擋土墻組合結構型式選用的探討

蘭宏

摘要：擋土墻是一種常用的輔助結構，使用廣泛，合理選擇擋墻的結構型式，可降低工程造價，縮短工期，厘清擋墻計算原理，設計中可事倍功半。

關鍵詞：擋墻；組合結構；承臺；樁；地基處理

引言

擋土墻在市政、港口、水利工程中應用廣泛，種類繁多，包括重力式擋土墻、錨桿擋土墻、加筋土擋土墻、板樁式擋土墻等[2]。

隨著城市的發展，擋土墻結構在城市道路中的應用越來越廣，主要用于上跨橋的橋梁引道，下穿通道的地道引道、地形高差較大等的支護構造等等。由于受到空間位置，經濟因素等影響，城市中支擋結構主要采用薄壁式擋土墻（又稱半重力式擋土墻）。薄壁式擋土墻主要包括懸臂式和扶壁式兩種型式，根據基礎類型又可分為天然基礎擋土墻和樁承臺擋土墻。

某工程中地質情況復雜，工期緊張，施工環境惡劣，本文結合工程實例，對擋墻組合結構型式的選用加以闡述。

1 擋墻結構選型

擋土墻結構型式的選擇需根據工程地質情況、擋土高度、變形敏感性、施工環境、工期、材料獲得代價等綜合考慮，多方案比選。錨桿擋土墻適用于一般地區巖質路塹地段。加筋土擋墻一般應用于地形較為平坦且寬敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用。板樁式擋墻適用于開挖土石方可能危及相鄰建筑物或環境安全的邊坡、填方邊坡支擋以及工程滑坡治理。

1工程地質情況

若地質情況好，基巖埋藏淺，可采用重力式擋墻，造價低廉；若地質情況較差，可采用對地基承載力要求較低的半重力式擋土墻；若地層為較深厚的軟弱黏土，則需進行地基處理甚至采用樁基礎[1]。

2擋土高度

重力式擋墻適用于擋土高度2～10m的情況；衡重式擋墻適用于擋土高度4～12m的情況；懸臂式擋墻適用于擋土高度2～6m的情況；扶壁式擋墻適用于擋土高度5～12m的情況。

3變形敏感性

工程對整體沉降容忍度較高時，在承載力及整體穩定滿足要求的情況下，只在擋墻下設置墊層即可。工程對變形控制要求嚴格時，需采用地基處理甚至樁基礎減小沉降。但無論哪種情況，都應嚴格控制不均勻沉降，較大的不均勻沉降會對運營期的使用造成極大困擾。

4施工環境

設計前，應與相關單位取得聯系，對工程環境及施工環境有一定的了解，確定相應的施工機械和施工方法，以此作為設計的依據。

5工期

擋土墻根據施工可分為現場澆筑（砌筑）和預制兩種型式，當工期緊張時，可選擇能夠在場地批量預制的鋼筋混凝土擋土墻。

6材料

宜根結合目所在地便于取材的原則選擇合理的擋墻形式。

2 幾種推薦擋墻組合結構型式

某工程地質情況及工程環境復雜，施工環境惡劣，主要表現在以下幾個方面：1地質較差，多為深厚淤泥，地基承載力較低，根據工程需要，對不同區域采用了不同的地基處理方式；2工程緊鄰河道、現狀建筑物及其他工程，對施工方法的選擇要求較高；3工期緊張。

鑒于以上情況，此工程在不同位置采用了不同的擋墻組合型式：

1與其他工程緊鄰處，當擋土高度較小時，鋪設砂墊層后直接施工懸臂式擋墻，墻后回填部分輕質土。

2與其他工程緊鄰處，當擋土高度較大時，采用水泥土攪拌樁進行地基處理，然后依次鋪設褥墊層，施工懸臂式擋墻。

3沿河段，由于采用了高壓旋噴樁，PC管樁和水泥土攪拌樁進行地基處理，因此直接施工扶壁式擋土墻。

4護岸段，由于未進行地基處理，擋土高度大，采用樁-承臺-擋墻組合結構，樁基為鉆孔灌注樁。

3 擋墻組合結構型式設計原理

上述1、2、3擋墻組合結構，擋墻與基礎分離，受力明確，可獨立計算，目前對于擋墻的計算理論已十分成熟，本文不再贅述。需要注意的是，輕質土包擴泡沫混凝土、EPS塊和EPS顆粒混合土，可根據實際需要選擇，參數取值亦需對應。

