關(guān)于鋼筋混凝土變異擋墻應(yīng)用的探討

林 濤 黃慧君

在工程實(shí)踐中,我們經(jīng)常會(huì)遇到需要設(shè)置擋土墻的情況。本文主要是通過(guò)理論分析和比較適用范圍接近、較有可比性的圬工擋墻和鋼筋混凝土擋土墻,特別是變異擋墻各自的特性和優(yōu)缺點(diǎn),并結(jié)合實(shí)踐(工程實(shí)例)探討變異擋墻的應(yīng)用,希望能為廣大設(shè)計(jì)工作者提供一點(diǎn)值得參考或借鑒的設(shè)計(jì)思路。

1 圬工擋墻和鋼筋混凝土擋墻的理論分析和比較

圬工擋墻按照墻背形式的不同,可分為仰斜、垂直、俯斜、凸形折線或衡重式五種。根據(jù)擋土墻的標(biāo)準(zhǔn)圖并結(jié)合設(shè)計(jì)工作中的經(jīng)驗(yàn),在一般情況下,墻身高不大于4 m時(shí)通常采用圬工擋墻,墻身高超過(guò)6 m時(shí)再用圬工擋墻將不經(jīng)濟(jì)且不安全,故不宜用圬工擋墻而應(yīng)該采用鋼筋混凝土擋墻,且宜采用扶壁式擋土墻。在4 m～6 m范圍內(nèi)一般采用懸臂式擋土墻。墻身高在這個(gè)范圍內(nèi)的擋墻是最多見(jiàn)的,設(shè)計(jì)工作中經(jīng)常會(huì)碰到,也正是本文要重點(diǎn)討論的,即此時(shí)應(yīng)該采用何種形式的擋墻。即使是指定了4 m～6 m的范圍,因?yàn)閴χ禾幍牡匦?、地質(zhì)、水文等條件千差萬(wàn)別,不可能有完全一模一樣的擋土墻構(gòu)造。所以,我們要具體問(wèn)題具體分析,需要更多、更慎重的思考和比較,不能一概而論。

2 鋼筋混凝土變異擋墻的形式和一般構(gòu)造要求

在墻身高4 m～6 m范圍內(nèi),通常采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。一般的懸臂式擋墻是由墻身、墻趾板、墻鍾板三部分組成,其形式和一般構(gòu)造尺寸見(jiàn)圖1。當(dāng)然,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的具體尺寸應(yīng)通過(guò)驗(yàn)算后確定。墻身的面坡通常采用1∶0.02～1∶0.05,背坡則可直立。墻身頂部的最小寬度為15 cm。墻身、墻趾板和墻鍾板內(nèi)的鋼筋布置需要通過(guò)計(jì)算確定,并應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

其實(shí)上述構(gòu)造要求只是一個(gè)彈性框架,具體的需要我們自己把握。對(duì)一個(gè)具體的擋土墻工程來(lái)說(shuō),我們要充分考慮到墻址處的各種影響因素或者約束。為了滿(mǎn)足它的各種要求,我們可以在充分理解規(guī)范,確保安全的前提下對(duì)擋土墻的各部尺寸進(jìn)行靈活的調(diào)整,而不是死搬規(guī)范。下面我們將結(jié)合工程實(shí)例來(lái)共同探討一下變異擋墻的靈活應(yīng)用。

3 工程實(shí)例

某橋原設(shè)計(jì)上部構(gòu)造為2×13 m簡(jiǎn)支鋼筋混凝土空心板,下部構(gòu)造采用鋼筋混凝土薄壁輕型橋墩,3φ1.2 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ),3φ1.2 m樁基接蓋梁橋臺(tái)。施工時(shí)由于施工單位未能充分理解設(shè)計(jì)意圖,盲目開(kāi)挖河床以及其他原因,原設(shè)計(jì)緊挨地面線的橋臺(tái)蓋梁底面高出目前實(shí)際河床地面線達(dá)4 m之多。地面線變化前后橋梁的立面如圖2所示。

