高扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)及應(yīng)用探析

葉家榮

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各類基礎(chǔ)土建工程也在不斷增加。隨著工程建設(shè)的深入，基礎(chǔ)建設(shè)深入偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于我國地勢復(fù)雜，山區(qū)地帶多地形起伏比較大，在建設(shè)中尋找很多問題。高扶壁式擋土墻因?yàn)榭梢栽趶?fù)雜山區(qū)地勢使用而逐漸推廣。本文中，我們首先介紹了高扶壁式擋土墻的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要求，并對(duì)它的設(shè)計(jì)和其中存在的問題及應(yīng)用方向進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高扶壁式擋土墻；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

引言

近幾年來，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來越多，同時(shí)也向偏遠(yuǎn)地區(qū)和山區(qū)延伸，因此要在地形起伏較大的山地上進(jìn)行建設(shè)和施工的工程項(xiàng)目越來越多。施工人員很多時(shí)候需要在地形不平坦的場地進(jìn)行大量的工程項(xiàng)目建設(shè)，為滿足這些地區(qū)的建筑條件，同時(shí)盡量減少資源的浪費(fèi)和資金的浪費(fèi)、增加可利用土地的面積，設(shè)計(jì)人員經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和理論探究，認(rèn)為使用扶壁式土墻是一個(gè)可行的方案。多數(shù)情況下，這些邊坡區(qū)域建筑難度大、可利用的各項(xiàng)資源十分有限，而且坡頂往往要建設(shè)或其他廠區(qū)的必要設(shè)施，這時(shí)如果采取自然放坡的方式會(huì)增加邊坡的占地面積，從而減少了廠區(qū)的有效可利用土地資源，為增加土地使用率，就需要對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)。邊坡支護(hù)的最終目的是減小邊坡所占地面積和增加生產(chǎn)廠區(qū)可利用的土地資源，而扶壁式擋土墻就是應(yīng)運(yùn)而生的一種建筑形式。

一、高扶壁式擋土墻的特點(diǎn)

扶壁式擋土墻是一種鋼筋混凝土薄壁式擋土墻，兼具穩(wěn)定、實(shí)用、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，受到設(shè)計(jì)施工人員青睞，近年來它的設(shè)計(jì)和使用逐漸增多。扶壁式擋土墻具有眾多優(yōu)點(diǎn)，適用于很多場合，同時(shí)便于施工，國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范中明確規(guī)定，在綜合考慮各項(xiàng)因素后，一定高度的填方邊坡建議采用扶壁式擋土墻。下面對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行簡單介紹：

（1）扶壁式擋土墻可以充分發(fā)揮材料力學(xué)性能，提高擋土高度。擋土墻材料為鋼筋和混凝土，能夠充分利用鋼筋的抗拉性能和混凝土的抗壓性能，綜合材料的性能優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮其作用，從而大大提高了扶壁式擋土墻的擋土高度。

（2）對(duì)地基承載力的適應(yīng)性強(qiáng)。高扶壁式擋土墻的底板寬度可以根據(jù)地基承載力的大小適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)整，通過調(diào)整底板寬度既能夠調(diào)整擋土墻底板基底壓應(yīng)力的分布又能夠減小基底平均壓應(yīng)力和基底最大壓應(yīng)力值。從而使扶壁式擋土墻能適應(yīng)較低地基承載力的地質(zhì)條件。

（3）保護(hù)環(huán)境，節(jié)省大量的石材，適用于缺少石材的地區(qū)。扶壁式擋土墻是靠墻后填土來維持其自身穩(wěn)定性的，與重力式毛石擋土墻相比，能節(jié)省大量的石料，減少山體的開采，能夠取得較好的環(huán)境效益。的施工主要為鋼筋混凝土的施工，包括鋼筋綁扎、模板架設(shè)和混凝土的澆筑工作。鋼筋混凝土施工工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，且施工質(zhì)量容易控制，施工速度快。比其它形式的擋土墻施工簡單，速度較快捷，受其它因素影響較少。所以很大程度上縮短了建設(shè)工程工期。

二、扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)

扶壁式擋土墻目前在我國已經(jīng)廣泛使用，由于其結(jié)構(gòu)簡單、施工方便受到設(shè)計(jì)施工人員的歡迎。傳統(tǒng)擋土墻設(shè)計(jì)采用定值計(jì)算法，即用安全系數(shù)表示安全程度。但定值設(shè)計(jì)法存在無法考慮各設(shè)計(jì)變量的隨機(jī)性、對(duì)安全系數(shù)大小的取值本身不當(dāng)?shù)膯栴}，加之安全系數(shù)需要根據(jù)工程事故率的高低來不斷調(diào)整，使得資源的浪費(fèi)難以避免，甚至有在工程中某些擋土墻設(shè)計(jì)的安全系數(shù)足夠、而投入使用后卻很快發(fā)生了破壞的情況，這種潛在的隱患是以巨大經(jīng)濟(jì)、生命損失為代價(jià)的，顯示出定值計(jì)算法的局限性。

由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的種種問題，很多研究人員提出了其他改進(jìn)算法。支擋結(jié)構(gòu)可靠度理論就是其中之一，它統(tǒng)一了結(jié)構(gòu)可靠度的度量指標(biāo)，合理地考慮了擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的隨機(jī)性，對(duì)定值計(jì)算法的問題進(jìn)行了改進(jìn)，成為擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論發(fā)展的一個(gè)重要方向。

