坡地建筑挡土墙设计探讨

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　　【摘 要】中国建筑有许多因为不重视挡土墙的设计，从而引起事故的例子屡见不鲜，经济损失惨重。挡土墙设计是否合理，关系到建筑的稳定性及滑坡问题。本文根据笔者多年的工作经验，对挡土墙的设计进行分析。
　　【关键词】坡地；挡土墙；结构设计
　　引言
　　在设计坡地建筑的时候有什么难点呢？坡地建筑有四个不原则：①除了保护生态环境来说，具体来讲，超过15米以上的大树，或者是有价值的树种，珍贵的树种，尽量的保留，不要砍伐，必要的时候可以移栽；②尽量不做大量的挖土和填土；③尽量不做太高的挡土墙，最好不要超过1.5米；我曾经在参与过一个项目，原来这个首席的设计，是好多很高的挡土墙，有的甚至是4、5米高，一般都有3米高，如果我们认真地去做总图设计，认真地区用这些山体的原件，就可以减少很多的挡土墙，其后的第二第三期的设计，我们已经减少好多的挡土墙，而这些挡土墙在建造的时候全部都不会超过1.5米；④如果有些区内的道路，要衡过山谷，这个架桥道路的高度，最好不要超过1.5米，因为挡土墙和高架桥，不单只是建筑成本比较贵，在视觉上会影响山坡的生态上都是不值得鼓励的，问题是要花一些心思，用一些聪明的办法，就可以令到小区里面的规划，一方面可以减少道路面积，做到局部的人车分流，提高这个成本的效益。采取这个四个不的原则，但是这样是要多花心思的。以下为笔者对挡土墙设计方面的一些建议。
　　1、挡土墙设计的前期准备工作
　　在进行挡土墙设计前，必须充分做好准备工作，才能把挡土墙设计做好。设计前需获得工程地点的平面地形图及相关的地形剖面图，同时去现场实地踏勘或测量，必要时对现场进行专门的地质勘察工作，获得工程地质勘察部门提交的工程地质勘察报告。设计人员应根据工程特点及挡土墙设计需要，对勘察工作提出具体要求。如勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并宜在开挖边界外按开挖深度的1～2 倍范围内布置勘测点，对于软土，勘察范围宜扩大；勘察的深度应根据挡土墙结构设计的要求确定，不宜小于 1 倍开挖深度，软土地区应穿越软土层；勘探点间距应视地层条件确定，可在 15～30m 内选择，地层变化较大时，应增加勘探点，查明其分布规律。对于规模较小的工程和重要性较低的工程，如果没有专门的地质勘察资料，一般可按照当地或场地附近的相关地质资料作为参考设计。
　　2、挡土墙结构设计方案的确定
　　对于一个挡土墙的结构设计，应当根据现场的自然地形、地质及当地的经验及技术条件，综合考虑选定一个最优的设计方案。这个方案应是符合国家的经济技术方针、政策、规范及条例，技术先进，安全可靠，造价经济，施工方便的挡土墙结构。在设计中，由于挡土墙的设置受到墙高、外力、地形、挡土墙后回填土类别、地基持力土层类别、水文条件、建筑材料、挡土墙的用途等影响，应根据工程实际需要，按照具体情况确定合适的挡土墙方案，对几个方案进行比较，进而调整优化方案。方案比较一般包含两个方面：一是挡土墙和其他结构（如护坡、抗滑桩等）的比较；二是挡土墙本身结构形式的比较。笔者做过的广东某建筑挡土墙结构方案设计中，现场的建筑外自然地面与建筑内地面设计标高，两者最大的高差达到 6m多，而作为挡土墙持力层的粘性土层在自然地面以下约 2～3m 处，估算挡土墙高度约为 8～10m高。最初考虑的挡土墙形式为扶壁式钢筋混凝土挡土墙，挡土墙纵向长度约 110m，挡土墙体厚度比较厚，混凝土用量较大，经过预算人员的计算，挡土墙工程造价高，经济上不大合理。第二个方案考虑钢筋混凝土锚杆式挡土墙，虽然面板用的混凝土量减少了，但经过结构计算，在粘性土层中的锚杆单杆允许拉力为 330KN，允许拉应力比较低，根据挡土墙的受力情况，需要布置较多的锚杆才能满足要求，同样也使挡土墙工程造价比较高，而且现场施工难度比较大，施工周期长，该方案也不大合理。