適用臺地式建筑邊坡的“士”字型擋墻研究

摘要：為滿足臺地式建筑物邊坡支護需要，提出一種適用于臺地式建筑邊坡的“士”字型鋼筋混凝土擋墻，由樁基礎、承臺、豎板、短梁、卸荷板及泄水孔等構件組成。闡述了該擋墻結構的組成及構造設計，介紹了擋墻的穩(wěn)定性、基礎豎向承載力及各構件的計算方法，并給出了安全合理的實施步驟。“士”字型擋墻的主要特點：① “士”字型擋墻的短梁與下臺地建筑主體結構的樓板同標高、貼緊，可平衡水平土壓力；② 卸荷板的豎向力對樁基礎產生抵抗彎矩，減少土壓力對樁基礎的偏心影響；③ 擋墻自重、卸荷板上方土體重量傳遞至樁基礎；④ 豎板與下臺地建筑之間的空腔即排水暗渠，通過泄水孔將墻后地下水引入暗渠。研究成果為邊坡支護工程提供了新的設計思路。

關鍵詞：“士”字型擋墻； 臺地建筑； 邊坡工程

中圖法分類號：TU476.4文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.011

文章編號：1006-0081（2024）S2-0036-03

0引言

山地建筑設計面對的地形條件復雜，為在減少挖填方工程量的同時獲得滿足功能要求的空間，山地建筑設計不會局限于正南北的布置方式，主要平行于等高線布置，在垂直于等高線方向形成臺地式地貌。因此，上下建筑臺地之間的高差采用的擋墻形式?jīng)Q定了山地建筑的使用功能、建筑安全能否實現(xiàn)。GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規(guī)范》規(guī)定，建筑臺地之間高差常用的擋墻包括重力式擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻、柱板式擋墻及錨（桿）索式擋墻等。對于臺地式建筑邊坡工程，以上支護形式都有不足之處：重力式擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻的自身結構占地面積大（擋墻寬度一般為擋土高度的0.6～0.8倍），占用建筑用地，而且擋墻施工需要先挖后填，完工后方可施工上臺地的建筑物，施工工序繁瑣、拖延項目工期；柱板式擋墻工程造價較高，施工難度較大（多為大截面的方樁或圓樁），完工后方可開挖墻前土，開展下臺地建筑物的施工，施工工序繁瑣、拖延項目工期；錨（桿）索式擋墻影響上臺地建筑的（樁）基礎布置。同時，排水系統(tǒng)是建筑邊坡工程的組成部分，而常用擋墻的擋土結構和排水系統(tǒng)是相互獨立的兩個部分，排水系統(tǒng)（包括排水溝、排洪渠等）需要占用建筑用地面積，影響景觀效果。

已有學者對山地建筑邊坡開展了大量的研究工作。張凱封［1］對邊坡支擋結構的多種形式的機理、優(yōu)勢進行了概要描述和分析，總結了國內各種支護結構形式的研究成果。郭帥杰等［2］為系統(tǒng)研究卸荷擋墻卸荷機理及工程設計方法、確定影響卸荷擋墻結構承載和穩(wěn)定性的關鍵影響因素，建立卸荷擋墻結構承載分析模型，揭示卸荷擋墻工作機理。趙鵬等［3］針對傳統(tǒng)雙排樁擋土墻頂部連梁不能滿足道路橫向較大高差需求的問題，將懸臂式擋墻和雙排樁擋墻結合，設計了一種用于河岸護坡的新型雙排樁擋土墻。熊瑜等［4］以復雜覆蓋層地基上某中型水利工程的扭面漸變式擋土墻為研究對象，采用理論公式法和有限元法研究擋土墻與復雜覆蓋層地基整體的穩(wěn)定性。

現(xiàn)有規(guī)范及以上研究均基于邊坡支護與建筑結構獨立設計的原則，即邊坡穩(wěn)定性計算僅考慮擋墻自身的擋土作用，不考慮建筑主體結構的有利作用，沒有顧及臺地式建筑布局緊湊的特點，未充分發(fā)揮邊坡支護、建筑結構的力學性能。對此，本文提出了適用于臺地式建筑邊坡工程的“士”字型擋墻并進行分析。

1“士”字型擋墻結構

“士”字型擋墻由樁基礎、承臺、豎板、短梁、卸荷板及泄水孔等構件組成，為鋼筋混凝土結構，見圖1?！笆俊弊中蛽鯄χ饕幸韵?個方面優(yōu)勢：① 將臺地式建筑物的主體結構與邊坡?lián)跬两Y構有機結合，充分發(fā)揮建筑主體結構的有利作用，利用下臺地的建筑主體結構來平衡擋墻后方傳來的土壓力，擋墻無需考慮抗滑移構造設計，節(jié)省工程造價。② 擋墻施工場地需求較小，減少施工期間占地，降低施工難度；擋墻與上下臺地的建筑物可以同步施工，施工工序簡單，大大縮短施工工期。③ 擋墻的排水暗渠不占用建筑使用面積，不降低臺地式建筑景觀效果；暗渠為開放式，便于清障、檢修；通過泄水孔將墻后土地地下水引入暗渠，減少水土壓力，保證擋墻安全。

