16.7 m高扶壁式擋土墻在建筑工程中的應用

王 莉 玲

(山西大同煤礦設計研究有限公司，山西 大同 037003)

規模較大的高扶壁式擋土墻結構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成，通常其墻面板較薄，屬于薄壁類型的擋墻，其結構形式如圖1所示。由于高擋墻的墻身高度，在平面外容易出現失穩、傾覆等問題，因此對懸臂墻面板沿著平面方向，在底板每間隔固定距離設置(通常選取1/2～1/3擋墻高)扶壁，保證結構整體的穩定性和承載能力。扶壁可以有效提升擋墻面板的剛度與整體性，提高擋墻各部分構件之間的協調受力特性，降低了墻面板對側向位移。通常該形式的擋墻結構設計是結合結構所在項目的實際情況進行的，不同地質勘查條件、水文條件等對高扶壁式擋墻結構設計影響很大。

1 工程概況

該工程項目位于同煤集團晉華宮礦，因為洗煤廠殘生的煤渣和煤灰較多，用防浮抑塵網很難達到預期的防塵目的，因此，建設提出使用擋墻的方式來實現。因此該項目初步設計方案確定選用扶壁式擋土墻結構來完成擋煤，初步要求擋煤墻設計高度不低于16.7 m,當地凍深為1.8 m，擋土墻采用C30混凝土,直徑不大于10 mm的鋼筋采用HPB300級鋼筋，直徑大于10 mm鋼筋采用HRB400級鋼筋。

2 扶壁式擋墻理正巖土軟件計算

2.1 模型建立

2.1.1建模依據

1)地勘信息。

該項目根據甲方所提供的地質勘查資料地質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層為粉質黏土，平均厚度為1.5 m～6.2 m之間。

根據地勘建議，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)承載力及穩定性計算。

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

擋墻的底部壓應力均值和最大值計算如下：

當e≤b/4或e≤b/6時：

承載力均值公式:f=(Gk+Paz)/b×L≤fa。

當b/6≤e≤b/4時:

fmax=2(Gk+Paz)/3a×L≤1.2fa。

3)扶壁式擋墻參數。

關于扶壁式擋墻的參數及其對地基承載力和穩定性的影響如表1所示。

表1 扶壁式擋墻各項參數及其對整體的影響

通過表1參數能夠發現，當地基的承載力達不到工程需求時，可選取增大墻趾板或墻踵板的寬度來降低基地壓應力的最大值或均值，進而實現合理化擋墻基礎設計的目的。此外，還可以選取地基處理或樁基礎等形式來實現地基承載力的提高。對于實體項目，必須根據實際情況采取相應的措施。

此外，還應當對結構整體的抗滑、抗傾覆等，在設計和計算中要注意控制，以達到整體承載力和穩定性控制的目的，同時也保證了設計結果的經濟性。

2.1.2項目模型建立

該工程中懸臂式擋墻建模采用理正巖土6.0計算，其主要參數設置如下：

根據地質勘查報告，其墻后的填土內摩擦角大小為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為0.5；計算理論采用庫侖土壓力計算理論。根據《建筑邊坡工程技術規范》規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。另外還規定擋土墻迎土面的裂縫不應大于0.2 mm,背土面的裂縫不應大于0.3 mm。結構模型建立結果如圖2所示。

擋墻尺寸如表2所示，擋墻模型建立符合規范規定的各項條件要求。

表2 扶壁式擋墻尺寸參數大小 m

2.2 計算分析

根據軟件自動工況組合，結構整體的最不利工況組合下的各項參數驗算結果如下：

1)地基承載力驗算。

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

e=0.252≤0.250×6.750=1.688 m，滿足要求。

對于墻趾部分的地基承載力計算結果顯示，基底壓應力=193.608 kPa<230 kPa,滿足要求。

對于墻踵部分的地基基礎承載力計算結果顯示，主壓應力=122.763 kPa<230 kPa，符合規范對地基承載力的要求。

基底平均承載力大小驗算，結果顯示基底壓應力=158.185 kPa<230 kPa，符合規范對地基承載力的要求。

2)結構滑動穩定性計算。

根據基本參數，該結構的基底摩擦系數為0.5；其滑移力大小為2 359.2 kN，其抗滑力計算結果為4 010.6 kN，則其抗滑移驗算結果Kc=1.7>1.300，符合規范要求。

3)傾覆驗算。

對于擋墻的抗傾覆驗算，軟件計算結果顯示，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，符合傾覆驗算滿足條件K0=4.3>1.600的要求。

對于擋墻的趾板的底部，各項計算參數如下：

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算結果符合要求，無需配置抗剪腹筋。截面抗彎承載力符合要求，配筋為構造配筋，配筋面積As=1 000 mm2，同時，結構的抗裂計算裂縫為0.05,符合規范要求。

4)擋墻的墻踵板強度驗算計算。

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，其配筋面積為構造配筋，即As=1 000 mm2；裂縫計算寬度大小為0.068 mm。

5)擋墻墻面板強度計算。

該擋墻面板的截面厚度大小為0.5 m，其水平和豎向的強度驗算如下：

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

6)扶壁截面強度驗算。

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，滿足現行規范的要求。

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

關于擋土墻的做法如下：

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

2)擋土墻墻背回填填料根據附近土源，盡量選用抗剪強度高和滲透性強的礫土和砂土，當選用黏土時，應摻入適量的砂礫或碎石；不得選用膨脹土、淤質土、耕填土等作為填料，基地部分墻后填料應采用夯實黏土。當混凝土強度等級達到設計等級的75%以上時方可進行回填。

3 結語

在該工程中對扶壁式擋墻采用了理正計算機軟件計算和人工復核的方法，人工復核參照《公路與城市道路設計手冊》復核結果與理正軟件計算的結果出入不大，計算出擋墻抗滑移系數Kc=1.56>1.3,抗傾覆安全系數K0=3.95>1.6,擋土墻地基平均承載力壓應力為168.5 Pa<230 Pa,擋土墻其他各個部位的配筋面積與理正軟件計算面積相差不超過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，受到了建設方和施工方的好評。

參考文獻:

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