扶壁式擋土墻又叫做有助角式擋土墻，具體設(shè)計(jì)完成時(shí)是以垂直墻身、底板為兩直角邊、扶壁為斜邊的一個(gè)直角三角形如下圖所示：

擋土墻實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中通常分為重力式、半重力式、非重力懸臂式和錨固式四類。由上圖可見，底板和垂直墻身都被扶壁分隔成一個(gè)連續(xù)板道，墻身對(duì)底板有一定的嵌固作用。底板的前趾部分可當(dāng)作向上彎曲的懸臂板計(jì)算，后踵板承受地面荷載，計(jì)算方法和垂直墻身相同。實(shí)際工程中，由于后踵板較長，受荷較大，當(dāng)肋板間距過大時(shí)，可在后踵板外邊緣加設(shè)一道地基梁，將后踵板調(diào)整為四邊固定板，使得擋土墻各部分截面尺寸適中，受力合理[1]。

結(jié)合圖一中側(cè)視圖的結(jié)構(gòu)，通過參考相關(guān)計(jì)算手冊，確定各個(gè)參數(shù)。這里涉及到T形懸臂梁計(jì)算的內(nèi)容，根據(jù)界面數(shù)值和有關(guān)材料的重量計(jì)算剪力彎矩等相關(guān)參數(shù)，并經(jīng)過各種穩(wěn)定性的計(jì)算確保符合要求，如果有不符合要求的根據(jù)實(shí)際情況加以修改，例如抗滑動(dòng)性能不滿足使用性能需要，就需要加設(shè)防滑鍵。幾個(gè)主要的穩(wěn)定性性能計(jì)算公式如下：

三 高扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討

經(jīng)過長期的實(shí)踐與理論計(jì)算，研究人員總結(jié)出高扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算的幾點(diǎn)原則：趾板可簡化為懸臂梁，懸臂梁端部為墻面板和踵板的交界處；踵板可簡化成計(jì)算模型：三邊固端、一邊為自由端的連續(xù)板，連續(xù)板的固端為擋土墻的扶壁，踵板和墻面板的鏈接方式為鉸接；對(duì)扶壁進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以將扶壁簡化為懸臂梁，該懸臂梁為豎向且截面為 T 型；墻面板的簡化模型為：墻面板簡化為三邊固定，一邊自由的連續(xù)板。

通過實(shí)際項(xiàng)目和理論研究表明，高扶壁式擋土墻在理論和實(shí)踐中是可行的。采用朗肯或庫侖土壓力計(jì)算理論和國家現(xiàn)行的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論，在工程實(shí)踐中采用高扶壁式擋土墻能解決施工場地受限、施工工藝繁瑣和工期緊等問題。

高扶壁式擋土墻在扶壁的存在致使扶壁與扶壁間的回填土之間存在摩擦力，使得回填土體內(nèi)形成 “土拱效應(yīng)”?！巴凉靶?yīng)”使作用在擋土墻墻面板上的主動(dòng)土壓力減小，從而墻面板的配筋量減小，且隨著扶壁間距的減小，配筋量減小的越多。

高扶壁式擋土墻墻面板傾角的存在使得作用在擋土墻上的土壓力減小，且作用在擋土墻上的主動(dòng)土壓力隨著墻面板傾角的增大而減小；底板逆坡有利于擋土墻的穩(wěn)定性的提高，擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)和抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)隨著底板逆坡角度的增大而增加，但逆坡角度不能無限增大，因?yàn)槠涫艿鼗量辜魪?qiáng)度的限制；趾板寬度設(shè)計(jì)不同對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性有較大的影響；而踵板寬度對(duì)抗滑移穩(wěn)定性有較大的影響。具體來說，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)隨著趾板寬度的增加而增大，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)隨著趾板寬度的增加而增大；抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)隨著趾板板寬度的增加而增大，抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)隨著踵板寬度的增加而增大；而基底壓應(yīng)力隨著擋土墻底板寬度的增加而減小。

高扶壁式擋土墻的設(shè)計(jì)一般隨著實(shí)際工程中出現(xiàn)的問題，研究人員通過不斷改進(jìn)提出新的方法、適應(yīng)新的情況而改進(jìn)的，也使得高扶壁式擋土墻的使用范圍越來越廣泛。

結(jié)束語

本文對(duì)高扶壁式擋土墻的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，對(duì)其設(shè)計(jì)方法及其中存在的問題進(jìn)行了分析，對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了探討。扶壁式擋土墻是一種可以在復(fù)雜地理地勢環(huán)境中使用的、可以有效提高土地利用率、增加土地利用面積的施工方式，此外，由于它能有效地減少土石方數(shù)量，節(jié)約用地，穩(wěn)定邊坡，收回路堤坡腳的作用，且具有構(gòu)造簡單、施工簡便、墻身斷面較小、自重小、受力性能好、基底應(yīng)力相對(duì)小、經(jīng)濟(jì)適用等優(yōu)點(diǎn)，受到施工設(shè)計(jì)人員的青睞。經(jīng)過近幾年的發(fā)展和完善，其適用范圍越來越廣，目前已被廣泛地應(yīng)用于較高的路段填方等復(fù)雜山區(qū)地段施工中，如在路堤支擋加固工程中的使用等。

參考文獻(xiàn)：

[1]張揚(yáng)：擋土墻設(shè)計(jì)之探討[J]，山西建筑，2004（11）；

[2]焦峰：扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)[J]，蘭州理工大學(xué)（蘭州），2004；

[3]李劍蘭：扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)[J]，廣東科技，2008（S1）；

[4]宣衛(wèi)紅：扶壁式擋土墻的計(jì)算原理與設(shè)計(jì)實(shí)例[J]，江蘇建筑，1997（2）；

[5]任庚：高扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[D]，中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2013。