2構造設計

“士”字型擋墻構造設計包括豎板、短梁、卸荷板及樁基礎等內容。豎板（卸荷板以上）高度不宜大于6.0 m，板厚可采用非等寬設置，豎板頂部厚度不宜小于200 mm，豎板端部厚度不宜小于500 mm。豎板（卸荷板以下）高度不宜大于6.0 m，板厚采用等寬設置，板厚不宜小于500 mm。短梁應與下臺地建筑的樓板板面同標高，間隔布置，間距不宜大于3.0 m，梁寬不宜小于150 mm，梁高不宜小于300 mm。卸荷板與短梁梁面同標高，卸荷板寬度宜取豎板（卸荷板以上）高度的0.6～0.8倍，板厚可采用非等寬設置，懸挑端板厚不宜小于300 mm，根部板厚不宜小于500 mm。承臺為轉換構件，滿足構造配筋、尺寸要求。樁基礎的樁徑、樁長、間距及配筋等滿足JGJ 94-2008《建筑樁基技術規(guī)范》的相關規(guī)定。泄水孔間距不宜大于3.0 m，宜設置在承臺面以上500 mm高度的位置。

3設計計算

擋墻結構的計算和驗算主要包括：① 豎板、短梁、卸荷板及承臺等結構構件的抗壓、抗彎、抗剪及局部抗壓承載力計算；② 樁基礎的豎向承載力計算；③ 擋墻結構穩(wěn)定性驗算。

3.1穩(wěn)定性驗算

“士”字型擋墻的力學分析示意見圖2。水平力包括：下臺地建筑主體結構提供的反力F，kN/m；墻后（卸荷板以上豎板）主動土壓力Ea1，kN/m；墻后（卸荷板以下豎板）主動土壓力Ea2，kN/m；滿足擋墻穩(wěn)定性要求（F≥Ea1+Ea2）。因下臺地建筑物體量足夠大，主體結構提供的反力遠大于土壓力，一般來說，擋墻結構水平穩(wěn)定性無需驗算。

3.2基礎的豎向承載力計算

擋墻豎向力包括：擋墻自重G₂，kN/m；卸荷板上方土重G₁，kN/m；卸荷板上方土體產生的彎矩M₁，kN·m；墻后主動土壓力E_a1+E_a2產生的傾覆彎矩M₂，kN·m；在重力和彎矩作用下，對樁基礎產生的偏心豎向力N_max，kN；樁基礎的豎向承載力計算要求N_max≤1.2Ra，且軸心豎向力N≤R_a，其中R_a為樁基礎的單樁承載力特征值，kN。承臺為轉換構件，無需力學計算，滿足構造配筋即可，其配筋率、鋼筋搭接和錨固應符合GB 50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定。

3.3擋墻構件計算

豎板、短梁及卸荷板相交點視作固結點，假定豎板（卸荷板以上）、短梁、卸荷板為懸挑結構，進行構件結構自重G₂、卸荷板上方土體自重G₁及墻后（卸荷板以上豎板）主動土壓力E_a1作用下的力學計算，根據(jù)結果進行配筋設計，其配筋率、鋼筋搭接和錨固應符合GB 50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定。

假定豎板（卸荷板以下）為兩端鉸接的簡支梁，進行墻后（卸荷板以下豎板）主動土壓力Ea2作用下的力學計算，根據(jù)結果進行配筋設計，其配筋率、鋼筋搭接和錨固應符合GB 50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定。

4施工步驟

（1） 對于擬建臺地式建筑的山體，將山體開挖至承臺底標高，并平整好開挖面，見圖3。

（2） 施工擋墻的樁基礎，同步施工上下臺地建筑的基礎（包括樁基礎和淺基礎），見圖4。

（3） 模筑施工擋墻結構，包括承臺、豎板（卸荷板位置預留鋼筋）、短梁及泄水孔等構件，同步施工上下臺地建筑框架結構，見圖5。

（4） 保證擋墻的短梁頂緊（不需要連接）下臺地建筑結構樓板，回填擋墻后方（短梁標高以下）空腔，回填土密實度不小于0.9，施工卸荷板，見圖6。

（5） 回填擋墻后方（短梁標高以上）空腔至室外設計標高，回填土密實度不小于0.9，擋墻竣工，見圖1。

5結論

“士”字型擋墻可以有效地利用下臺地建筑主體結構來平衡土壓力，將擋墻與建筑主體結構有機結合，其安全可靠、經(jīng)濟合理。該擋墻與常用的重力式擋墻或扶壁式擋墻等相比，可以實現(xiàn)擋墻和上下臺地的建筑同步施工，工序高效、工期更短；擋墻與下臺地建筑組合形成暗渠，不影響建筑景觀效果，不占用建筑使用面積，是常用擋墻結構所不具備的優(yōu)點?！笆俊弊中蛽鯄σ褢糜趶V東省廣州市黃埔區(qū)某邊坡工程，效果良好。

參考文獻：

［1］張凱封.邊坡工程中支護結構形式淺析［J］.四川建筑，2023，43（5）：119-120.

［2］郭帥杰，宋緒國，張海洋，等.卸荷擋墻工作機理及設計分析方法研究［J］.鐵道標準設計，2023，67（11）：24-29.

［3］趙鵬，吳崗.一種新型雙排樁擋土墻［J］.天津建設科技，2023，33（2）：27-29.

［4］熊瑜，張正香.復雜覆蓋層地基上扭面漸變式擋土墻穩(wěn)定性分析［J］.水電站設計，2023，39（4）：26-30.

（編輯：高小雲(yún)）