展情况

我国的挡土墙结构起源较早，目前的挡土墙结构使用广泛且比较成熟。以下对于国内专利的分析，是基于分类号“E02D29/02”（分类号解释：挡土墙或防护墙）以及关键词“挡土墙”限定出来的专利文献。

各挡土墙技术出现的时间点和技术复杂度如图1所示，在1986年，我国出现了组合式挡土墙结构，翻开了新型挡土墙结构的新篇章，它解决了传统的挡土墙构件体积大、无法预制、工艺复杂等问题，通过预制墙体和尾翼板组合构成抗倾的挡土墙，组合式挡土墙开始成为挡土墙技术的主流[3]。然而在不同的边坡条件下，对组合式挡土墙的结构又提出了新的要求，同时，现场安装也对工作面有较高的要求，于是一种预制成型的挡土墙砖块应运而生[4]。它通过叠置以形成具有一定高度且结构完整的挡土墙，而不必采用任何复杂的连接手段。这种挡土块式的挡土墙在我国运用较广泛，虽然在挡土墙技术领域中很快又有新的结构形式出现，但是挡土块式挡土墙结构的发展并未停滞，主要的发展方向是对挡土块结构进行改进，改善挡土块面板和形状以适应边坡坡度的需要、在挡土块内部增加排水通道、改进挡土块之间互相的咬合结构等。

到了2001年，为了解决传统的挡土墙及挡土块式挡土墙体积较大、耗用材料较多、对地基的承载力要求高、圬工数量多、成本高的问题，一种经济、实用的加筋挡土墙结构应运而生[5]。随着加筋土挡土墙结构的广泛研究，其结构形式也日渐改进，从最开始的采用模块建立墙面、土工格栅作为拉力筋材逐步发展为对拉式加筋土挡墙。然而2001年～2004年，加筋土挡墙结构的改进一直局限于结构的改变，挡墙的墙面仍然多采用预制构件，鲜少考虑地基的柔性变形。而到2005年，挡土墙结构的发展转向了墙面的改进。一件公开号为CN1644808，申请人为千田昌平的中国专利申请开创了柔性墙面挡土墙的创新之路[6]，它采用在墙体袋中灌入填料形成土工模袋，并将土工模袋堆砌形成墙面，通过在墙背面进行填土，采用拉杆来稳定墙面，最终形成稳定的挡土墙结构，这种挡土墙结构首度考虑了挡土墙对地基变形的响应，能避免地基变形造成的挡土墙结构破坏。此后，柔性墙面的挡土墙结构申请日渐增多[7]，在2006年，长沙理工大学提出了一种柔性加筋挡墙结构，其在柔性加筋挡墙结构中增加透水基础层，并将筋材分层摊铺锚固，该挡土墙结构的回填土可以回填膨胀土，开创了膨胀土回填挡墙的先河[8]。加筋土挡墙结构的发展方向主要为柔性挡土墙面的土工袋之间如何稳定连接、柔性墙面与回填土之间如何才能稳定锚固以及柔性挡土墙整体结构的抗倾、抗震等。

随着我国城市化进程的发展，环保要求呼之欲出，向立体空间索要绿地已成共识，光秃秃的挡土墙无疑已经无法适应社会的需要。在2009年，一种能植草的挡土墙结构被提出[9]，其选用具有渗透空隙的黏合剂取代密闭的水泥，将粗石子粘结形成植草预制板用作挡土墙的墙面，这种新型的挡土墙结构实现了覆绿，同时能够解决大角度边坡绿化初期遭雨水冲刷的技术难题。2009年以来，挡土墙结构进入快速发展阶段，挡土墙结构的年度申请量剧增，整体的发展朝着环保、生态、新材料的方向进行。2012年，已经有企业提出在挡土墙的面板以及回填部分采用建筑废渣进行充填[10]，以减少建筑废渣的堆砌以及排运，增加挡土墙的环保性能；也有申请人采用废旧轮胎堆砌形成挡土墙，不仅能够实现柔性变形，同时还能减轻挡土墙的重量，但并不影响挡土墙的稳定。目前，随着新型材料领域的不断发展，挡土墙结构也在进行革新，墙面材料的创新是发展的重头戏[11]，在2013年，有企业提出采用纤维绳构成整张柔性网片，并采用拉接材料固定柔性网片，并填充回填料，形成挡土墙结构，该专利申请首次在挡土墙结构中采用纤维绳柔性材料作为墙面[12]。

