淺談?chuàng)跬翂υO計

［摘要］文章結(jié)合筆者的設計實踐經(jīng)驗，論述擋土墻結(jié)構(gòu)設計的前期準備工作、擋土墻結(jié)構(gòu)設計方案、擋土墻結(jié)構(gòu)計算的一些要點以及擋土墻排水設計重要性等。

［關鍵詞］擋土墻；扶壁式鋼筋混凝土擋土墻；鋼筋混凝土錨桿式擋土墻；排水設計

［作者簡介］陸文斌，廣西百源供電設計有限責任公司工程師，廣西南寧，530001

［中圖分類號］ U417.1+1 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）03-0099-0003

近年來，隨著城市的發(fā)展，新建城區(qū)的擴大，在設計施工中擋土墻的應用越來越大。擋土墻是指防止土體坍塌或截斷土坡延伸，支承填土和物料并保證其穩(wěn)定的構(gòu)筑物，廣泛用于各類工程，如水利、水電、公路、鐵路、橋梁、房屋、礦山、碼頭、船塢等。作為土建設計人員，應充分重視擋土墻設計，做好前期準備工作，同時要慎重方案設計，精心計算，依據(jù)計算結(jié)果及現(xiàn)場的實際情況合理選擇斷面尺寸，既要確保工程安全，又不造成投資浪費。

一、擋土墻設計的前期準備工作

在進行擋土墻設計前，必須充分做好準備工作，才能把擋土墻設計做好。設計前需獲得工程地點的平面地形圖及相關的地形剖面圖，同時去現(xiàn)場實地踏勘或測量，必要時對現(xiàn)場進行專門的地質(zhì)勘察工作，獲得工程地質(zhì)勘察部門提交的工程地質(zhì)勘察報告。設計人員應根據(jù)工程特點及擋土墻設計需要，對勘察工作提出具體要求。如勘察范圍應根據(jù)開挖深度及場地的巖土工程條件確定，并宜在開挖邊界外按開挖深度的1～2倍范圍內(nèi)布置勘測點，對于軟土，勘察范圍宜擴大；勘察的深度應根據(jù)擋土墻結(jié)構(gòu)設計的要求確定，不宜小于1倍開挖深度，軟土地區(qū)應穿越軟土層；勘探點間距應視地層條件確定，可在15～30m內(nèi)選擇，地層變化較大時，應增加勘探點，查明其分布規(guī)律。對于規(guī)模較小的工程和重要性較低的工程，如果沒有專門的地質(zhì)勘察資料，一般可按照當?shù)鼗驁龅馗浇南嚓P地質(zhì)資料作為參考設計。筆者做過的110KV古潭變電站的三通一平土建設計中，擬建變電站地處山坡地，坡度高差約有5m；同時按電力行業(yè)做法站內(nèi)設計標高需比站外自然地面至少要高出0.5m，場地平整需部分開挖，部分回填，因此變電站四周圍墻均需設置擋土墻。擬建變電站是在既有35KV古潭變電站站址附近上新建的。既有35KV古潭變電站占地約5000m2，擬建110KV古潭變電站占地約11000m2，用地面積是既有變電站的2倍，而且兩個變電站是相鄰的，僅一墻之隔，在做土建設計時雖然可以參考原有35KV古潭變電站的地質(zhì)資料，但是同時需進行專門的地質(zhì)勘察工作，并且針對擋土墻設計對勘察工作提出詳細的要求。如果因為擋土墻工程所占整個變電站工程的投資比例較小，不夠重視而不進行專門的鉆孔勘測是不對的。實際提供的詳細勘察報告表明，在東北角一處的擋土墻的持力層下臥有淤泥軟土層。因此，在做擋土墻設計時由于考慮了淤泥層，做了提前預加固處理，避免了在未知有淤泥層存在的情況下不做處理而引起擋土墻墻體下沉開裂等工程地質(zhì)災害的出現(xiàn)。

