某場(chǎng)地?fù)跬翂Φ倪x型及帶凸榫的扶壁式擋土墻計(jì)算分析

王 灝

(甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730046）

擋土墻是一種支擋土體以防變形的構(gòu)造物[1]，西北地區(qū)地勢(shì)變化較大，為了改造建筑場(chǎng)地的坡度或道路與場(chǎng)地的高差，常采用高擋土墻來解決，高擋土墻[2]的應(yīng)用目前也很廣泛[3-5]。文章以Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）自重失陷性黃土場(chǎng)地空間受限的情況下為例進(jìn)行了擋土墻選型，并為了滿足抗傾覆和抗滑移，對(duì)傳統(tǒng)的扶壁式高擋墻（不帶凸榫）進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用底板帶凸榫的擋土墻的實(shí)體模型驗(yàn)算了擋土墻的抗傾覆和抗滑移[6]，均能滿足要求，說明了凸榫在扶壁式高擋墻設(shè)計(jì)中的重要性。

1 背景資料及擋土墻選型

1.1 背景資料

某場(chǎng)地西北側(cè)較低，南側(cè)較高，高差最大約11m，一期規(guī)劃為3 棟31 層和2 棟16 層的住宅，場(chǎng)地東北側(cè)為現(xiàn)狀繞城道路，現(xiàn)狀路塹邊坡采用噴錨支護(hù)，場(chǎng)地西北側(cè)規(guī)劃一條圍繞場(chǎng)地挖側(cè)的市政道路，路幅寬12m，主要為該片區(qū)交通服務(wù)，該道路連接繞城道路，小區(qū)車輛主要通過該路進(jìn)入車庫，規(guī)劃道路與場(chǎng)地高差最大約11m。地下車庫邊緣到小區(qū)內(nèi)消防道路外邊緣距離為12m，小區(qū)內(nèi)消防道路寬6m。

根據(jù)地勘報(bào)告該場(chǎng)地為Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）自重失陷性黃土場(chǎng)地，自重濕陷性土層下限深度在12.0～20.5m。一層為黃土狀粉質(zhì)黏土，累計(jì)層厚21.2～32.7m。承載力特征值為100kPa。

1.2 擋土墻選型

根據(jù)以上現(xiàn)狀及場(chǎng)地規(guī)劃，需在規(guī)劃支路與小區(qū)消防通之間設(shè)置擋土構(gòu)件來解決11m 高差問題。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》及《擋土墻》[7,8]，由于重力式及衡重式擋墻對(duì)基底承載力要求比較高，該場(chǎng)地地基承載力較低，且高差較大，所以不宜采用；錨桿擋土墻和錨定板擋土墻高度一般不超過8m，經(jīng)過初步計(jì)算，該范圍不滿足錨桿的設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度；樁板式擋土墻占用的空間較大，樁截面尺寸約為2.0m×0.8m，在有限的范圍內(nèi)不宜采用；扶壁式擋土墻對(duì)承載力的要求較低，且能在有限空間內(nèi)解決高差問題。

結(jié)合現(xiàn)狀條件，現(xiàn)對(duì)幾種常用的擋土墻從三個(gè)方面對(duì)比見表1：

表1 擋土墻類型對(duì)比

經(jīng)過以上分析及對(duì)比，選擇扶壁式擋土墻，整體布局如圖1 所示。

圖1 整體布局圖（單位：m）

2 擋墻尺寸和物理參數(shù)

2.1 擋墻尺寸

選取10m 長(zhǎng)的扶壁式高擋土墻進(jìn)行穩(wěn)定性分析，傳統(tǒng)的擋墻底板不帶有凸榫，在前期設(shè)計(jì)中，對(duì)相同尺寸的傳統(tǒng)擋土墻進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，結(jié)果不滿足要求。以帶凸榫的扶壁式高擋土墻為實(shí)體模型，采用“理正巖土6.5”庫侖方法來進(jìn)行計(jì)算[9]，計(jì)算采用凸榫截面尺寸為2.0m×0.8m。其余尺寸見下如圖2所示：

圖2 扶壁式擋土墻實(shí)體圖（單位：m）

2.2 物理參數(shù)

墻體材料重度25kN/m3，墻后填土摩擦角取為35°，粘聚為0kPa，墻后填料重度18.5kN/m3，墻背與土內(nèi)摩擦角為37.5°。

地基處理后，鋪設(shè)1m 厚水泥（5%）穩(wěn)定碎石，壓實(shí)度不小于92%。修正后承載力特征值取340kPa，基底摩擦系數(shù)取0.35。

無荷載時(shí)：破裂角30.19°

城-A 級(jí)：換算土柱高度h0=0.365m，第一破裂角為27.520°，由于俯斜式墻背，計(jì)算后不存在第二破裂面。

3 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

作用于基礎(chǔ)底的總豎向力1537.359kN，作用于墻趾下點(diǎn)的總彎矩6109.778kN·m。

基礎(chǔ)底壓應(yīng)力：墻趾208.762kPa，凸榫前沿196.851kPa，墻踵161.686kPa。

凸榫前沿被動(dòng)土壓應(yīng)力608.421kPa。

凸榫彎曲拉應(yīng)力360.546≤550.0kPa

凸榫剪應(yīng)力270.409≤990.0kPa

滑移力351.441kN，抗滑力=931.322kN

滑移驗(yàn)算滿足:Kc=2.650 ＞1.30（滿足）

方程值143.048kN ＞0.0（滿足）

4 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

墻身重力力臂3.499m；墻踵上土重的力臂4.256m；墻趾上土重的力臂1.050m；豎向力的力臂6.367m。

K0=5.325 ＞1.50（滿足）

方程值6438.4244kN·m ＞0.0（滿足）

5 地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算

基底的總豎向力1537.359kN，墻趾下點(diǎn)的總彎矩6109.778kN·m。

基底壓應(yīng)力:208.762kPa（趾部），161.686kPa（踵部）。

墻趾處地基承載力208.762kPa≤420.0kPa(滿足)

墻踵處地基承載力161.686≤455.0kPa(滿足)

地基平均承載力185.224≤350.0kPa(滿足)

墻體的抗滑、抗傾覆、地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算均滿足要求，需進(jìn)一步配筋計(jì)算。

6 結(jié)論

文章在有限空間范圍內(nèi)經(jīng)過對(duì)比分析選擇了扶壁式擋土墻，在傳統(tǒng)的扶壁式擋土墻的基礎(chǔ)上，考慮了底板凸榫后進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果均能滿足要求，而同樣尺寸的傳統(tǒng)的擋土墻不能滿足抗傾覆和抗滑移的要求，可見凸榫在擋土墻設(shè)計(jì)中非常重要，凸榫尺寸的選擇也同樣很重要，在設(shè)計(jì)中不能忽略，特別是對(duì)于路堤，堤頂有車載，凸榫顯得至關(guān)重要，為扶壁式高擋土墻設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)。