李軼慧 張玉碩 王培樂

(1.青島北洋建筑設(shè)計有限公司，山東青島 266071;2.中交天津港灣工程設(shè)計院有限公司，山東青島 266071)

1 工程概況

1.1 工程介紹

青島市某大型地下商場工程(效果圖見圖1)，為地下3層建筑，工程總建筑面積為7.6萬m2，總用地面積為4.1萬m2，其中地下1層、地下2層為商業(yè)部分，層高均為5.1 m;地下3層為車庫(其中部分區(qū)域為人防部分)，層高為4.0 m。

圖1 地下商場夜景鳥瞰圖

從效果圖中可以明顯看出，建筑平面極其不規(guī)則，建筑物中庭開洞(效果圖中的下沉廣場);建筑立面不規(guī)則，上大下小，地下1層的面積大于地下2層，地下2層面積大于地下3層，建筑平面層層收進。本工程周圈外墻為擋土擋水墻。

1.2 設(shè)計水位(以國家85高程系為基準，位于青島大港零點以上2.42 m，下同)

按照1953年～1998年的統(tǒng)計資料，設(shè)計潮位如下:

平均高潮位:1.39 m;平均低潮位:－1.4 m;

極端高水位:3.09 m;設(shè)計高水位:1.88 m;

設(shè)計低水位:－2.12 m;極端低水位:－3.29 m;施工水位:±0.00 m。

由圖1可以看出，該工程區(qū)域緊鄰海邊，結(jié)合工程風暴潮報告，考慮到風暴潮對地下商場影響以及結(jié)合周邊建筑物高程，由建筑專業(yè)確定建筑物室外地面高程為 ±0.000(絕對高程為4.550 m)。由于緊鄰海邊，地下水位相對較高，根據(jù)工程地勘報告，該區(qū)域抗浮水位標高為1.0 m(絕對高程)。

2 擋土墻設(shè)計重點

由于該工程為全地下工程，外墻承受地震力較小，設(shè)計過程中地震力忽略不計，地下室外墻主要功能為擋土擋水墻，外墻承受主要荷載為靜止土壓力、地下水壓力以及地面活荷載。本工程擋土墻設(shè)計重點主要為:

1)中庭開帶形洞口處擋墻水平力無法傳遞。從平面圖中可以明顯看出，建筑平面不規(guī)則，樓板中庭開洞，下沉廣場導致左側(cè)對應位置擋土墻水平力無法直接傳遞，只能傳至底板;

2)立面變化導致水平力傳遞復雜。建筑立面不規(guī)則，整體呈船形，下層的面積大于相鄰上層面積，建筑平面層層收進，擋土墻水平力傳遞復雜。

3 擋土墻設(shè)計前提

3.1 部分荷載取值

地面荷載取值為10 kN/m2。

3.2 土壓力系數(shù)取值

本工程采用護坡樁支護形成干施工條件，考慮基坑支護與地下室外墻共同作用，根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施(地基與基礎(chǔ))》第5.8.11條，擋土墻土壓力計算時按照靜止土壓力乘以折減系數(shù)0.66近似計算，本工程折減系數(shù)取值為0.7。

4 擋土墻計算

常規(guī)地下室側(cè)壁的計算模型基本上可分為:

1)底板處固定、頂板處簡支的單向板;

2)底板處固定的懸壁板;

3)底板處固定、頂板處簡支、地下室側(cè)壁柱簡支或固定的雙向板。

4.1 常規(guī)擋土墻

常規(guī)擋土墻用在建筑立面無變化且樓板連續(xù)，簡化計算按照連續(xù)單向板，地下室樓層板處按鉸支座，基礎(chǔ)底板處按固端支座計算。

以3層擋土墻為例，樓面以上覆土550 mm，抗浮水位－3.550 m(相對標高)，地下1層墻厚400 mm。

地下2層、地下3層墻厚均為550 mm，靜止土壓力系數(shù)取值為0.5，結(jié)構(gòu)受力簡圖如圖2所示，彎矩簡圖詳如圖3所示，彎矩及配筋如表1所示。

圖2 受力簡圖

圖3 彎矩簡圖（一）

圖4 荷載簡圖

4.2 帶扶壁墻的擋土墻

本工程西側(cè)靠近擋土墻位置為帶形下沉廣場，地下2層頂及地下1層頂沒有樓板。則西側(cè)擋土墻的水平力無法通過樓層板直接傳遞至右側(cè)擋土墻。因此，在計算西側(cè)擋土墻時不能按照常規(guī)的計算方法。