后来经与建筑设计人员商量，改变建筑地面排水走向，建筑地面做成一定比例的坡度，开挖一部分土，适当降低建筑内地面与建筑外自然地面的高差，使最大高差部分降至为 5m，确定挡土墙形式为水泥砂浆砌毛石挡土墙。虽然建筑内的场地地面平整增加了一些土方开挖的量，但由于挡土墙的高度降低了些，改为水泥砂浆砌毛石挡土墙后，整个挡土墙的工程造价降低了很多，使工程更加经济合理。因此，合理确定挡土墙的结构方案，包括挡土墙的断面形式和使用材料很重要。挡土墙的结构设计方案选择得好，不但可以使挡土墙发挥有效的作用，确保工程安全，而且能够节约工程投资。
　　3、挡土墙结构计算的一些要点
　　在挡土墙的结构计算中，需考虑挡墙位移问题。建筑物容许位移情况，根据位移情况确定是选用主动土压力还是静止土压力来计算设计挡土墙。在大部分的挡土墙工程中都是按主动土压力来计算，同时不考虑被动土压力，这样做工程比较偏安全。也有用静止土压力来计算的情况，比如由于结构上部约束使挡土墙不能发生移动或转动（如楼房地下室侧墙、地铁侧墙、地下廊道侧墙、岩基上挡土墙供作等）。或者当地基条件较差（如软弱地基），挡土墙容易发生移动的情况，可用静止土压力来计算，以获得较大的挡土墙断面。在计算主动土压力系数：
　　对于上面计算式中墙后填土的内摩擦角 以及墙被与填土间的摩擦角 ，它们的取值对计算结构有较大的影响，应予以相当的重视，取值可以通过试验确定。如果是通过查阅相关资料及数据表格来确定，应严格按照场地土的实际情况来取值，如果选取的墙后填土的内摩擦角 及墙被与填土间的摩擦角 值与实际值有一定相差，会造成主动土压力系数Ka计算的不准确，甚至会使整个计算结果与实际完全不相同，造成不安全的挡土墙结构设计产生。在计算挡土墙抗滑动稳定计算式： 对于基底摩擦系数 的取值，也对计算结果有较大的影响。计算中确定 值时必须结合地基土的具体情况，一般可通过试验确定。这些土的主要物理力学性质参数可以从工程地质详细勘察报告中获得，如报告中未提供，设计人员可要求勘察单位提供。抗滑移稳定和抗倾覆稳定是确定挡土墙是否成功的主要指标，尤其是重力式挡土墙，只要抗滑移稳定和抗倾覆稳定满足规范要求，则说明墙体断面尺寸是符合要求的。
　　4、挡土墙排水设计的重要性
　　排水设置的好坏直接涉及挡土墙的安全与使用，尤其是在南方雨水充足的地方，下大雨或暴雨时雨水会迅速从地面直接渗入，对墙被产生较大压力。如果挡土墙的排水不良，会对挡土墙基础和建筑物的稳定造成很大影响，严重时可对地基造成破坏，从而导致挡土墙失稳，带来较大的社会影响和经济损失。因此，设计时必须认真对待挡土墙的排水设计，除了按照规范在墙体设置一定数量的泄水孔外，还可以增加一些措施来加强挡土墙排水。比如为使地面水不浸入地基，适当增加水泥硬化地面的面积，在挡土墙前距墙约 1m 以外设置混凝土散水或排水明沟；当挡土墙后处于渗水量大或有集中水流时，可设置盲沟或引流；必要时在浸水挡土墙的墙身前后两面做防水层，使水流尽量从泄水孔排出等措施。在本项目挡土墙设计中，由于项目地处山坡上，四周均需设置挡土墙，挡土墙墙身按规范要求设置了足够数量的泄水孔，孔的进口均按规范要求设置级配碎石反滤层以及粘土隔水层；同时在建筑靠近挡土墙处，即周边均设置了散水引流及排水明沟，加强了整个项目排水系统的性能。
　　5、结束语
　　挡土墙是一种应用广泛的结构形式，挡土墙在各类建设工程中的设置主要起着安全防护作用，同时还有节约工程投资、减少建筑用地的作用。在很多情况下，没有挡土墙的安全就没有建筑工程的安全，因此做好挡土墙设计很重要。
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