16.7 m高扶壁式擋土墻在建筑工程中的應(yīng)用

王 莉 玲

(山西大同煤礦設(shè)計(jì)研究有限公司，山西 大同 037003)

規(guī)模較大的高扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)通常選用的是鋼筋混凝土材料，其整體由墻面板、墻踵、墻趾和扶壁三部分構(gòu)成，通常其墻面板較薄，屬于薄壁類型的擋墻，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。由于高擋墻的墻身高度，在平面外容易出現(xiàn)失穩(wěn)、傾覆等問題，因此對(duì)懸臂墻面板沿著平面方向，在底板每間隔固定距離設(shè)置(通常選取1/2～1/3擋墻高)扶壁，保證結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和承載能力。扶壁可以有效提升擋墻面板的剛度與整體性，提高擋墻各部分構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)受力特性，降低了墻面板對(duì)側(cè)向位移。通常該形式的擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)合結(jié)構(gòu)所在項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行的，不同地質(zhì)勘查條件、水文條件等對(duì)高扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響很大。

1 工程概況

該工程項(xiàng)目位于同煤集團(tuán)晉華宮礦，因?yàn)橄疵簭S殘生的煤渣和煤灰較多，用防浮抑塵網(wǎng)很難達(dá)到預(yù)期的防塵目的，因此，建設(shè)提出使用擋墻的方式來實(shí)現(xiàn)。因此該項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)方案確定選用扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)來完成擋煤，初步要求擋煤墻設(shè)計(jì)高度不低于16.7 m,當(dāng)?shù)貎錾顬?.8 m，擋土墻采用C30混凝土,直徑不大于10 mm的鋼筋采用HPB300級(jí)鋼筋，直徑大于10 mm鋼筋采用HRB400級(jí)鋼筋。

2 扶壁式擋墻理正巖土軟件計(jì)算

2.1 模型建立

2.1.1建模依據(jù)

1)地勘信息。

該項(xiàng)目根據(jù)甲方所提供的地質(zhì)勘查資料地質(zhì)情況自上而下顯示如下：

第①層為雜填土，平均厚度為0.7 m～1.3 m之間。

第②層為濕陷性粉土，平均厚度為1.8 m～3 m之間。

第③層為粉質(zhì)黏土，平均厚度為1.5 m～6.2 m之間。

根據(jù)地勘建議，擋墻埋深建議為2.5 m左右，承載力特征值為230 kPa，其場(chǎng)地類別為Ⅱ類，抗震烈度為8度，加速度大小為0.2g。

2)承載力及穩(wěn)定性計(jì)算。

該項(xiàng)目的扶壁式擋墻整體的地基驗(yàn)算計(jì)算主要包含兩個(gè)方面：一是驗(yàn)算擋墻基礎(chǔ)部分的地基承載力是否能夠達(dá)到承載力的要求；二是計(jì)算基底合力偏心距大小，避免出現(xiàn)不均勻沉降的問題。

擋墻的底部壓應(yīng)力均值和最大值計(jì)算如下：

當(dāng)e≤b/4或e≤b/6時(shí)：

承載力均值公式:f=(Gk+Paz)/b×L≤fa。

當(dāng)b/6≤e≤b/4時(shí):

fmax=2(Gk+Paz)/3a×L≤1.2fa。

3)扶壁式擋墻參數(shù)。

關(guān)于扶壁式擋墻的參數(shù)及其對(duì)地基承載力和穩(wěn)定性的影響如表1所示。

表1 扶壁式擋墻各項(xiàng)參數(shù)及其對(duì)整體的影響

通過表1參數(shù)能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)鼗某休d力達(dá)不到工程需求時(shí)，可選取增大墻趾板或墻踵板的寬度來降低基地壓應(yīng)力的最大值或均值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合理化擋墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的目的。此外，還可以選取地基處理或樁基礎(chǔ)等形式來實(shí)現(xiàn)地基承載力的提高。對(duì)于實(shí)體項(xiàng)目，必須根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施。

此外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)整體的抗滑、抗傾覆等，在設(shè)計(jì)和計(jì)算中要注意控制，以達(dá)到整體承載力和穩(wěn)定性控制的目的，同時(shí)也保證了設(shè)計(jì)結(jié)果的經(jīng)濟(jì)性。

2.1.2項(xiàng)目模型建立

該工程中懸臂式擋墻建模采用理正巖土6.0計(jì)算，其主要參數(shù)設(shè)置如下：

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，其墻后的填土內(nèi)摩擦角大小為35°；填土的粘聚力大小為20 kPa；容重大小為19 kN/m3；地基承載力修正后為230 kPa；擋墻底部的摩擦參數(shù)為0.5；計(jì)算理論采用庫(kù)侖土壓力計(jì)算理論。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定扶壁式擋墻兩扶壁間的距離宜取擋墻高度的1/2～1/3,扶壁的厚度宜取扶壁間距的1/8～1/6。另外還規(guī)定擋土墻迎土面的裂縫不應(yīng)大于0.2 mm,背土面的裂縫不應(yīng)大于0.3 mm。結(jié)構(gòu)模型建立結(jié)果如圖2所示。