二、擋土墻結(jié)構(gòu)設計方案的確定

對于一個擋土墻的結(jié)構(gòu)設計，應當根據(jù)現(xiàn)場的自然地形、地質(zhì)及當?shù)氐慕?jīng)驗及技術條件，綜合考慮選定一個最優(yōu)的設計方案。這個方案應是符合國家的經(jīng)濟技術方針、政策、規(guī)范及條例，技術先進，安全可靠，造價經(jīng)濟，施工方便的擋土墻結(jié)構(gòu)。在設計中，由于擋土墻的設置受到墻高、外力、地形、擋土墻后回填土類別、地基持力土層類別、水文條件、建筑材料、擋土墻的用途等影響，應根據(jù)工程實際需要，按照具體情況確定合適的擋土墻方案，對幾個方案進行比較，進而調(diào)整優(yōu)化方案。方案比較一般包含兩個方面：一是擋土墻和其他結(jié)構(gòu)（如護坡、抗滑樁等）的比較；二是擋土墻本身結(jié)構(gòu)形式的比較。筆者做過的欽州工務段廠區(qū)擋土墻結(jié)構(gòu)方案設計中，現(xiàn)場的廠區(qū)外自然地面與廠區(qū)內(nèi)地面設計標高，兩者最大的高差達到6m多，而作為擋土墻持力層的粘性土層在自然地面以下約2～3m處，估算擋土墻高度約為8～10m高。最初考慮的擋土墻形式為扶壁式鋼筋混凝土擋土墻，擋土墻縱向長度約110m，擋土墻體厚度比較厚，混凝土用量較大，經(jīng)過預算人員的計算，擋土墻工程造價高，經(jīng)濟上不大合理。第二個方案考慮鋼筋混凝土錨桿式擋土墻，雖然面板用的混凝土量減少了，但經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算，在粘性土層中的錨桿單桿允許拉力為330KN，允許拉應力比較低，根據(jù)擋土墻的受力情況，需要布置較多的錨桿才能滿足要求，同樣也使擋土墻工程造價比較高，而且現(xiàn)場施工難度比較大，施工周期長，該方案也不大合理。后來經(jīng)與建筑設計人員商量，改變廠區(qū)地面排水走向，廠區(qū)地面做成一定比例的坡度，開挖一部分土，適當降低廠區(qū)內(nèi)地面與廠區(qū)外自然地面的高差，使最大高差部分降至為5m，確定擋土墻形式為水泥砂漿砌毛石擋土墻。雖然廠區(qū)內(nèi)的場地地面平整增加了一些土方開挖的量，但由于擋土墻的高度降低了些，改為水泥砂漿砌毛石擋土墻后，整個擋土墻的工程造價降低了很多，使工程更加經(jīng)濟合理。因此，合理確定擋土墻的結(jié)構(gòu)方案，包括擋土墻的斷面形式和使用材料很重要。擋土墻的結(jié)構(gòu)設計方案選擇得好，不但可以使擋土墻發(fā)揮有效的作用，確保工程安全，而且能夠節(jié)約工程投資。

三、擋土墻結(jié)構(gòu)計算的一些要點

在擋土墻的結(jié)構(gòu)計算中，需考慮擋墻位移問題。建筑物容許位移情況，根據(jù)位移情況確定是選用主動土壓力還是靜止土壓力來計算設計擋土墻。在大部分的擋土墻工程中都是按主動土壓力來計算，同時不考慮被動土壓力，這樣做工程比較偏安全。也有用靜止土壓力來計算的情況，比如由于結(jié)構(gòu)上部約束使擋土墻不能發(fā)生移動或轉(zhuǎn)動（如樓房地下室側(cè)墻、地鐵側(cè)墻、地下廊道側(cè)墻、巖基上擋土墻供作等）?；蛘弋?shù)鼗鶙l件較差（如軟弱地基），擋土墻容易發(fā)生移動的情況，可用靜止土壓力來計算，以獲得較大的擋土墻斷面。在計算主動土壓力系數(shù)：

