門夢飛　周萬清*　陳　堯　張明玉

(三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌　443000)

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坡地建筑半地下室擋土墻設(shè)計★

門夢飛周萬清*陳堯張明玉

(三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌443000)

結(jié)合三峽庫區(qū)某生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站的設(shè)計實(shí)例，考慮耦合擋土墻的抗傾覆、抗滑移、穩(wěn)定性、抗震性及防水性等因素，采用PKPM和理正擋土墻軟件建立了模型，分析了坡地建筑半地下室擋土墻的設(shè)計問題，研究結(jié)果表明：采用擋土墻與主體結(jié)構(gòu)整體設(shè)計的方法，結(jié)構(gòu)的整體性能更好。

坡地建筑，擋土墻，穩(wěn)定性，防水構(gòu)造

隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市中心的用地越來越緊張；與此同時，社會的飛速發(fā)展，人們的居住和辦公條件不斷改善，空氣清新、環(huán)境幽雅的辦公地理位置也是人們選擇的關(guān)鍵。于是，越來越多的坡地建筑成為開發(fā)商及建設(shè)單位的優(yōu)先選擇。然而坡地建筑也存在很多安全隱患，我們設(shè)計時需要著重處理。坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最重要的方面就是要對山體邊坡進(jìn)行維護(hù)，保障山體穩(wěn)定最重要的處理方法就是做擋土墻。本文結(jié)合實(shí)例中科院水生所三峽水庫香溪河生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站辦公區(qū)的設(shè)計，擬建建筑依山而建，需將坡地修整成臺階狀地形，建筑物是跨越了臺階而順著臺階建造。主體結(jié)構(gòu)一側(cè)臨土，三側(cè)臨空，擋土墻設(shè)計方法有兩種：1)在迎土面設(shè)置獨(dú)立擋土墻，擋土墻與主體結(jié)構(gòu)脫開，結(jié)構(gòu)受力清晰；2)采用擋土墻與主體結(jié)構(gòu)整體設(shè)計的方法，通過建立模型分析比較兩種情況下?lián)跬翂Φ氖芰η闆r。

1　工程概況

中國科學(xué)院武漢水生生物研究所擬在湖北省宜昌市興山縣峽口鎮(zhèn)白鶴村香溪河左岸興建香溪河生態(tài)系統(tǒng)野外試驗(yàn)站。場地西低東高，標(biāo)高180.36～192.36。其中辦公區(qū)二區(qū)工程建筑面積1 584.86。建筑地上結(jié)構(gòu)2層，地下-1層為半地下室，一面臨土，三面臨空,在建筑西側(cè)-1層下部有局部架空層，見圖1。

2　擋土墻穩(wěn)定性分析

表1　各層巖土的空間分布

2.1重力式擋土墻

當(dāng)擋土墻與主體結(jié)構(gòu)分離時，采用重力式擋土墻，擋土墻與主體結(jié)構(gòu)受力相互獨(dú)立，各自的受力分析較單一、受力明確，且這種情況下，主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造也相對簡單。由于擋土墻背部的土體還要作為地基承受上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的力，故擋土墻背部需要先挖方再填方，然后將這部分填土夯實(shí)。綜上，要采用俯斜式擋土墻，詳見擋土墻圖集(04J008)[2]第56頁FJA5?；撞捎娩摻罨炷恋装澹搴?.6 m，懸挑長度0.48 m。重力式擋土墻截面圖見圖2。

用理正擋土墻設(shè)計軟件建立此重力式擋土墻的模型進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，最終計算結(jié)果如下所示：1)滑移驗(yàn)算：抗滑力為125.160kN，滑移力為66.116kN，滑移驗(yàn)算滿足：Fx=1.893>1.3；2)傾覆驗(yàn)算：抗傾覆力矩為397.376kN·m，傾覆力矩：133.335kN·m，傾覆驗(yàn)算滿足：Ft=2.980>1.6。