擋墻尺寸如表2所示，擋墻模型建立符合規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)條件要求。

表2 扶壁式擋墻尺寸參數(shù)大小 m

2.2 計(jì)算分析

根據(jù)軟件自動(dòng)工況組合，結(jié)構(gòu)整體的最不利工況組合下的各項(xiàng)參數(shù)驗(yàn)算結(jié)果如下：

1)地基承載力驗(yàn)算。

根據(jù)作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算在最不利組合的條件下，符合公式計(jì)算的要求，即：作用在擋墻基底部分的合力偏心距驗(yàn)算公式如下：

e=0.252≤0.250×6.750=1.688 m，滿足要求。

對(duì)于墻趾部分的地基承載力計(jì)算結(jié)果顯示，基底壓應(yīng)力=193.608 kPa<230 kPa,滿足要求。

對(duì)于墻踵部分的地基基礎(chǔ)承載力計(jì)算結(jié)果顯示，主壓應(yīng)力=122.763 kPa<230 kPa，符合規(guī)范對(duì)地基承載力的要求。

基底平均承載力大小驗(yàn)算，結(jié)果顯示基底壓應(yīng)力=158.185 kPa<230 kPa，符合規(guī)范對(duì)地基承載力的要求。

2)結(jié)構(gòu)滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。

根據(jù)基本參數(shù)，該結(jié)構(gòu)的基底摩擦系數(shù)為0.5；其滑移力大小為2 359.2 kN，其抗滑力計(jì)算結(jié)果為4 010.6 kN，則其抗滑移驗(yàn)算結(jié)果Kc=1.7>1.300，符合規(guī)范要求。

3)傾覆驗(yàn)算。

對(duì)于擋墻的抗傾覆驗(yàn)算，軟件計(jì)算結(jié)果顯示，擋墻底部的傾覆力矩為3 334.667 kN·m，抗傾覆力矩為14 339 kN·m，符合傾覆驗(yàn)算滿足條件K0=4.3>1.600的要求。

對(duì)于擋墻的趾板的底部，各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)如下：

墻趾板的截面高度大小為0.5 m，墻趾板在截面剪力最不利工況下，截面的剪力大小為1 223.17 kN，其截面的抗剪承載力驗(yàn)算結(jié)果符合要求，無需配置抗剪腹筋。截面抗彎承載力符合要求，配筋為構(gòu)造配筋，配筋面積As=1 000 mm2，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗裂計(jì)算裂縫為0.05,符合規(guī)范要求。

4)擋墻的墻踵板強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算。

該擋墻踵板高度為0.5 m，其在最不利荷載組合下的剪力符合要求；踵板跨中部分的配筋大小為1 000 mm2；其裂縫驗(yàn)算大小為w=0.041，符合要求；該擋墻的踵板和墻面板交叉的支座部分，其配筋面積為構(gòu)造配筋，即As=1 000 mm2；裂縫計(jì)算寬度大小為0.068 mm。

5)擋墻墻面板強(qiáng)度計(jì)算。

該擋墻面板的截面厚度大小為0.5 m，其水平和豎向的強(qiáng)度驗(yàn)算如下：

礦中計(jì)算配筋為500 mm2，其在最不利荷載作用下的裂縫為0.1 mm，符合規(guī)范要求。

6)扶壁截面強(qiáng)度驗(yàn)算。

擋墻的扶壁間距為4.0 m，其肋板的截面寬度為0.4 m，平均高度為1.5 m，扶壁在最不利組合作用下的抗剪承載力符合要求，無需設(shè)置抗剪附筋。扶壁的配筋面積為1 248 mm2，裂縫寬度不大于0.2 mm，滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

距離墻頂8.75 m的位置的扶壁，其抗彎、抗剪承載力均符合要求，計(jì)算配筋面積為2 288 mm2，裂縫寬度不大于0.2 mm，滿足要求。

距離墻頂為13.125 m處的扶壁，其截面抗彎抗剪符合要求，其配筋面積大小為3 328 mm2，裂縫寬度不大于0.2 mm，滿足要求。

距離墻頂17.500 m部分的墻體截面抗彎和抗剪承載力均符合要求，其截面配筋面積大小為4 368 mm2，在最不利荷載組合下的裂縫寬度不大于0.3 mm，符合要求。

2.3 擋土墻后填土料選擇和防水

關(guān)于擋土墻的做法如下：

1)為了實(shí)現(xiàn)排水的目的，該擋墻泄水孔選用的做法參考圖集04J008中第18頁(yè)，泄水孔按照間距2 m梅花狀布置，最底部設(shè)置一排泄水孔，其高度高于200 mm。此外，為了做好防水處理，該擋墻基礎(chǔ)表面涂抹瀝青油兩遍。

2)擋土墻墻背回填填料根據(jù)附近土源，盡量選用抗剪強(qiáng)度高和滲透性強(qiáng)的礫土和砂土，當(dāng)選用黏土?xí)r，應(yīng)摻入適量的砂礫或碎石；不得選用膨脹土、淤質(zhì)土、耕填土等作為填料，基地部分墻后填料應(yīng)采用夯實(shí)黏土。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)的75%以上時(shí)方可進(jìn)行回填。

3 結(jié)語

在該工程中對(duì)扶壁式擋墻采用了理正計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算和人工復(fù)核的方法，人工復(fù)核參照《公路與城市道路設(shè)計(jì)手冊(cè)》復(fù)核結(jié)果與理正軟件計(jì)算的結(jié)果出入不大，計(jì)算出擋墻抗滑移系數(shù)Kc=1.56>1.3,抗傾覆安全系數(shù)K0=3.95>1.6,擋土墻地基平均承載力壓應(yīng)力為168.5 Pa<230 Pa,擋土墻其他各個(gè)部位的配筋面積與理正軟件計(jì)算面積相差不超過4%，基本符合，確保了擋墻的安全性。該工程于2015年竣工并投入使用，使用效果良好，受到了建設(shè)方和施工方的好評(píng)。

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