對于上面計算式中墻后填土的內(nèi)摩擦角?漬以及墻被與填土間的摩擦角δ，它們的取值對計算結(jié)構(gòu)有較大的影響，應予以相當?shù)闹匾暎≈悼梢酝ㄟ^試驗確定。如果是通過查閱相關資料及數(shù)據(jù)表格來確定，應嚴格按照場地土的實際情況來取值，如果選取的墻后填土的內(nèi)摩擦角?漬及墻被與填土間的摩擦角δ值與實際值有一定相差，會造成主動土壓力系數(shù)Ka計算的不準確，甚至會使整個計算結(jié)果與實際完全不相同，造成不安全的擋土墻結(jié)構(gòu)設計產(chǎn)生。在計算擋土墻抗滑動穩(wěn)定計算式：(Gn+Ean)μ/Eat-Gt≥1.3，對于基底摩擦系數(shù)μ的取值，也對計算結(jié)果有較大的影響。計算中確定μ值時必須結(jié)合地基土的具體情況，一般可通過試驗確定。這些土的主要物理力學性質(zhì)參數(shù)可以從工程地質(zhì)詳細勘察報告中獲得，如報告中未提供，設計人員可要求勘察單位提供?？够品€(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定是確定擋土墻是否成功的主要指標，尤其是重力式擋土墻，只要抗滑移穩(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，則說明墻體斷面尺寸是符合要求的。

四、擋土墻排水設計的重要性

排水設置的好壞直接涉及擋土墻的安全與使用，尤其是在南方雨水充足的地方，下大雨或暴雨時雨水會迅速從地面直接滲入，對墻被產(chǎn)生較大壓力。如果擋土墻的排水不良，會對擋土墻基礎和建筑物的穩(wěn)定造成很大影響，嚴重時可對地基造成破壞，從而導致?lián)跬翂κХ€(wěn)，帶來較大的社會影響和經(jīng)濟損失。因此，設計時必須認真對待擋土墻的排水設計，除了按照規(guī)范在墻體設置一定數(shù)量的泄水孔外，還可以增加一些措施來加強擋土墻排水。比如為使地面水不浸入地基，適當增加水泥硬化地面的面積，在擋土墻前距墻約1m以外設置混凝土散水或排水明溝；當擋土墻后處于滲水量大或有集中水流時，可設置盲溝或引流；必要時在浸水擋土墻的墻身前后兩面做防水層，使水流盡量從泄水孔排出等措施。在110KV蒙村變電站的擋土墻設計中，變電站地處山坡上，占地12000m2，變電站四周圍墻因為地形條件均需設置擋土墻。擋土墻墻身按規(guī)范要求設置了足夠數(shù)量的泄水孔，孔的進口均按規(guī)范要求設置級配碎石反濾層以及粘土隔水層；同時在變電站靠近擋土墻處，即站區(qū)周邊均設置了散水引流及排水明溝，加強了整個站區(qū)排水系統(tǒng)的性能。變電站建成后在當年夏天的幾次特大暴雨時，由于雨水及時的排出，未對變電站里設備及擋土墻造成不良事故。

五、結(jié)語

擋土墻是一種應用廣泛的結(jié)構(gòu)形式，擋土墻在各類建設工程中的設置主要起著安全防護作用，同時還有節(jié)約工程投資、減少建筑用地的作用。在很多情況下，沒有擋土墻的安全就沒有建筑工程的安全，因此做好擋土墻設計很重要。

［參考文獻］

［1］GB50007-2002建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.

［2］GB50330-2002建筑邊坡工程技術規(guī)范［S］.

［3］朱炳寅,婁宇,楊琦.建筑地基基礎設計方法及實例分析［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

［4］金問魯.地基基礎實用設計手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1995.