廠房內部存在擋土墻時兩種結構方案的比較

趙明，黃秀亮，林家民

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

擋土墻是工程建設領域常見的一種構筑物，廣泛用在道路工程領域，起到邊坡穩定、防止土體變形的作用。常見的擋土墻形式有重力式擋土墻、扶壁式擋土墻、懸臂式擋土墻等。而本文討論的擋土墻在工業廠房內部，當廠房內部存在高低差時，需要在廠房內部設置擋土墻。

2 項目簡介

本項目位于山東省臨沂臨港經濟開發區，抗震設防烈度為7 度。整個廠房占地面積21 190 m2，建筑面積30 310 m2，西側為機加工車間，長108 m，寬51 m，東側為制動鼓車間，長233 m，寬51 m。西側機加工車間為2 層鋼筋混凝土框架結構，地面標高為-6.000 m，2 層樓面標高為±0.000 m，建筑高度為18.8 m；東側制動鼓車間為單層鋼結構廠房，地面標高為±0.000 m，建筑高度為16.8 m。2 個廠房在±0.000 m標高相通。廠房局部平面示意圖如圖1 所示。廠房建成投產后將形成80 000 t/a 制動鼓產品的完整生產鏈。

圖1 廠房局部平面示意圖

3 兩種方案的比較

根據巖土工程勘察報告，廠房東西方向高差比較大，高差達到6 m，為了減少填方挖方，因勢利導，2 個廠房的地坪標高不在同一個標高，這樣在廠房內部形成高低差，需做擋土墻來抵抗土的側壓力。側向土壓力分為靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。當支護結構變形不滿足主動土壓力產生條件時，或邊坡上方有重要建筑物時，應對側向巖土壓力進行修正。本工程擋土墻設計采用主動土壓力計算。

本工程采用的是懸臂式擋土墻，懸臂式擋土墻是一種輕型支擋構筑物。其支擋結構的抗滑移、抗傾覆主要取決于墻身自重和墻底板以上填筑土體（包括荷載）的重力效應，在墻底板設置凸榫提高擋土墻的抗滑穩定性。由于擋土墻采用鋼筋混凝土結構，墻體內的拉應力則由鋼筋承擔，使得其結構厚度減小，自重減輕，鋼筋混凝土底板剛度的提高，使得擋土墻立臂高度較高且提高了其在地基承載力較低條件下的適應性。本工程擋土墻的持力層為粉質黏土，其承載力特征值fak=150 kPa，承載能力中等，選取懸臂式擋墻可以滿足地基承載力的要求。懸臂式擋土墻組成見圖2[1]。

圖2 懸臂式擋土墻橫斷面圖

懸臂式擋土墻截面尺寸應根據強度和變形計算確定，立板頂寬和底板寬度應不小于200 mm。本工程要保證擋土墻后填土內的水不能滲入車間內，擋土墻采用抗滲混凝土，抗滲等級P6。規范規定，防水混凝土的結構最小厚度應不小于250 mm[2]，所以立板頂端厚度為250 mm，底板處最小厚度為500 mm。當擋土墻高度大于4 m 時，宜加根部翼[3]。懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻縱向伸縮縫間距宜采用10～15 m。宜在不用結構單元處和地層性狀變化處設置沉降縫；且沉降縫和伸縮縫宜合并設置。擋土墻結構應進行混凝土裂縫寬度的驗算。迎土面的裂縫寬度應不大于0.2 mm，背土面的裂縫寬度應不大于0.3 mm。

懸臂式擋墻的混凝土強度等級應根據結構承載力和所處的環境類別確定，且應不低于C25。本工程擋土墻混凝土強度等級采用的是C30。當擋土墻受滑動穩定控制時，應采取提高抗滑能力的構造措施。宜在墻底下設防滑鍵，其高度應保證鍵前土體不被擠出。防滑鍵厚度應根據抗剪強度計算確定，且應不小于300 mm。本工程通過在墻底板設置凸榫提高擋土墻的抗滑穩定性，凸榫高度300 mm，且配有12 mm@150 mm 的抗裂鋼筋。

