廠房?jī)?nèi)部存在擋土墻時(shí)兩種結(jié)構(gòu)方案的比較

趙明，黃秀亮，林家民

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

擋土墻是工程建設(shè)領(lǐng)域常見的一種構(gòu)筑物，廣泛用在道路工程領(lǐng)域，起到邊坡穩(wěn)定、防止土體變形的作用。常見的擋土墻形式有重力式擋土墻、扶壁式擋土墻、懸臂式擋土墻等。而本文討論的擋土墻在工業(yè)廠房?jī)?nèi)部，當(dāng)廠房?jī)?nèi)部存在高低差時(shí)，需要在廠房?jī)?nèi)部設(shè)置擋土墻。

2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目位于山東省臨沂臨港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，抗震設(shè)防烈度為7 度。整個(gè)廠房占地面積21 190 m2，建筑面積30 310 m2，西側(cè)為機(jī)加工車間，長(zhǎng)108 m，寬51 m，東側(cè)為制動(dòng)鼓車間，長(zhǎng)233 m，寬51 m。西側(cè)機(jī)加工車間為2 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地面標(biāo)高為-6.000 m，2 層樓面標(biāo)高為±0.000 m，建筑高度為18.8 m；東側(cè)制動(dòng)鼓車間為單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，地面標(biāo)高為±0.000 m，建筑高度為16.8 m。2 個(gè)廠房在±0.000 m標(biāo)高相通。廠房局部平面示意圖如圖1 所示。廠房建成投產(chǎn)后將形成80 000 t/a 制動(dòng)鼓產(chǎn)品的完整生產(chǎn)鏈。

圖1 廠房局部平面示意圖

3 兩種方案的比較

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，廠房東西方向高差比較大，高差達(dá)到6 m，為了減少填方挖方，因勢(shì)利導(dǎo)，2 個(gè)廠房的地坪標(biāo)高不在同一個(gè)標(biāo)高，這樣在廠房?jī)?nèi)部形成高低差，需做擋土墻來抵抗土的側(cè)壓力。側(cè)向土壓力分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形不滿足主動(dòng)土壓力產(chǎn)生條件時(shí)，或邊坡上方有重要建筑物時(shí)，應(yīng)對(duì)側(cè)向巖土壓力進(jìn)行修正。本工程擋土墻設(shè)計(jì)采用主動(dòng)土壓力計(jì)算。

本工程采用的是懸臂式擋土墻，懸臂式擋土墻是一種輕型支擋構(gòu)筑物。其支擋結(jié)構(gòu)的抗滑移、抗傾覆主要取決于墻身自重和墻底板以上填筑土體（包括荷載）的重力效應(yīng)，在墻底板設(shè)置凸榫提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性。由于擋土墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻體內(nèi)的拉應(yīng)力則由鋼筋承擔(dān)，使得其結(jié)構(gòu)厚度減小，自重減輕，鋼筋混凝土底板剛度的提高，使得擋土墻立臂高度較高且提高了其在地基承載力較低條件下的適應(yīng)性。本工程擋土墻的持力層為粉質(zhì)黏土，其承載力特征值fak=150 kPa，承載能力中等，選取懸臂式擋墻可以滿足地基承載力的要求。懸臂式擋土墻組成見圖2[1]。

圖2 懸臂式擋土墻橫斷面圖

懸臂式擋土墻截面尺寸應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度和變形計(jì)算確定，立板頂寬和底板寬度應(yīng)不小于200 mm。本工程要保證擋土墻后填土內(nèi)的水不能滲入車間內(nèi)，擋土墻采用抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級(jí)P6。規(guī)范規(guī)定，防水混凝土的結(jié)構(gòu)最小厚度應(yīng)不小于250 mm[2]，所以立板頂端厚度為250 mm，底板處最小厚度為500 mm。當(dāng)擋土墻高度大于4 m 時(shí)，宜加根部翼[3]。懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻縱向伸縮縫間距宜采用10～15 m。宜在不用結(jié)構(gòu)單元處和地層性狀變化處設(shè)置沉降縫；且沉降縫和伸縮縫宜合并設(shè)置。擋土墻結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行混凝土裂縫寬度的驗(yàn)算。迎土面的裂縫寬度應(yīng)不大于0.2 mm，背土面的裂縫寬度應(yīng)不大于0.3 mm。

懸臂式擋墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力和所處的環(huán)境類別確定，且應(yīng)不低于C25。本工程擋土墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用的是C30。當(dāng)擋土墻受滑動(dòng)穩(wěn)定控制時(shí)，應(yīng)采取提高抗滑能力的構(gòu)造措施。宜在墻底下設(shè)防滑鍵，其高度應(yīng)保證鍵前土體不被擠出。防滑鍵厚度應(yīng)根據(jù)抗剪強(qiáng)度計(jì)算確定，且應(yīng)不小于300 mm。本工程通過在墻底板設(shè)置凸榫提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，凸榫高度300 mm，且配有12 mm@150 mm 的抗裂鋼筋。

