扶壁式擋土墻經(jīng)濟(jì)性研究

鄭 威，廖方方，張慧瑩

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

1 研究現(xiàn)狀及存在問題

隨著國內(nèi)城市化程度的提高，城市空間資源緊缺的問題逐步浮現(xiàn)[1]。地上空間的開發(fā)利用已經(jīng)不能滿足城市化對(duì)空間資源的需求，地下空間的開發(fā)將成為解決城市空間資源緊缺問題的關(guān)鍵[2]。扶壁式擋土墻是一種常見的擋墻形式，其工作原理是通過自身結(jié)構(gòu)及墻后填土來維持穩(wěn)定[3]，具有擋土范圍廣、形變小的優(yōu)點(diǎn)，卻存在著造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)。許多學(xué)者對(duì)扶壁式擋土墻的設(shè)計(jì)和施工[4-6]，及在不同工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)應(yīng)用[7-9]等進(jìn)行了大量研究，但對(duì)其造價(jià)影響因素的分析還較少。由于扶壁式擋土墻自身的優(yōu)點(diǎn)和工程需求，決定了還需要對(duì)擋土墻造價(jià)的影響因素進(jìn)行探討，以降低擋土墻使用中的造價(jià)。

本文將扶壁式擋土墻的豎向墻體及扶壁作為研究對(duì)象，分析豎向墻體厚度及扶壁間距對(duì)擋土墻造價(jià)的影響，統(tǒng)計(jì)分析出造價(jià)較低的擋土墻設(shè)計(jì)參數(shù)。

2 擋墻造價(jià)的計(jì)算方法

扶壁式擋土墻可分為如圖1 所示的3 部分：基礎(chǔ)、墻體以及扶壁，其中基礎(chǔ)部分又可細(xì)分為墻趾及墻踵。擋土墻的計(jì)算采用理正巖土擋土墻設(shè)計(jì)軟件，不考慮擋土側(cè)水位的影響，設(shè)定墻后填土內(nèi)摩擦角35°，墻底摩擦系數(shù)及地基土摩擦系數(shù)0.50，裂縫控制寬度0.2 mm。經(jīng)試算，8 m 高扶壁式擋土墻設(shè)置基礎(chǔ)厚度1 m，墻趾1 m，墻踵4.5 m，扶壁厚度0.4 m，計(jì)算得出滑移驗(yàn)算滿足Kc=2.220 ＞1.300；傾覆驗(yàn)算滿足K0=4.921 ＞1.500。

圖1 扶壁式擋土墻示意圖

影響擋土墻造價(jià)的主材分為混凝土和鋼材兩部分，參考市場原材料價(jià)格，設(shè)定混凝土510 元/m3，鋼材4 200 元/t。經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣以擋土墻每延米的材料費(fèi)用作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3 以8 m高擋墻為例分析造價(jià)影響因素

3.1 墻體厚度及扶壁間距對(duì)擋墻造價(jià)的影響

墻體厚度及扶壁間距是影響擋墻造價(jià)的重要因素，因此在進(jìn)行墻體厚度分析時(shí)，忽略墻體厚度變化對(duì)基礎(chǔ)及扶壁的影響，統(tǒng)計(jì)不同墻體厚度工況下墻體的工程造價(jià)。

墻體厚度分析時(shí)，變量設(shè)置為扶壁間距及墻體厚度，扶壁間距設(shè)置為3～9 m，墻體厚度設(shè)置為0.25～0.45 m，統(tǒng)計(jì)各條件下墻體的建材用量，分析合理墻體厚度。以扶壁間距5 m 墻體厚度0.35 m 的扶壁式擋土墻為例，表1 所示為墻體鋼筋及混凝土用量統(tǒng)計(jì)，可計(jì)算出該工況下?lián)跬粮叨葹? m 的扶壁式擋土墻墻體的材料費(fèi)。

相同計(jì)算方法，分別計(jì)算變量設(shè)置范圍內(nèi)墻體材料費(fèi)，計(jì)算結(jié)果列于表2。

表2 墻體材料費(fèi)（元/m）

分析表2 數(shù)據(jù)可知：

（1）扶壁間距3～5 m 工況下，材料費(fèi)隨墻體厚度增加而增加。

（2）扶壁間距6～9 m 工況下，材料費(fèi)隨墻體厚度增加先減小后增加。

（3）各扶壁間距工況下，均含有唯一墻體厚度對(duì)應(yīng)最小材料費(fèi)。

綜上，在扶壁間距確定的工況下，對(duì)應(yīng)一個(gè)最優(yōu)墻體厚度，可使墻體的材料費(fèi)最低。現(xiàn)將各扶壁間距條件下最優(yōu)墻體厚度統(tǒng)計(jì)于表3，如下所示。

