地下室擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

摘 要：隨著城市化發(fā)展，近年來各地建造了大量的地下室，地下室的擋土墻是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，本文簡單介紹地下室擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載取值、計(jì)算模型以及抗裂措施等相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出部分地下室擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供工程設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：地下室擋土墻;荷載;計(jì)算模型;裂縫

引言

現(xiàn)代建筑中地下室的層數(shù)越來越多，面積越來越大，地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，地下室擋土墻又是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一難點(diǎn)。本文簡單介紹地下室擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些常見設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

一、荷載取值與組合

（一）荷載取值

地下室擋土墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋傳的荷載和自重，水平荷載包括室外地面活載、側(cè)向土壓力、地下水側(cè)向壓力和人防等效靜荷載。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，豎向荷載及風(fēng)荷載或地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力一般不起控制作用，通常可不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用，僅按墻板彎曲計(jì)算彎曲的配筋。常見作用于地下室擋墻的水平荷載有：

1）側(cè)向土壓力。計(jì)算地下室擋土墻受彎及受剪承載力時(shí)，土壓力引起的效應(yīng)為永久荷載效應(yīng)，土壓力宜取靜止土壓力，靜止土壓力系數(shù)宜由試驗(yàn)確定。地下室擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般將靜止土壓力系數(shù)統(tǒng)一取0.5，適用于墻后填土較好的情況。對于軟塑、流塑黏性土的特殊土取值偏小，不安全。地下水位以下土的容重，可近似取11kN/m2。

2）室外地面活載。一般民用建筑的室外地面活荷載可取5kN/m2，有特殊較重荷載時(shí)，按實(shí)際情況確定。

3）消防車活荷載。（1） 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表5.1.1中消防車活荷載為直接作用在樓面上的荷載，一般不能直接用于擋土墻計(jì)算; （2）汽車荷載作用下的側(cè)向壓力應(yīng)考慮汽車輪壓的擴(kuò)散作用，其輪壓在土中的擴(kuò)散角一般取30°。

4）地下水側(cè)向壓力。地下水位高度一般由地勘單位根據(jù)實(shí)際勘察情況核《巖土工程勘察規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范進(jìn)行確定，不包括上層滯水。地下水位穩(wěn)定的水壓力按永久荷載考慮，水位急劇變化的水壓力按可變荷載考慮。

（二）建筑結(jié)構(gòu)荷載組合

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2018，當(dāng)作用效應(yīng)對承載力不利時(shí)γG=1.3，γQ=1.50，當(dāng)作用效應(yīng)對承載力有利時(shí)γG≤1.0，γQ≤1.0。基本組合為：S=γGGk+γQQk。

二、地下室擋土墻計(jì)算模型

（一）計(jì)算模型分類

地下室擋土墻計(jì)算模型，根據(jù)擋土墻實(shí)際的支撐條件可分為單向板和雙向板兩種計(jì)算模型。建議：除了垂直于擋土墻方向有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的擋土墻或擋土墻扶壁柱截面尺寸較大（如高層建筑外框架柱之間）且間距不大于層高2倍時(shí)擋土墻按雙向板（圖1）計(jì)算配筋外，其余的擋土墻宜按豎向單向板（圖2）計(jì)算配筋為妥。

（二）支座分析

地下室擋土墻計(jì)算時(shí)，底部一般為固定支座，有多層地下室時(shí)應(yīng)按多跨連續(xù)計(jì)算，底板的抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁，其厚度和配筋量應(yīng)匹配。擋土墻頂部按鉸接支座還是固接支座，應(yīng)根據(jù)與其相連的地下室頂板厚度或梁的厚度和高度決定，當(dāng)頂板厚度較厚或梁厚且梁較高時(shí)，一般采用固接支座計(jì)算，其余情況應(yīng)采用鉸接支座。

（三）注意事項(xiàng)

1）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮樓梯間、車道等支承條件不同的擋土墻，它與一般擋土墻不同。車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁底部。地面層開洞位置（如樓梯間）擋土墻頂部無樓板支撐，計(jì)算模型和配筋均應(yīng)與實(shí)際相符。車道緊靠地下室擋土墻時(shí)，車道底板位于擋土墻中部，應(yīng)考慮擋土墻承受車道底板傳來的水平荷載作用。當(dāng)頂板不在同一標(biāo)高時(shí)，應(yīng)注意擋土墻上部支座水平力的傳遞問題。

2）擋土墻帶扶壁柱按雙向板計(jì)算配筋時(shí)，如果扶壁柱按地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析結(jié)果配筋，根據(jù)擋土墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，應(yīng)加強(qiáng)擋土墻豎向受力筋和扶壁柱配筋。豎向荷載較小的擋土墻扶壁柱內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強(qiáng)。同時(shí)擋土墻水平分布筋應(yīng)根據(jù)扶壁柱截面尺寸大小適當(dāng)加強(qiáng)外側(cè)附加短水平負(fù)筋，擋土墻轉(zhuǎn)角處水平分布筋也予以適當(dāng)加強(qiáng)。

