某場地擋土墻的選型及帶凸榫的扶壁式擋土墻計算分析

王 灝

(甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730046）

擋土墻是一種支擋土體以防變形的構造物[1]，西北地區地勢變化較大，為了改造建筑場地的坡度或道路與場地的高差，常采用高擋土墻來解決，高擋土墻[2]的應用目前也很廣泛[3-5]。文章以Ⅲ級（嚴重）自重失陷性黃土場地空間受限的情況下為例進行了擋土墻選型，并為了滿足抗傾覆和抗滑移，對傳統的扶壁式高擋墻（不帶凸榫）進行了改進設計，運用底板帶凸榫的擋土墻的實體模型驗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計中的重要性。

1 背景資料及擋土墻選型

1.1 背景資料

某場地西北側較低，南側較高，高差最大約11m，一期規劃為3 棟31 層和2 棟16 層的住宅，場地東北側為現狀繞城道路，現狀路塹邊坡采用噴錨支護，場地西北側規劃一條圍繞場地挖側的市政道路，路幅寬12m，主要為該片區交通服務，該道路連接繞城道路，小區車輛主要通過該路進入車庫，規劃道路與場地高差最大約11m。地下車庫邊緣到小區內消防道路外邊緣距離為12m，小區內消防道路寬6m。

根據地勘報告該場地為Ⅲ級（嚴重）自重失陷性黃土場地，自重濕陷性土層下限深度在12.0～20.5m。一層為黃土狀粉質黏土，累計層厚21.2～32.7m。承載力特征值為100kPa。

1.2 擋土墻選型

根據以上現狀及場地規劃，需在規劃支路與小區消防通之間設置擋土構件來解決11m 高差問題。

根據現行規范《公路路基設計規范》及《擋土墻》[7,8]，由于重力式及衡重式擋墻對基底承載力要求比較高，該場地地基承載力較低，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，經過初步計算，該范圍不滿足錨桿的設計總長度；樁板式擋土墻占用的空間較大，樁截面尺寸約為2.0m×0.8m，在有限的范圍內不宜采用；扶壁式擋土墻對承載力的要求較低，且能在有限空間內解決高差問題。

結合現狀條件，現對幾種常用的擋土墻從三個方面對比見表1：

表1 擋土墻類型對比

經過以上分析及對比，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

2.1 擋墻尺寸

選取10m 長的扶壁式高擋土墻進行穩定性分析，傳統的擋墻底板不帶有凸榫，在前期設計中，對相同尺寸的傳統擋土墻進行對比計算，結果不滿足要求。以帶凸榫的扶壁式高擋土墻為實體模型，采用“理正巖土6.5”庫侖方法來進行計算[9]，計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 扶壁式擋土墻實體圖（單位：m）

2.2 物理參數

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，墻背與土內摩擦角為37.5°。

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

無荷載時：破裂角30.19°

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

3 滑動穩定性驗算

作用于基礎底的總豎向力1537.359kN，作用于墻趾下點的總彎矩6109.778kN·m。

基礎底壓應力：墻趾208.762kPa，凸榫前沿196.851kPa，墻踵161.686kPa。

凸榫前沿被動土壓應力608.421kPa。

凸榫彎曲拉應力360.546≤550.0kPa

凸榫剪應力270.409≤990.0kPa

滑移力351.441kN，抗滑力=931.322kN

滑移驗算滿足:Kc=2.650 ＞1.30（滿足）

方程值143.048kN ＞0.0（滿足）

4 傾覆穩定性驗算

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 地基應力及偏心距驗算

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

基底壓應力: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、地基應力及偏心距驗算均滿足要求，需進一步配筋計算。

6 結論

文章在有限空間范圍內經過對比分析選擇了扶壁式擋土墻，在傳統的扶壁式擋土墻的基礎上，考慮了底板凸榫后進行了計算，結果均能滿足要求，而同樣尺寸的傳統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計中非常重要，凸榫尺寸的選擇也同樣很重要，在設計中不能忽略，特別是對于路堤，堤頂有車載，凸榫顯得至關重要，為扶壁式高擋土墻設計提供了一定的理論基礎。