坡地建筑半地下室擋土墻設計★

門夢飛　周萬清*　陳　堯　張明玉

(三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌　443000)

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坡地建筑半地下室擋土墻設計★

門夢飛周萬清*陳堯張明玉

(三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌443000)

結合三峽庫區某生態系統試驗站的設計實例，考慮耦合擋土墻的抗傾覆、抗滑移、穩定性、抗震性及防水性等因素，采用PKPM和理正擋土墻軟件建立了模型，分析了坡地建筑半地下室擋土墻的設計問題，研究結果表明：采用擋土墻與主體結構整體設計的方法，結構的整體性能更好。

坡地建筑，擋土墻，穩定性，防水構造

隨著我國綜合國力的不斷增強，經濟的快速發展，城市中心的用地越來越緊張；與此同時，社會的飛速發展，人們的居住和辦公條件不斷改善，空氣清新、環境幽雅的辦公地理位置也是人們選擇的關鍵。于是，越來越多的坡地建筑成為開發商及建設單位的優先選擇。然而坡地建筑也存在很多安全隱患，我們設計時需要著重處理。坡地建筑結構設計的最重要的方面就是要對山體邊坡進行維護，保障山體穩定最重要的處理方法就是做擋土墻。本文結合實例中科院水生所三峽水庫香溪河生態系統試驗站辦公區的設計，擬建建筑依山而建，需將坡地修整成臺階狀地形，建筑物是跨越了臺階而順著臺階建造。主體結構一側臨土，三側臨空，擋土墻設計方法有兩種：1)在迎土面設置獨立擋土墻，擋土墻與主體結構脫開，結構受力清晰；2)采用擋土墻與主體結構整體設計的方法，通過建立模型分析比較兩種情況下擋土墻的受力情況。

1　工程概況

中國科學院武漢水生生物研究所擬在湖北省宜昌市興山縣峽口鎮白鶴村香溪河左岸興建香溪河生態系統野外試驗站。場地西低東高，標高180.36～192.36。其中辦公區二區工程建筑面積1 584.86。建筑地上結構2層，地下-1層為半地下室，一面臨土，三面臨空,在建筑西側-1層下部有局部架空層，見圖1。

2　擋土墻穩定性分析

表1　各層巖土的空間分布

2.1重力式擋土墻

當擋土墻與主體結構分離時，采用重力式擋土墻，擋土墻與主體結構受力相互獨立，各自的受力分析較單一、受力明確，且這種情況下，主體結構的構造也相對簡單。由于擋土墻背部的土體還要作為地基承受上部結構傳遞下來的力，故擋土墻背部需要先挖方再填方，然后將這部分填土夯實。綜上，要采用俯斜式擋土墻，詳見擋土墻圖集(04J008)[2]第56頁FJA5。基底采用鋼筋混凝土底板，板厚0.6 m，懸挑長度0.48 m。重力式擋土墻截面圖見圖2。

用理正擋土墻設計軟件建立此重力式擋土墻的模型進行穩定性驗算，最終計算結果如下所示：1)滑移驗算：抗滑力為125.160kN，滑移力為66.116kN，滑移驗算滿足：Fx=1.893>1.3；2)傾覆驗算：抗傾覆力矩為397.376kN·m，傾覆力矩：133.335kN·m，傾覆驗算滿足：Ft=2.980>1.6。

2.2鋼筋混凝土擋土墻

當擋土墻與主體結構整體設計時，采用鋼筋混凝土剪力墻兼做擋土墻。“這種兼做支擋結構的地下室外墻設計方法更大限度地利用了場地空間，節約了土地資源，減少了場地平整的范圍，減少了與此相關的土方工程量，同時節省了邊坡處理工程的費用，節約了工程造價并縮短了施工周期，具有極大的工程價值。”[4]