表3 最優(yōu)墻體厚度及材料費(fèi)

3.2 扶壁及基礎(chǔ)對(duì)擋墻造價(jià)的影響

由表3 可知，8 m 高扶壁式擋土墻，各扶壁間距條件下對(duì)應(yīng)有經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)的墻體厚度。因此，可以依照表3 提供的墻體厚度，計(jì)算各扶壁間距條件下的材料費(fèi)。表4 表示扶壁間距為5 m，墻體厚度為0.25 m 擋土墻的扶壁及基礎(chǔ)的材料費(fèi)。

表4 扶壁及基礎(chǔ)材料費(fèi)

3～9 m 扶壁間距擋墻建材單價(jià)計(jì)算方法與表4 所示方法一致，分別計(jì)算統(tǒng)計(jì)各扶壁間距下基礎(chǔ)與扶壁材料費(fèi)并列于表5。

表5 扶壁及基礎(chǔ)材料費(fèi)

綜上，基礎(chǔ)和扶壁造價(jià)與扶壁間距非線性相關(guān)，扶壁間距3～7 m 工況下，材料費(fèi)隨扶壁間距增大而減??；扶壁間距7～9 m 工況下，材料費(fèi)隨扶壁間距增大而增大；扶壁間距7 m 工況下，材料費(fèi)較小。

3.3 擋墻造價(jià)影響因素統(tǒng)計(jì)分析

扶壁式擋土墻材料費(fèi)分為基礎(chǔ)、墻體以及扶壁3 部分。結(jié)合表3 及表5 所列數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)8 m 高扶壁式擋土墻每米寬度材料費(fèi)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于表6。

表6 擋土墻材料費(fèi)

綜合分析表6 得出擋土高度為8 m 的扶壁式擋土墻的以下結(jié)論：

（1）扶壁間距3～5 m 工況下，材料費(fèi)隨扶壁間距的增加而降低。

（2）扶壁間距5～9 m 工況下，材料費(fèi)隨扶壁間距的增加而增加。

（3）扶壁間距為5 m 墻體厚度為0.25 m時(shí)，材料造價(jià)較低。

4 常用擋土高度下?lián)鯄υ靸r(jià)綜合分析

扶壁式擋土墻擋土高度適用范圍較廣，以上只針對(duì)擋土高度為8 m 的扶壁式擋土墻進(jìn)行研究，結(jié)論實(shí)用性較低。實(shí)際工程中擋土墻應(yīng)用高度大于6 m 時(shí)較為經(jīng)濟(jì)[10]，本小節(jié)采用與8 m 高擋土墻相同的研究方法，分析常用擋土高度10～12 m 扶壁式擋墻的經(jīng)濟(jì)性。

擋土高度為10～12 m 的擋墻，墻趾、墻踵及扶壁厚度按同比例增加。因此，10～12 m 擋墻設(shè)計(jì)參數(shù)如表7 所示。

表7 擋土墻設(shè)計(jì)參數(shù)

計(jì)算并統(tǒng)計(jì)擋土高度為10 m 及12 m 的擋土墻材料費(fèi)，如表8 所示。

表8 擋土墻材料費(fèi)

5 結(jié)語

扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)所涉及影響因素較廣，本文控制變量設(shè)定為扶壁間距及墻體厚度，分析8 m、10 m 及12 m 高扶壁式擋土墻在相同工況下的經(jīng)濟(jì)性，旨在推導(dǎo)出各擋土高度下經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)良的扶壁間距及墻體厚度，對(duì)扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)有一定的輔助作用。

分析表6 及表8 數(shù)據(jù)，得出經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)的墻體設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)論為：（1）扶壁式擋土墻高度為8 m 時(shí)：墻體厚度為0.25 m，扶壁間距為4 m 或5 m。（2）扶壁式擋土墻高度為10 m 時(shí)：墻體厚度為0.3 m，扶壁間距為0.25 m；墻體厚度為0.35 m，扶壁間距為6 m。（3）扶壁式擋土墻高度為12 m 時(shí)：墻體厚度為0.3 m，扶壁間距為5 m；墻體厚度為0.4 m，扶壁間距為6 m。并且，同擋土高度工況下，不同設(shè)計(jì)參數(shù)材料費(fèi)相差小于2%。