結(jié)構(gòu)方案的選型時(shí)有2 種方案：方案一為2 個(gè)廠房柱子基礎(chǔ)與擋土墻聯(lián)合，如圖3 所示；方案二為廠房柱子基礎(chǔ)與擋土墻脫開，如圖4 所示。

圖3 方案一：擋土墻與廠房基礎(chǔ)聯(lián)合

圖4 方案二：擋土墻與廠房基礎(chǔ)脫開

當(dāng)采用方案一時(shí)，不影響廠房使用空間，但是也存在一定的安全隱患，即當(dāng)擋土墻出現(xiàn)破壞時(shí)，會(huì)影響廠房主體結(jié)構(gòu)的安全。當(dāng)采用方案二時(shí)，擋土墻放到軸線與軸線中間，由于軸線軸線獨(dú)立基礎(chǔ)的底面積較大，留給擋土墻的可用空間較少，如果擋土墻頂部標(biāo)高仍然在±0.000 m，會(huì)因擋土墻的計(jì)算高度較高而無法通過，所以坡頂采取放坡的方式，減少擋土墻的計(jì)算高度。放坡后坡頂標(biāo)高為-2.500 m，±0.000～-2.500 m 采取自然放坡的形式，-2.500 m 標(biāo)高以下為擋土墻主體，這樣擋土墻的計(jì)算高度減少2.5 m，擋土墻計(jì)算容易滿足。將擋土墻放置在軸線與軸線中間，雖然減少了機(jī)加工廠房的使用面積，但是擋土墻與2 個(gè)廠房的基礎(chǔ)脫開，擋土墻的破壞不影響廠房主體結(jié)構(gòu)的安全，廠房主體結(jié)構(gòu)的荷載也不作用于擋土墻，結(jié)構(gòu)安全性大大提高。

規(guī)范中明確規(guī)定，山地建筑結(jié)構(gòu)不宜兼作支擋結(jié)構(gòu)。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)兼做支擋結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮主體結(jié)構(gòu)與巖土體的共同作用及其地震效應(yīng)[4]。不管是從結(jié)構(gòu)安全的角度看，還是從規(guī)范規(guī)定的計(jì)算難易程度看，擋土墻與廠房基礎(chǔ)脫開更合理。

懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)其受力特點(diǎn)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。懸臂式擋墻的受力模型簡(jiǎn)單，其立板、墻趾板和墻踵板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件可取單位寬度按懸挑構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。擋土墻高度的增加，導(dǎo)致其所受內(nèi)力呈平方關(guān)系的增加。懸臂式擋墻高度一般不宜超過6 m，本工程不放坡的擋土墻高度為7.5 m，坡頂經(jīng)自然放坡后，擋土墻高度為5 m，滿足規(guī)范要求。同時(shí)放坡后，廠房地面堆載對(duì)擋土墻的影響減小，這時(shí)的擋墻主要承擔(dān)其后填土的主動(dòng)土壓力，使得擋土墻的截面和配筋可以顯著地降低，降低建造成本。

放坡之后擋土墻后的填土，應(yīng)優(yōu)先選擇抗剪強(qiáng)度高和透水性較強(qiáng)的填料。當(dāng)采用黏性土作填料時(shí)，宜摻入適量的砂礫或碎石。不應(yīng)采用淤泥質(zhì)土、耕植土、膨脹性黏土等軟弱有害的巖土體作為填料。同時(shí)應(yīng)清除填土中的草和樹皮、樹根等雜物。在墻身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可填土，填土應(yīng)分層夯實(shí)。

擋墻在施工前應(yīng)預(yù)先設(shè)置好排水系統(tǒng)，保持邊坡和基坑背面干燥。基坑開挖后，基坑內(nèi)不應(yīng)積水，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)施工。擋墻的抗?jié)B與泄水布置應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、環(huán)境、水體來源及填料等因素分析確定。本工程擋墻在廠房?jī)?nèi)部，不存在墻后填土地表排水系統(tǒng)，水源主要來自墻后填土內(nèi)的地下水。

4 結(jié)語

工程設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用地形、地貌，采用合理的建筑結(jié)構(gòu)形式，不應(yīng)對(duì)原地貌進(jìn)行大開挖和深填方。擋土墻是工程建筑中常見的一種構(gòu)筑物。懸臂式擋墻的受力模型簡(jiǎn)單，通常應(yīng)用在墻體高度不大于6 m、對(duì)地基承載力要求不高的地方。本工程采用懸臂式擋土墻。當(dāng)廠房?jī)?nèi)部存在擋土墻時(shí)，通過2 種方案的比較，廠房柱子與擋土墻脫開，同時(shí)擋土墻頂面土體采取放坡的形式，既滿足廠房安全的需要，也滿足擋土墻安全的需要。