地下室擋土墻迎土面混凝土保護(hù)層取值的探討

王 兆 旭

(大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

地下室擋土墻迎土面混凝土保護(hù)層取值的探討

王 兆 旭

(大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，通過(guò)某地下室擋土墻設(shè)計(jì)算例，對(duì)地下室混凝土擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)迎土面混凝土保護(hù)層的取值問(wèn)題進(jìn)行了研究，并對(duì)內(nèi)力計(jì)算、承載力計(jì)算及裂縫驗(yàn)算過(guò)程進(jìn)行了闡述，最終給出了擋土墻迎土面混凝土保護(hù)層的建議值。

地下室，擋土墻，混凝土，保護(hù)層

1 概述

當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)，而不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能時(shí)，則稱(chēng)此特定狀態(tài)為結(jié)構(gòu)對(duì)該功能的極限狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)中要求的結(jié)構(gòu)功能，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)在總體上可分為兩大類(lèi)，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，前者是以結(jié)構(gòu)的內(nèi)力超過(guò)承載能力為依據(jù)，后者是以結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動(dòng)參數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)允許的限值為依據(jù)[1]。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地下室擋土墻設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，在設(shè)計(jì)地下室擋土墻時(shí)除應(yīng)滿(mǎn)足承載能力極限狀態(tài)要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足正常使用極限狀態(tài)要求，而影響地下室擋土墻設(shè)計(jì)的因素有很多，例如土壓力的性質(zhì)、墻體支撐情況、混凝土及鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)、混凝土保護(hù)層厚度的取值、環(huán)境類(lèi)別、地下水位等。

地下室擋土墻時(shí)刻受地下水的滲透作用，混凝土保護(hù)層厚度是影響地下水滲透的重要指標(biāo)，而地下水的滲透對(duì)鋼筋的腐蝕至關(guān)重要。鋼筋銹蝕除引起混凝土開(kāi)裂外，還會(huì)導(dǎo)致保護(hù)層的成片剝落，繼而引起混凝土和鋼筋之間的握裹力和鋼筋抗拉強(qiáng)度的降低，影響擋土墻的安全問(wèn)題，因而，混凝土保護(hù)層厚度的取值是影響地下室擋土墻安全的主要因素之一。本文通過(guò)一個(gè)典型的普通地下室混凝土擋土墻設(shè)計(jì)算例，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，探討在地下室混凝土擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)迎土面混凝土保護(hù)層的取值問(wèn)題。

2 算例

2.1 算例基本條件及計(jì)算簡(jiǎn)圖

某單層地下室混凝土擋土墻，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，室外環(huán)境類(lèi)別為二b類(lèi)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，受力鋼筋采用HRB400，外側(cè)縱向鋼筋直徑取18 mm，擋土墻厚度為300 mm，填土為黏土，其容重γ=18 kN/m3，頂板以上填土厚度1.5 m，靜止土壓力系數(shù)為0.5，準(zhǔn)永久組合系數(shù)為0.4，頂板活荷載為5 kN/m2，基本條件及計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。計(jì)算迎土面?zhèn)菳處的縱向鋼筋面積。

2.2 不同規(guī)范對(duì)混凝土保護(hù)層厚度取值的規(guī)定

根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB 50010—2010)及GB/T 50476—2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB/T 50476—2008)，本算例迎土面B處的環(huán)境類(lèi)別為二b類(lèi)，混凝土保護(hù)層厚度可取為25 mm[2，3]，而GB 50108—2008地下工程防水技術(shù)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB 50108—2008)規(guī)定鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的耐久性和工程環(huán)境選用，迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50 mm[4]。由于地下工程所處環(huán)境的復(fù)雜多變性和不確定性，且鋼筋保護(hù)層厚度對(duì)提高混凝土的耐久性和抗?jié)B性極為重要，應(yīng)適當(dāng)提高鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度，然而，規(guī)范GB/T 50476—2008另有規(guī)定“對(duì)裂縫寬度無(wú)特殊外觀要求的，當(dāng)保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度超過(guò)30 mm時(shí)，可將厚度取為30 mm計(jì)算裂縫的最大寬度。”因此，在本算例中，迎土面?zhèn)菳處的混凝土保護(hù)層厚度在承載力計(jì)算時(shí)取50 mm；裂縫驗(yàn)算時(shí)分別取50 mm和30 mm，然后進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3 計(jì)算過(guò)程

2.3.1 內(nèi)力計(jì)算

查《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》[5]表2.2-3，得出迎土面?zhèn)菳處的彎矩設(shè)計(jì)值及準(zhǔn)永久組合值，具體如下：