圖2中虛線所示地面線為原設(shè)計(jì)地面線,實(shí)線為變化后的地面線?？梢钥闯?在這種情況下如果繼續(xù)按照原設(shè)計(jì)圖紙施工,臺(tái)后填土將無(wú)法穩(wěn)定,橋臺(tái)樁基的受力狀態(tài)也會(huì)受到較大影響。從現(xiàn)場(chǎng)勘察的實(shí)際情況和施工進(jìn)度來(lái)看,當(dāng)時(shí)0號(hào)橋臺(tái)設(shè)計(jì)15 m長(zhǎng)的樁基只余下不到4 m的出土部分未澆筑,1號(hào)橋墩樁基已按設(shè)計(jì)全部澆筑完畢,2號(hào)橋臺(tái)的三根樁基按設(shè)計(jì)長(zhǎng)15 m也已經(jīng)澆筑完畢,樁頂?shù)降孛娴母卟罱? m。為了支擋兩岸橋臺(tái)樁頂至地面近4 m高差的臺(tái)后填土,承擔(dān)其產(chǎn)生的土壓力,必須結(jié)合原設(shè)計(jì)和實(shí)際的施工進(jìn)度情況重新考慮橋臺(tái)的構(gòu)造,進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。顧及原設(shè)計(jì)的橋臺(tái)樁基是直接與蓋梁連接,可以說(shuō)幾乎不考慮臺(tái)后土壓力,其強(qiáng)度、配筋很難滿(mǎn)足承受臺(tái)后土壓力的要求,故此臺(tái)前必須設(shè)置既不侵占河道,又能承擔(dān)臺(tái)后土壓力的構(gòu)造物,即擋土墻。此擋土墻需設(shè)置在橋臺(tái)蓋梁下,其臨水面需直立。墻后的臺(tái)背填土頂面要比擋墻頂面高出蓋梁加背墻的高度約1.6 m。為了保證有一定的埋置深度,墻身高約為4.5 m。如果采用圬工擋墻中的俯斜式擋墻,在填土高6 m多的情況下,其基底承載力要達(dá)到300 k Pa。但是根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,在目前地面線下1.5 m～5 m范圍內(nèi)均為碎石,其承載力容許值僅有260 k Pa,雖然碎石層下面的強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖承載力容許值可達(dá)400 kPa,但是圬工擋墻不可能埋深5 m以上,因?yàn)槠潴w積如此龐大,施工時(shí)勢(shì)必會(huì)影響橋臺(tái)樁基的穩(wěn)定性,且還未計(jì)及其造價(jià)的昂貴。因此采用圬工擋墻的方案是不可行的,這時(shí)我們想到了鋼筋混凝土擋墻。

考慮保持橋臺(tái)樁基接蓋梁構(gòu)造不變,在橋臺(tái)蓋梁下、樁基間設(shè)置鋼筋混凝土懸臂式擋墻,擋墻面坡(臨水面)需齊平樁基向河心的最外邊緣線。但是考慮臺(tái)后填土完全由擋土墻承擔(dān),故此擋土墻與樁基間應(yīng)斷開(kāi)。而基底持力層為碎石,其承載力容許值僅為260 k Pa,偏小。我們需根據(jù)這些約束條件來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

從計(jì)算可以看出,必須對(duì)初擬尺寸進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整,盡量將基底最不利應(yīng)力減小到260 k Pa以下。

根據(jù)分析,我們可以通過(guò)以下方式調(diào)整以使設(shè)計(jì)更趨合理:將墻身厚度由1.2 m減為0.6 m,墻身高由4 m改為 4.5 m,墻趾板和墻鍾板的厚度由1.5 m改為1.2 m,并將它們均加長(zhǎng)到2.8 m,在墻趾板和墻鍾板下各增設(shè)一條0.5 m寬、0.6 m高的抗滑齒(凸榫)。下面我們?cè)俑鶕?jù)調(diào)整后的尺寸,按照前述同樣的步驟進(jìn)行擋墻自身穩(wěn)定性和基底承載力的驗(yàn)算。

驗(yàn)算結(jié)果表明,我們的調(diào)整是成功而有效的,設(shè)計(jì)是可行的。如果下一步就按照既定尺寸對(duì)擋墻自身進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算,進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)、鋼筋布置等細(xì)部工作也是可以的,但是筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)可行并不代表它就沒(méi)有缺陷,就沒(méi)有進(jìn)一步優(yōu)化的可能性。

所以,我們要再審視一下原定的設(shè)計(jì),考察它是否絕對(duì)安全,是否有遺漏的不利因素,它的用材是否省,施工難度是否大等等。通過(guò)這樣的自我審查,確定擬定的尺寸合理后,就可以放心大膽地進(jìn)行擋墻自身的強(qiáng)度驗(yàn)算,計(jì)算擋墻各部構(gòu)造受力最不利的截面,進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)、鋼筋布置等細(xì)部設(shè)計(jì)等等。