2.3全球专利分布现状

国外挡土墙结构的发展对我国挡土墙技术的进步有着深远的影响，本文中国外挡土墙技术的分析研究是根据在DWPI数据库中，进行“E02D29/02/IC”分类号以及关键词进行双重限定后得到的结果开展的。各国挡土墙结构专利申请总量如图2所示。

通过图2非常直观的看出，在国际上，挡土墙结构的专利申请数量，以韩局的专利申请数量最多，日局次之，中国排在第三。这说明，韩国和日本在挡土墙领域的发展较其他国家处于领先地位，特别是韩国，其总申请量占国际总申请量的37%。

中国挡土墙技术专利申请量自2000年以来一直处于增长状态，在上文中已经叙述过。挡土墙领域申请量最大的国家――韩国的专利申请数量自2000年以来也处于增长状态，但在2010年以后略有下降，其专利申请量在2005-2010年度达到最高峰。

通过对这一阶段韩国专利申请文献的阅读，在2007-2011年间，挡土墙结构的专利申请文件集中在生态、环保型挡土墙结构以及挡土块结构，通过前文中对中国专利申请量的分析，在中国生态环保型挡土墙结构以及挡土块结构也是在该阶段开始发展的，由此可见，中国的挡土墙技术的发展虽然在申请量上不及最领先的国家，但是发展的状态以及发展方向与韩国并没有很大差距。

3、结语

城市中大量的地基处理、边坡处理工程中对挡土墙结构的需要预示着挡土墙结构的进一步发展，挡土墙结构往轻质、环保、生态方向发展已是发展趋势。我国的挡土墙技术依然与日本、韩国有一定的差距，我们应密切跟踪国际挡土墙技术的发展动态，借鉴国外挡土墙的新型结构，及早开展挡土墙结构新材料的选型和使用，为挡土墙结构的进一步发展做好知识储备。同时，我们在挡土墙领域仍然有很大的发展空间，新材料、生态型挡土墙结构在我国仍处于研究和运用的初期，其在轻质、环保方面的效果仍然需要进一步的发展和推行。

参考文献

[1] 晁新秀.挡土墙和抗滑桩在边坡防护措施中的应用研究[D]，山东大学， 2013.

[2] 王浩.挡土墙地震土压力的拟动力分析[D]，兰州理工大学， 2014.

[3] 湖北省水利厅.T形加翼预制挡土墙构件[P].中国，ZL 86207001，1987.

[4] 安可墙壁体系股份有限公司.复合砖块[P].中国，ZL 98119233.5，2000.

[5] 扬州市勘测设计研究院土工新技术研究所.一种加筋挡土墙[P].中国，ZL 99114341.8，2001.

[6] 千田昌平.墙体袋材构筑施工法[P].中国，ZL200410082194.0，2005.

[7] 刘斯宏，薛向华，樊科伟，徐思远.土工袋柔性挡土墙位移模式及土压力研究[J]，岩土工程学报， 2014（12）：2267-2273.

[8] 长沙理工大学.一种柔性加筋支挡结构及其施工方法[P].中国，ZL200510031717.3，2006.

[9] 中国科学院武汉植物园.能植草的挡土墙构造方法[P].中国，ZL200910061150.2，2009.

[10] 华侨大学.一种新型挡土墙[P].中国，ZL201120413150.7，2012.

[11] 汤洪霞.新型绿化挡土墙的受力机理分析及试验研究[D]，青岛理工大学， 2014.

[12] 汤洪霞，张明义，李鲁阳.柔性材料自承重式挡土墙有限元分析[J]，工程建设， 2014（04）：14-22.