鋼筋混凝土擋土墻截面圖見圖3。

對于鋼筋混凝土地下室外墻，當地下室水位較高或地下室對防水要求較高時，地下室外墻板需承受較大水平荷載作用，應按靜止土壓力計算[4]。由朗金土壓力[5]可以計算作用在擋土墻上的靜止土壓力F=K0σz=K0γz,其中，K0=1-sinφ′，φ′為土的有效內摩擦角；γ，z分別為墻背各層填土的重度和厚度。計算可得作用在-2層③軸線上鋼筋混凝土擋土墻上的水平土壓力F1=81.422kN/m,作用在-1層⑨軸線上鋼筋混凝土擋土墻的水平土壓力F2=26.85kN/m。由于擋土墻與結構整體設計，因此水平土壓力對整體結構的穩定性也有影響。用PKPM建立模型，具體驗算結果如表2，表3所示。故整體結構滿足抗傾覆穩定驗算。且該結構的剛重比Di×Hi/Gi>10，能夠通過整體穩定性驗算。

表2　抗傾覆穩定性驗算結果　kN·m

表3　整體穩定性驗算

3　結構的抗震性能分析

鋼筋混凝土擋土墻與結構主體共同工作，一同參與抗震計算，故在主體設計中要考慮土推力對結構主體的影響。用PKPM分別建立模型：1)采用重力式擋土墻時，擋土墻與結構受力獨立，此時結構的整體模型；2)采用鋼筋混凝土擋土墻時，擋土墻與結構整體受力的結構模型。具體計算結構見圖4，圖5。由建筑抗震設計規范[7]可知樓層內彈性層間位移限值為[θe]h=1/550×3 600=6.55 mm,彈塑性層間位移角限值1/50。故兩種情況下最大層間位移和最大層間位移角均滿足規范要求。但當采用鋼筋混凝土擋土墻時最大樓層位移與最大層間位移角均小于采用獨立擋土墻時的結構。由此說明，采用鋼筋剪力墻兼擋土墻時，結構抗震性能更好。

4　防水構造要求

對于坡地建筑的半地下室，半地下室防水是需要著重考慮的問題。當采用重力式擋土墻時，坡地建筑主要采用構造防水，在結構與擋土墻之間設置排水溝導流地下水，避免水源滲透而進入室內空間，具體如圖2所示。而當采用鋼筋混凝土擋土墻與結構整體設計時，主要采用材料防水，輔助構造排水主要是基于提高混凝土的抗滲、抗裂性能而考慮的。地下部分混凝土采用抗滲混凝土，混凝土自防水功能可以通過原材料優化、合理的混凝土級配、摻加減水劑與膨脹劑等方法來實現。墻后填料選用透水性強的砂性土，填料分層夯實，擋土墻后設置排水盲溝，最大限度地減小水土壓力對于整個結構的不利影響[3]。

5　結語

坡地建筑半地下室擋土墻的選取要根據實際情況進行選取，不同的擋土墻形式具有各自的優缺點。本文的探討基于工程實踐，希望對于類似的工程設計能夠具有一定的借鑒作用。

[1]GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[2]04J 008，擋土墻(重力式 衡重式 懸臂式)[S].

[3]GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術規范[S].

[4]郭勝軍.山地建筑地下室外墻設計理論與應用研究[D].長沙：湖南大學，2008：7，22.

[5]趙明華.土力學與基礎工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2000：26-65.

The design of retaining wall of hillside building’s semi basement★

Men MengfeiZhou Wanqing*Chen YaoZhang Mingyu

(SchoolofCivilandConstruction,ThreeGorgesUniversity,Yichang443000,China)

Combined with the design of three gorges reservoir area a ecosystem experimental station, coupling of the retaining wall overturning resistance, anti slip, stability, seismic performance and waterproofing performance of factors, by PKPM and Lizheng block wall software to build a model, analyzes the hillside building semi basement retaining wall design problems. The research results show that: the retaining wall and the main structure of the overall design method, the structure of the overall performance is better.

hillside building, retaining wall, stability, waterproof structure

1009-6825(2016)08-0090-02

2016-01-09★:宜昌市科學技術局研究項目資助：坡體中斜向受荷樁動靜承載特性研究(項目編號：A13-302a-06)

門夢飛(1992- )，女，在讀碩士；陳堯(1990- )，男，在讀碩士；張明玉(1990- )，男，在讀碩士

周萬清(1978- )，男，副教授

TU476.4

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