由填土側(cè)壓力引起的底部彎矩(標(biāo)準(zhǔn)值)為：

由地面活荷載引起的底部彎矩(標(biāo)準(zhǔn)值)為：

擋土墻的彎矩設(shè)計(jì)值MB：

MB1=1.2Mgk+1.4Mqk=1.2×69.9+1.4×5=90.88 kN·m/m。

MB2=1.35Mgk+0.7×1.4Mqk=
1.35×69.9+0.7×1.4×5=99.27 kN·m/m。

取MB=max{MB1，MB2}=MB2=99.27 kN·m/m。

擋土墻的準(zhǔn)永久組合值MBq：

MBq=69.9+0.4×5=71.9 kN·m/m。

2.3.2 承載力計(jì)算及裂縫驗(yàn)算

1)承載力計(jì)算。

從實(shí)際受力上來(lái)說(shuō)，地下室擋土墻是受壓力、彎矩和剪力的復(fù)雜受力構(gòu)件，但在一般情況下，地下室擋土墻的軸力不大。本算例為簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略軸力及剪力對(duì)擋土墻的影響，偏于安全的按受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。

規(guī)范GB 50010—2010給出關(guān)于受彎構(gòu)件承載力的計(jì)算規(guī)定，不考慮受壓鋼筋的作用(偏于安全)：

(1)

(2)

(3)

其中，c為鋼筋混凝土保護(hù)層厚度；d為鋼筋直徑；其余各參數(shù)的含義參見(jiàn)規(guī)范。取c=50 mm，代入式(1)～式(3)中，計(jì)算所得的受拉鋼筋面積為1 222 mm2。

2)裂縫驗(yàn)算。

在地下室擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，滿(mǎn)足其正常使用極限狀態(tài)主要是裂縫驗(yàn)算。規(guī)范GB 50010—2010規(guī)定：環(huán)境類(lèi)別為二b類(lèi)時(shí)，鋼筋混凝土的裂縫控制等級(jí)為三級(jí)即允許出現(xiàn)裂縫，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件，按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響計(jì)算時(shí)，構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過(guò) 0.2 mm[2]。規(guī)范GB 50010—2010給出了鋼筋混凝土構(gòu)件按荷載的準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的最大裂縫寬度計(jì)算公式：

(4)

將c=50 cm和c=30 mm分別代入式(4)，計(jì)算所得的受拉鋼筋面積為1 780 mm2和1 580 mm2。由計(jì)算結(jié)果可以看出，混凝土保護(hù)層越厚，計(jì)算所需的受拉鋼筋面積越大；考慮到地下室外墻建筑防水層的有利作用，且按照規(guī)范GB 50010—2010計(jì)算所得的最大裂縫寬度比國(guó)外規(guī)范的計(jì)算值偏大，而規(guī)定的裂縫寬度允許值卻偏嚴(yán)[4]，因此，筆者認(rèn)為，當(dāng)?shù)叵率覔跬翂υ跐M(mǎn)足承載力要求的情況下，在裂縫驗(yàn)算時(shí)可以適當(dāng)減小混凝土保護(hù)層的厚度取值。

綜上所述，本算例在承載力計(jì)算時(shí)混凝土保護(hù)層可取50 mm，在裂縫驗(yàn)算時(shí)可取30 mm，既能保證構(gòu)件的安全又能節(jié)省鋼材，這也符合國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

3 結(jié)語(yǔ)

地下室擋土墻作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，而混凝土保護(hù)層厚度的取值對(duì)擋土墻設(shè)計(jì)有很大影響。GB 50010—2010，GB 50108—2008及GB/T 50476—2008三本規(guī)范對(duì)混凝土的保護(hù)層厚度取值有不同的規(guī)定。筆者認(rèn)為：對(duì)于使用要求不高的一般地下室擋土墻，當(dāng)按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，混凝土保護(hù)層厚度可按GB 50108—2008取值，當(dāng)對(duì)擋土墻進(jìn)行裂縫驗(yàn)算時(shí)，考慮到建筑外防水層及國(guó)內(nèi)規(guī)范裂縫驗(yàn)算偏嚴(yán)，混凝土保護(hù)層厚度的取值可比承載力計(jì)算時(shí)偏小但不得小于30 mm。

[1] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB/T 50476—2008，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB 50108—2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 姚 諫.建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

Discussion on concrete protection layer value of basement retaining wall towards soil surface

Wang Zhaoxu

(DalianArchitecturalandDesignResearchInstituteLimitedCompany,Dalian116021,China)

Combining with our current design code, through the design calculation example of a basement retaining wall, researched the value problems of towards soil surface concrete protection layer of basement concrete retaining wall design, elaborated the internal force calculation, bearing capacity calculation and cracks checking computation process, finally gave some suggestions value of towards soil surface concrete protection layer of retaining wall.

basement, retaining wall, concrete, protection layer

2015-02-11

王兆旭(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)12-0049-03

TU476.4

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