1. 概述
近几年, 在城市化进程过程中, 基础建设的大量投入, 建设用地越来越匮乏, 国民的收入随着国家经济发展在不断提高, 人们对居住环境的要求也越来越高……这大大推动的住宅郊区化的进程, 郊区低密度的别墅群随之兴起。别墅建筑不同于一般的商业、住宅建筑, 尤其是坡地别墅项目, 建筑师们往往都是精心考虑地形的特殊性, 充分利用地形地势。依山而建, 傍坡而筑, 因此各单体建筑之间的地坪标高因地势变化而随之不同等情况, 其场地地貌和地质条件往往较为复杂, 因此在如何做好挡土墙的设计是结构工程师应思考和注重的问题。
2. 挡土墙计算模型的合理简化
挡土墙的结构型式一般分为重力式, 悬臂式和扶壁式等, 通过块石、砖、素混凝土及钢筋混凝土材料构成的。在实际工程中常见的挡土墙种类有支撑建筑物周围土体的挡土墙、地下室侧墙等。
2.1 支撑建筑物周围土体的挡土墙:
在坡地别墅项目中, 各楼栋之间均可能设有围墙, 因坡地地势的高低会使各楼栋间存在相对高差, 在高差较大的位置应设置钢筋混凝土挡土墙, 其计算模型可简化为上端悬臂, 下端固接的单向板, 取1米板带宽度, 如图一所示。
2.2 地下室侧墙:
因整体设计, 或其他原因无法“营造局部平地环境”处理的坡地建筑, 挡土墙与建筑物的主体结构重合, 则该地下室侧墙承受的竖向荷载有上部结构及地下室结构楼盖的传重和自重, 水平荷载有地面活载、侧向土压力、地下水压力等, 在实际工程的地下室侧墙设计中, 竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用, 侧墙配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯距确定, 故其计算模型可简化为上端铰接, 下端固接的单向板, 取1米板带宽度, 如图二所示。但地下室侧墙位于楼梯间、窗井或地下室侧墙顶部敞开无顶板相连时, 地下室侧墙的顶部无法提供侧向支撑点, 其计算模型可按图一模型简化计算。
挡土墙 (悬臂式) 由立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三部分组成。根据挡土墙所处条件 (如工程地质等) , 分析受力形式并合理简化, 选取正确的荷载, 确定挡土墙截面尺寸, 进行立臂的结构强度、裂缝等计算;墙趾悬臂和墙踵悬臂主要受的力有上部的土重、自重、地面活载及基底压力等, 根据各作用力的平衡关系对墙趾悬臂和墙踵悬臂进行结构强度、裂缝等计算。
3. 挡土墙基础的承载力与稳定性验算
上述部分相当于挡土墙的主体结构设计, 接着根据确定的截面尺寸、上部荷载及地质情况等条件进行基础承载力和稳定性的验算。
3.1 基础承载力的验算:
根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2节规定计算, 根据挡土墙自重、覆土重及土压力等作用力, 计算基础底面的压力, 并满足Pk≤fa、Pkmax≤1.2fa, 为了安全起见, 在基础底面避免出现零应力区, 即Pkmin>0;当基底下为填土或软弱层时, 应进行地基处理, 根据实际情况采用填土夯实或块石垫层等方法提高地基承载力。
3.2 稳定性验算:
挡土墙的稳定性包括抗倾覆和抗滑移稳定验算, 根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第6.7.5条规定计算, 使抗倾覆稳定系数Ko=Mzk/Mqk≥1.6 (Mzk为抗倾覆矩, Mqk为倾覆力矩) , 抗滑稳定系数Kc= (Gk×μ) /Ea≥1.3 (Gk为挡土墙自重、覆土重和地面活载之和, μ为土对挡土墙基底的摩擦系数, Ea为土的合力) 。
4. 挡土墙设计的注意事项
4.1在坡地建筑中, 园区道路一般会沿坡底环绕构成主干道, 可造成变化起伏的意境, 这会使挡土墙的设计高度也随之变化, 此时对挡土墙可采用分段式设计, 以达到经济性。当高差较小时可采用砖砌挡土墙, 根据《砌体结构设计规范》GB50003-2011第5.4条规定计算受弯和受剪承载力, 并采用相应的加强措施, 如设置构造柱和圈梁等。
4.2挡土墙基础设计时应充分考虑建筑主体基础与挡土墙基础之间的关系。当挡土墙兼作主体建筑外墙时, 应考虑主体上部结构传来的荷载, 当两者相互独立时, 两基础间应保持一定的净距, 其数值应根据建筑荷载, 基础形式和地质情况确定, 一般可按1.:2的比例放阶。
5. 结束语
坡地建筑的设计, 应合理利用地形, 尽可能通过“营造局部平地环境”消除坡地对建筑物的影响。坡地建筑项目因其地势高低, 挡土墙设计是一个重要的设计环节, 根据场地的地貌、地质条件, 工程需要, 施工技术及造价等因素合理选择结构型式, 其计算模型符合实际状况, 力求使挡土墙与坡地建筑主体结构的完美组合, 做到技术先进、安全可靠、经济合理、确保质量和保护环境。
摘要：随着坡地别墅的兴起, 复杂的场地, 看似与主体设计无关的挡土墙设计在整个设计中是不可忽视的, 挡土墙的合理设计关系到建筑的安全性、经济性, 本文对坡地建筑中挡土墙设计和应用做浅略探讨, 供同行参考。
关键词：坡地,挡土墙设计
参考文献
[1] 建筑地基基础设计规范GB50007-2011
[2] 建筑边坡工程技术规范GB50330-2013
[3] 混凝土结构设计规范GB50010-2010
[4] 砌体结构设计规范GB50003-2011
[5] 朱彦鹏, 王秀丽, 周勇.支挡结构设计计算手册.中国建筑工业出版社.2008.4