在本例中,還有一個(gè)需要注意的問(wèn)題就是抗滑齒(凸榫)的設(shè)置,它應(yīng)該設(shè)在何處為最佳,又如何進(jìn)行計(jì)算,分析擋土墻在墻后填土壓力作用下變形的趨勢(shì)是整體滑移和繞墻趾板邊緣轉(zhuǎn)動(dòng),墻下最大應(yīng)力發(fā)生在墻趾板邊緣處,那么抗滑齒是否就設(shè)置在此處。根據(jù)前述帶齒混凝土底板與地基土之間抗滑試驗(yàn)分析齒墻與土體的相互作用,增設(shè)齒墻后改變了底板與地基土的接觸面及基底應(yīng)力分布,目前還沒(méi)有能精確表述出齒墻的受力狀態(tài)及應(yīng)力分布的理論和計(jì)算公式。為簡(jiǎn)化計(jì)算,在齒墻不太高(1 m以下)時(shí)可以偏安全地將其視作懸臂構(gòu)件,墻后土推力由墻身傳遞到基底后由齒墻對(duì)墻一側(cè)土的被動(dòng)土壓力平衡,則齒墻上也會(huì)受到同樣大小的反作用力。分析土體的應(yīng)力狀態(tài),在墻趾板下的土體應(yīng)力顯然要比外圍土體大,對(duì)有利于抗滑的土體被動(dòng)土壓力能起到增益作用,而且擋土墻基底應(yīng)力分布偏向于墻趾板下,故此抗滑齒應(yīng)該布置在墻趾板下,與墻趾邊緣和墻鍾板都應(yīng)有一定的距離,一般到墻趾邊緣的距離與墻趾板的長(zhǎng)度在一定的比例范圍內(nèi)(1/4～1/2)較為合理。

最終經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算和研究,此橋的變更設(shè)計(jì)在保持橋臺(tái)樁基接蓋梁構(gòu)造不變的情況下,在橋臺(tái)蓋梁下、樁基間設(shè)置鋼筋混凝土變異擋墻,其形狀呈倒“T”形。

4 變異擋墻應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題及處理方法

變異擋墻在工程實(shí)踐中是大有用武之地的,只是在具體應(yīng)用時(shí)還需注意以下問(wèn)題:1)采用薄壁變異式擋土墻時(shí),對(duì)墻后填土的計(jì)算宜按楔形計(jì)算。2)當(dāng)?shù)鼗鶓?yīng)力值偏大時(shí),也可采取拉錨鎖定的方式,減小水平推力。具體做法是:在墻體H/2高度處設(shè)拉錨筋與填土側(cè)的錨塊連接,錨塊尺寸為1.5 m×0.75 m×0.2 m,取上下兩個(gè)摩擦面,摩擦系數(shù)為0.2,錨塊上填土厚度為2.0 m,則每個(gè)錨塊可增加2.0 t的摩擦阻力,有效地改善了地基應(yīng)力值和抗滑的問(wèn)題。3)設(shè)計(jì)階段對(duì)施工階段的工程質(zhì)量提出具體要求:a.基礎(chǔ)開(kāi)挖后要及時(shí)填筑,以免因地基回彈產(chǎn)生負(fù)面影響。b.如果墻背側(cè)需設(shè)置反濾層及排水口,就要保證其體積及粒徑要求,防止土、料混合使用等。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土變異擋土墻鋼筋由于采用了受壓、彎、拉、剪性能同樣好的鋼筋混凝土材料,可以應(yīng)用在各種情況復(fù)雜、有特殊要求的場(chǎng)合,有比圬工擋墻更好的適應(yīng)性。實(shí)踐證明,鋼筋混凝土變異擋土墻具有抗傾、抗滑、平衡地基應(yīng)力值、降低工程造價(jià)的特點(diǎn),值得推廣應(yīng)用。

[1]洪毓康.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].第2版.北京:人民交通出版社,1993.

[2]武漢水利水電學(xué)院.水工建筑物[M].北京:水利電力出版社,1980.

[3]黃熙齡,秦寶玖.地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1981.

[4]凌治平.基礎(chǔ)工程[M].北京:人民交通出版社,1993.

[5]邵容光.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:人民交通出版社,1990.