本工程在設(shè)計過程中，為了傳遞水平力，在柱子位置設(shè)置了扶壁墻，讓水平力通過扶壁墻直接傳遞至底板，由底板向西傳遞至西側(cè)擋土墻承受水平力。

表1 擋土墻彎矩及配筋表

以2層擋土墻為例，地面以上覆土1 100 mm，抗浮水位－3.550 m(相對標高)，地下 1層墻厚 400 mm，地下 2層墻厚550 mm，受力簡圖詳見圖4，彎矩簡圖詳見圖5。

4.3 內(nèi)縮部分擋土墻

本工程靠近海邊，西側(cè)擋土墻附近存在現(xiàn)有的圍堰及基礎(chǔ)。本著最大限度服務于業(yè)主的原則，在具體設(shè)計的時候，最大可能的利用現(xiàn)有地形，盡量增加商業(yè)營業(yè)面積。因此，本工程在西側(cè)立面做成了船形(上大下小)。

1)增加扶壁墻(簡圖見圖6)。

圖5 彎矩簡圖（二）

圖6 內(nèi)縮部分擋土墻（增加扶壁墻）

在此附近存在帶形下沉廣場，設(shè)計時在柱子位置設(shè)置了扶壁墻，扶壁墻為一柱跨，使扶壁墻的長度不僅可以在－1層對擋土墻起到一個支撐的作用，而且在內(nèi)收后扶壁墻還可以對－2層的擋土墻起到支撐作用，同時在折角的位置保證受力的連貫性，最大限度的保證結(jié)構(gòu)的安全性。

2)增加墻體厚度(簡圖見圖7)。

由于受建筑使用功能的影響，部分外墻處無法設(shè)置扶壁墻，在擋土墻設(shè)計時無法利用扶壁墻保證－1層擋土墻受力的連貫性，且－1層頂擋土墻無樓板支撐，所以在設(shè)計時，為保證結(jié)構(gòu)的安全性，在轉(zhuǎn)角處加厚墻厚及水平擋土墻厚度，在受力時起到牛腿的作用，從而保證擋土墻受力的連貫性。

4.4 下沉廣場處擋土墻

在本工程的右下角存在一個下沉廣場，此下沉廣場緊挨著外墻邊，且下沉廣場底板深度為10 m多。若按常規(guī)設(shè)計時，此擋土墻頂端為自由，雖然轉(zhuǎn)角墻可起到扶壁墻的作用，但是此擋土墻若滿足結(jié)構(gòu)要求則厚度過厚，不僅施工不方便，大體積混凝土造成水化熱過大，且不經(jīng)濟。所以，在設(shè)計時，考慮在－1層頂板加個扁梁(見圖8，截面為400 mm×1 200 mm)，把墻體分為兩段，可作為擋土墻的支撐點，通過此扁梁把擋土墻的水平力傳遞至兩邊的扶壁墻內(nèi)，從而保證擋土墻位移能夠控制在允許范圍內(nèi)，滿足結(jié)構(gòu)的計算要求。

下沉廣場處擋土墻見圖8。

4.5 樓梯間處擋土墻

為了最大限度的增加商場的營業(yè)面積，豎向交通(如樓梯間等)均在周邊位置。由于樓梯的踏步板為斜板，與結(jié)構(gòu)樓板無法有效連接，擋土墻的水平力無法通過樓板傳遞。因此在計算樓梯間外的擋土墻時，樓板無法作為支撐點，則此擋土墻按照常規(guī)設(shè)計若滿足結(jié)構(gòu)安全，則此擋土墻必定很厚。本工程設(shè)計時，在結(jié)構(gòu)樓板位置處增加扁梁(400 mm寬)，此扁梁可作為擋土墻的支撐點，使擋土墻的水平力通過此扁梁傳遞至兩邊的扶壁墻內(nèi)，從而滿足結(jié)構(gòu)的計算要求。

樓梯間處擋土墻見圖9。

圖7 內(nèi)縮部分擋土墻（增加墻體厚度）

圖8 下沉廣場處擋土墻

圖9 樓梯間處擋土墻示意圖

5 結(jié)語

隨著建筑功能及外形要求的逐漸提高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時擋土墻的種類也越來越多。要達到良好的經(jīng)濟性和安全使用要求，必須從參數(shù)的選取、荷載的分析和模型的簡化等幾個方面做好設(shè)計工作。同時在設(shè)計時通過各種手段來減少建筑帶來的不利影響，抓住主要矛盾，加強構(gòu)造措施。本文中所示的擋土墻僅為其中的幾種，可起到拋磚引玉的作用。