三、裂縫問題

地下室擋土墻受到結(jié)構(gòu)本身和基坑邊壁等約束，混凝土收縮會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，容易出現(xiàn)收縮裂縫。設(shè)計(jì)時(shí)裂縫寬度應(yīng)控制在0.2mm 之內(nèi)，擋土墻配筋量往往由裂縫寬度驗(yàn)算控制。防止或減小墻體裂縫開展，可采取以下措施：

（一）采用補(bǔ)償收縮混凝土

在混凝土中滲入膨脹劑或膨脹水泥配置自應(yīng)力為0.2～1.0MPa的混凝土，以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。

（二）后澆帶

作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施，已經(jīng)廣泛應(yīng)用。后澆帶通常30～40m設(shè)置一道，寬度一般為0.8～1m。后澆帶中一般情況不再添加鋼筋，僅在其薄弱部位，添增適量加強(qiáng)筋。后澆帶宜澆筑補(bǔ)償收縮混凝土，強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比兩側(cè)混凝土提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，且不宜低于C30。后澆帶澆筑間隔時(shí)間一般情況不宜少于45天，不應(yīng)少于28天。

（三）膨脹加強(qiáng)帶

通過在結(jié)構(gòu)的后澆帶部位澆筑補(bǔ)償收縮混凝土可減少或取消后澆帶和伸縮縫、延長構(gòu)件連續(xù)澆筑長度的一種技術(shù)。補(bǔ)償收縮混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比兩側(cè)混凝土提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。膨脹加強(qiáng)帶的寬度宜為2m，并將加強(qiáng)帶內(nèi)混凝土與兩側(cè)混凝土分開。膨脹加強(qiáng)帶之間的間距宜為30～60m。當(dāng)?shù)叵率彝鈮Ω叨鹊膬舾叽笥?.6m時(shí)，在墻體高度的水平中線部位上下0.5m范圍內(nèi)，水平筋的間距不宜大于0.1m。

（四）構(gòu)造措施

對于側(cè)壁，可增加水平溫度筋，在混凝土面層起強(qiáng)化作用。側(cè)壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設(shè)一道水平暗梁抵抗拉力。一般擋土墻外側(cè)環(huán)境類別為“二b”，內(nèi)側(cè)為“二a”，鋼筋混凝土保護(hù)層厚度外側(cè)25mm，內(nèi)側(cè)20mm。

（五）水泥

優(yōu)先選用水化熱較低的水泥品種，如礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。在滿足設(shè)計(jì)的情況下，充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少水泥的用量。考慮到礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥收縮量大25%，一般采用普通硅酸鹽水泥。

（六）粗骨料

宜選用5～31.5mm，并連續(xù)級(jí)配，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%的非堿活性粗骨料。非泵送混凝土施工時(shí)，粗骨料的粒徑可適當(dāng)增大，選用粒徑較大的粗骨料可減小水泥用量。

（七）細(xì)骨料

采用中、粗砂，細(xì)度模數(shù)宜大于2.3，含泥量不大于3%，泥塊含量不大于1%。采用細(xì)度模數(shù)為2.8比2.3的中砂每立方混凝土可減少水泥用量約30kg，減少水用量20～25kg，從而可以降低混凝土水化熱和溫差引起的收縮。泵送砼時(shí)，砂率應(yīng)控制在35%～45%。

（八）粉煤灰等礦物質(zhì)外摻料

粉煤灰顆粒呈球狀，為中空結(jié)構(gòu)，主要成分為SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO，在混凝土中摻入粉煤灰對改善混凝土的和易性，減少水泥用量，降低水化熱，減少收縮，提高抗裂性有著良好的效果。但應(yīng)注意摻入粉煤灰后混凝土的早期強(qiáng)度較低。摻量應(yīng)根據(jù)水泥的品種、不同的工程對象、施工工藝等因素，通過試驗(yàn)確定。粉煤灰摻量一般不宜超過膠凝材料的40%。

結(jié)束語：

地下室擋土墻的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不能忽視的重要環(huán)節(jié)。本文對其所受的荷載、計(jì)算模型和裂縫控制等多方面進(jìn)行分析介紹，以便對擋土墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行更全面分析設(shè)計(jì)，以保障地下室安全可靠。擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還有許多細(xì)節(jié)有待更進(jìn)一步研究和完善。

參考文獻(xiàn)：

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[2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50010-2010，中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50068-2018，中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[4]全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施2009（2012年版），中國計(jì)劃出版社， 2012.

[5]混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊（第四版），中國建筑工業(yè)出版社，2012.

作者簡介：

李仲人（1977.6.15-），性別：男;籍貫：四川省渠縣;民族：漢;學(xué)歷：碩士研究生、碩士;職稱：高級(jí)工程師;研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。