對于第4種擋墻組合結構，又可分為兩種型式，第一種是樁-承臺和擋墻分離，擋墻將豎向力和摩擦力傳遞給承臺，承臺再傳遞給樁基；第二種是樁-承臺和擋墻為整體結構，共同受力，兩種結構型式如圖1：

3.1 樁-承臺和擋墻分離結構型式

此種結構的優點：1.上下分離，受力明確，便于簡化計算；2.能夠充分發揮薄壁式擋墻預制的優點，樁基-承臺和擋墻的施工可同步完成，大幅減少工期，而且工廠預制可較好地保證擋墻的質量。擋墻較低時，采用懸臂式擋墻，擋墻較高時，則采用扶壁式擋墻。

擋墻抗滑穩定計算時，與承臺的摩擦系數可按混凝土-混凝土取值。若抗滑計算不能通過，可采取措施增大墻底與承臺頂的摩擦系數，如鑿毛處理、設置凸榫等。施工時需注意墻底與承臺間應清理干凈，保證使用期的有效摩擦。

承臺-樁的計算，建議采用整體模型計算。當布樁規則時，可取典型斷面計算；當布樁不規則，若能夠找到控制工況，可采用簡化斷面計算；當布樁不規則，不容易確定最危險斷面時，需建立空間模型模擬計算，上部荷載為擋墻底板的均布力和摩擦力。

承臺-樁計算模型可采用m法計算，土的水平地基抗力系數根據土層物理力學參數、樁徑及深度確定。

…………………3-1

K-土的水平地基抗力系數（kN/m3）；m-土的水平地基抗力系數隨深度增長的比例系數（kN/m4）；z-計算點深度（m）。

土體受壓時可假想為彈簧，電算輸入每個彈簧質點的彈性系數，便可考慮土體的約束作用。

………………3-2

k-彈簧系數（kN/m）；D-樁的直徑或邊長（m）； -土體分段長度（m）。

由于樁基一般進入較好持力層，沉降小，一般可滿足工程需求。水平位移可通過電算查看，若水平位移不滿足要求，可通過改變墻后填料減小水平力或在承臺范圍內換填土體以加強水平抗力的方法減小水平位移。

3.2 樁-承臺-擋墻整體結構型式

優勢在于：樁-承臺-擋墻形成一個受力的整體，擋墻抗傾抗滑能力增強，可以說，只要結構強度滿足要求，擋墻承受的水平力最終都傳遞到樁上。

該結構型式的計算模式有別于常規的薄壁式擋墻，需先計算立板，再將荷載傳遞給承臺[3]，承臺-樁采用整體模型計算，結構計算、沉降及位移的計算方法同樁-承臺和擋墻分離的結構型式。

此種結構的墻高不宜過高，一般不超過9m，當墻身過高時，墻身下部的彎矩增大，配筋增加，墻頂變形也較大，樁徑和樁數也可能較加，這樣就明顯失去經濟實用的效果[3]。

4 結語

在建設工程中，擋墻作為一種支擋輔助結構，使用非常頻繁，擋墻工程質量不僅關乎自身的結構安全，更關系到主體工程的安全。合理選擇擋墻型式，不僅可以降低造價，減少工期，還能有效地保證工程質量。本文推薦了幾種常用的擋墻組合型式，并對設計計算方法簡要闡述，希望在實際工程中起到一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]葉書麟.地基處理工程實例應用手冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社.

[2]楊杰，馬興華，黃荳荳.低樁臺擋土墻基礎結構設計計算[J].水運工程，2012：12（增刊）：74-77，82.

[3]李洪亮，魏洪濤，沈可，季小川.采用樁基礎的懸臂式擋墻計算分析[J].公路，2009：11：111-114.

[4]趙明華.土力學與基礎工程[M]. 武漢：武漢理工大學出版社.

[5]丁克，戚紅祥.單排及雙排灌注樁擋墻型式的設計與應用[J].江西水利科技.2001（第4期）：221-224，228.

（作者單位：北京城建設計發展集團股份有限公司）