結構方案的選型時有2 種方案：方案一為2 個廠房柱子基礎與擋土墻聯合，如圖3 所示；方案二為廠房柱子基礎與擋土墻脫開，如圖4 所示。

圖3 方案一：擋土墻與廠房基礎聯合

圖4 方案二：擋土墻與廠房基礎脫開

當采用方案一時，不影響廠房使用空間，但是也存在一定的安全隱患，即當擋土墻出現破壞時，會影響廠房主體結構的安全。當采用方案二時，擋土墻放到軸線與軸線中間，由于軸線軸線獨立基礎的底面積較大，留給擋土墻的可用空間較少，如果擋土墻頂部標高仍然在±0.000 m，會因擋土墻的計算高度較高而無法通過，所以坡頂采取放坡的方式，減少擋土墻的計算高度。放坡后坡頂標高為-2.500 m，±0.000～-2.500 m 采取自然放坡的形式，-2.500 m 標高以下為擋土墻主體，這樣擋土墻的計算高度減少2.5 m，擋土墻計算容易滿足。將擋土墻放置在軸線與軸線中間，雖然減少了機加工廠房的使用面積，但是擋土墻與2 個廠房的基礎脫開，擋土墻的破壞不影響廠房主體結構的安全，廠房主體結構的荷載也不作用于擋土墻，結構安全性大大提高。

規范中明確規定，山地建筑結構不宜兼作支擋結構。當主體結構兼做支擋結構時，應考慮主體結構與巖土體的共同作用及其地震效應[4]。不管是從結構安全的角度看，還是從規范規定的計算難易程度看，擋土墻與廠房基礎脫開更合理。

懸臂式擋墻結構構件應根據其受力特點進行配筋設計。懸臂式擋墻的受力模型簡單，其立板、墻趾板和墻踵板等結構構件可取單位寬度按懸挑構件進行計算。擋土墻高度的增加，導致其所受內力呈平方關系的增加。懸臂式擋墻高度一般不宜超過6 m，本工程不放坡的擋土墻高度為7.5 m，坡頂經自然放坡后，擋土墻高度為5 m，滿足規范要求。同時放坡后，廠房地面堆載對擋土墻的影響減小，這時的擋墻主要承擔其后填土的主動土壓力，使得擋土墻的截面和配筋可以顯著地降低，降低建造成本。

放坡之后擋土墻后的填土，應優先選擇抗剪強度高和透水性較強的填料。當采用黏性土作填料時，宜摻入適量的砂礫或碎石。不應采用淤泥質土、耕植土、膨脹性黏土等軟弱有害的巖土體作為填料。同時應清除填土中的草和樹皮、樹根等雜物。在墻身混凝土強度達到設計強度的70%后方可填土，填土應分層夯實。

擋墻在施工前應預先設置好排水系統，保持邊坡和基坑背面干燥。基坑開挖后，基坑內不應積水，并應及時進行基礎施工。擋墻的抗滲與泄水布置應根據地形、地質、環境、水體來源及填料等因素分析確定。本工程擋墻在廠房內部，不存在墻后填土地表排水系統，水源主要來自墻后填土內的地下水。

4 結語

工程設計應充分利用地形、地貌，采用合理的建筑結構形式，不應對原地貌進行大開挖和深填方。擋土墻是工程建筑中常見的一種構筑物。懸臂式擋墻的受力模型簡單，通常應用在墻體高度不大于6 m、對地基承載力要求不高的地方。本工程采用懸臂式擋土墻。當廠房內部存在擋土墻時，通過2 種方案的比較，廠房柱子與擋土墻脫開，同時擋土墻頂面土體采取放坡的形式，既滿足廠房安全的需要，也滿足擋土墻安全的需要。