對《超高擋土墻結構設計》一文的商榷

龔昌基

(福建省建筑設計研究院 福建福州 350001)

《建筑結構》2010.7刊登Z總工《超高擋土墻結構設計》一文(以下簡稱“Z文”)。其中墻后主動土壓力計算方法似可商榷。讓我們先了解Z文論述的工程背景，再進一步探討Z文介紹的土壓力計算方法。

工程背景:深圳某培訓基地為在山坳填土形成室外停車場，須建擋土墻，墻后擋土最大高度為22m。原設計為二級臺階形式的重力式漿砌片石擋土墻，第1階擋土墻建于中風化花崗巖上，第2階置于新近回填土上，于2005年4月施工完畢。由于6月數日暴雨，誘發該邊坡滑坡將上部第2階擋土墻全部沖毀，下部第1階擋土墻部分沖毀，墻后人工填土向公路傾瀉，地下水順倒塌的墻基滲出，淹沒了路面，對建筑場地、公路交通和周圍環境產生不利影響。

文章分析事故原因是:(1)墻身泄水孔堵塞，墻后排水不暢，第1階擋土墻在其墻后土壓和水壓共同作用下產生的彎矩和剪力遠大于其設計值，發生了彎曲和剪切破壞;(2)第2階擋土墻基礎直接置于未經地基處理的填土上，在雨水沖刷下基礎下陷失穩而整體垮塌。

因此重新制定了新擋土墻方案:(1)10m～22m高度的擋土墻采用扶壁式鋼筋混凝土擋土墻;(2)設置減壓平臺，有效地降低墻后土壓力;(3)加強墻后排水構造措施。

新方案第(1)點中，10m～22m高度的擋土墻采用扶壁式擋土墻，已超出規范的適用范圍了——見《建筑邊坡工程技術規范》GB 50330－2013第12.1.2條，應經專項技術論證。不過，Z文標題已點明是“超高擋土墻”，也許已經通過專題論證。這是題外話。

圖1 (摘自Z文圖1)擋土墻平、剖面示意圖

疑問在于第(2)點:設置減壓平臺是否能“有效地降低墻后土壓力”(按Z文表1:未設置減壓平臺前，墻后總土壓力2833kN，設置后降低為996kN，僅為前者的35%)，值得商榷。

如所周知，土中某一點的側壓力強度σ可以表達為該點深度h的函數:

式中γ——人工填土的容重kN/m3，

Ra——土的側壓力系數，根據朗金理論，可表達為:

地面超載q產生的土側壓力也可以等代為土層厚度h1=q/γ，疊加在地面以上計算。

扶壁式擋土墻是重力式(包括懸臂式)擋土墻的一個特例。除墻身結構外，別無二致。

顯然，對于扶壁式擋土墻，墻后總的主動土壓力也僅與土質和墻后地面以下墻高以及地面超載大小有關。誠然，未超出滑裂面范圍的“減壓平臺”可以改變墻面板的內力分布(因為“減壓平臺”以下的墻面板由三邊支承板改變為四邊支承板，板內彎矩大小及圖形隨之改變，這對墻板受力是有利的;況且平臺板以下的部分土壓力經平臺板及護壁直接傳走，也減小了墻面板所受土壓力)，但這改變不了擋土墻總的土側壓力及傾覆力矩。總體而言，土壓力圖形仍如圖2(a)所示，而圖2(b)有誤。

圖2 (摘自Z文圖2)設置減壓平臺前、后的墻背土壓力

反過來說，如果加兩道“減壓平臺”能把墻后水平土壓力減至35%，那么再多加幾道“減壓平臺”，土壓力豈不趨于零?然而事實上，只要“減壓平臺”的寬度沒有延伸到墻后土體的破裂面范圍以外，無論加多少道“減壓平臺”，都改變不了水平土壓力總值。假如減壓平臺有足夠多道，以至于可把圖一(c)中砼面板至土工布之間看成一個實體，則土壓力圖形就應該如圖2(a)那樣。

Z文關于“設置減壓平臺后，由于其上的土壓力不能傳到平臺以下，可以有效地減小土壓力”的論斷，是參考了《地基與基礎工程施工計算》一書[1]。經查閱，該書第120～121頁闡述了“重力式擋土墻墻背設置卸荷平臺后，可起到減少平臺下H2段內土壓力的作用”;并指出其“減壓范圍，一般認為至滑裂面與墻背交點E處為止。”(參看圖3，即文獻[1]圖3－b)。

圖3 帶卸荷平臺的擋土墻壓力(摘自文獻[1]圖3－22)

按文獻[1]，卸荷平臺以下至滑裂面與墻背交點E，土壓力圖形存在一個三角形的缺口，它代表減壓部分;而E點以下的土壓力圖形即恢復到不設卸荷平臺時的狀態;這和圖2(b)(即Z文圖2(b)是大不一樣的。

關于卸荷板式擋土墻的墻背土壓力計算，還可以參照李海光《新型支擋結構設計與工程實例》[2]，該書第55頁圖3－2及相關文字與上述文獻[1]完全一致。

即使是上述三角形缺口所代表的減壓部分土壓力，對墻背B－C－E段而言固然不起作用，但它并沒有消失，而是通過土的自然拱作用，轉移到上下端去。

就(圖1)所示的扶壁式擋土墻而言，在扶壁寬度范圍內的土壓力圖形，無疑還是如圖1(a)一樣，至于兩道扶壁之間，因存在減壓平臺而減小的土壓力，將通過土的自然拱作用，轉移到“缺口”的四周去;對整體擋土墻而言，土壓力并無損益。

Z文另引楊太生《地基與基礎》(中國建筑工業出版社，2004)一書，筆者還沒有找到這本書，未知是否有更充分的理由。

至于前述背景工程之所以成功，筆者以為主要得益于Z文論述的新方案第(3)點措施——加強墻背排水構造措施。如圖1(c)示，墻背填筑寬達5m的“砂礫石濾水層”，并設置多排的泄水管，這不但基本消除了墻背積水壓力，而且大幅度降低了墻背填土及原狀土的含水量，從而提高了墻背土的c、φ值，這才是減輕墻背土壓力的真正原因。如果把它歸因于設置減壓平臺的作用，可能產生誤導。

本文初稿曾與Z總交流，原不打算發表，但在此后施工圖審查工作中屢見類似算法，覺得這個問題還值得研討，特將此稿整理奉上，以期引起同行關注與討論。

以上管見，不敢自是;曾請福建省建筑設計研究院勘察分院丁勝生副院長、林勝天總工、吳銘炳總工、福州市開發區建筑設計研究院應高飛總工審閱并提出寶貴意見，在此一并致謝。

[1]席永慧、徐偉，地基與基礎工程施工計算[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.

[2]李海光，新型支擋結構設計與工程實例[M].北京:人民交通出版社，2004.