2.2鋼筋混凝土擋土墻

當(dāng)擋土墻與主體結(jié)構(gòu)整體設(shè)計時，采用鋼筋混凝土剪力墻兼做擋土墻?！斑@種兼做支擋結(jié)構(gòu)的地下室外墻設(shè)計方法更大限度地利用了場地空間，節(jié)約了土地資源，減少了場地平整的范圍，減少了與此相關(guān)的土方工程量，同時節(jié)省了邊坡處理工程的費(fèi)用，節(jié)約了工程造價并縮短了施工周期，具有極大的工程價值?！盵4]

鋼筋混凝土擋土墻截面圖見圖3。

對于鋼筋混凝土地下室外墻，當(dāng)?shù)叵率宜惠^高或地下室對防水要求較高時，地下室外墻板需承受較大水平荷載作用，應(yīng)按靜止土壓力計算[4]。由朗金土壓力[5]可以計算作用在擋土墻上的靜止土壓力F=K0σz=K0γz,其中，K0=1-sinφ′，φ′為土的有效內(nèi)摩擦角；γ，z分別為墻背各層填土的重度和厚度。計算可得作用在-2層③軸線上鋼筋混凝土擋土墻上的水平土壓力F1=81.422kN/m,作用在-1層⑨軸線上鋼筋混凝土擋土墻的水平土壓力F2=26.85kN/m。由于擋土墻與結(jié)構(gòu)整體設(shè)計，因此水平土壓力對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也有影響。用PKPM建立模型，具體驗(yàn)算結(jié)果如表2，表3所示。故整體結(jié)構(gòu)滿足抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。且該結(jié)構(gòu)的剛重比Di×Hi/Gi>10，能夠通過整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。

表2　抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果　kN·m

表3　整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

3　結(jié)構(gòu)的抗震性能分析

鋼筋混凝土擋土墻與結(jié)構(gòu)主體共同工作，一同參與抗震計算，故在主體設(shè)計中要考慮土推力對結(jié)構(gòu)主體的影響。用PKPM分別建立模型：1)采用重力式擋土墻時，擋土墻與結(jié)構(gòu)受力獨(dú)立，此時結(jié)構(gòu)的整體模型；2)采用鋼筋混凝土擋土墻時，擋土墻與結(jié)構(gòu)整體受力的結(jié)構(gòu)模型。具體計算結(jié)構(gòu)見圖4，圖5。由建筑抗震設(shè)計規(guī)范[7]可知樓層內(nèi)彈性層間位移限值為[θe]h=1/550×3 600=6.55 mm,彈塑性層間位移角限值1/50。故兩種情況下最大層間位移和最大層間位移角均滿足規(guī)范要求。但當(dāng)采用鋼筋混凝土擋土墻時最大樓層位移與最大層間位移角均小于采用獨(dú)立擋土墻時的結(jié)構(gòu)。由此說明，采用鋼筋剪力墻兼擋土墻時，結(jié)構(gòu)抗震性能更好。

4　防水構(gòu)造要求

對于坡地建筑的半地下室，半地下室防水是需要著重考慮的問題。當(dāng)采用重力式擋土墻時，坡地建筑主要采用構(gòu)造防水，在結(jié)構(gòu)與擋土墻之間設(shè)置排水溝導(dǎo)流地下水，避免水源滲透而進(jìn)入室內(nèi)空間，具體如圖2所示。而當(dāng)采用鋼筋混凝土擋土墻與結(jié)構(gòu)整體設(shè)計時，主要采用材料防水，輔助構(gòu)造排水主要是基于提高混凝土的抗?jié)B、抗裂性能而考慮的。地下部分混凝土采用抗?jié)B混凝土，混凝土自防水功能可以通過原材料優(yōu)化、合理的混凝土級配、摻加減水劑與膨脹劑等方法來實(shí)現(xiàn)。墻后填料選用透水性強(qiáng)的砂性土，填料分層夯實(shí)，擋土墻后設(shè)置排水盲溝，最大限度地減小水土壓力對于整個結(jié)構(gòu)的不利影響[3]。

5　結(jié)語

坡地建筑半地下室擋土墻的選取要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取，不同的擋土墻形式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。本文的探討基于工程實(shí)踐，希望對于類似的工程設(shè)計能夠具有一定的借鑒作用。

[1]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]04J 008，擋土墻(重力式 衡重式 懸臂式)[S].

[3]GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]郭勝軍.山地建筑地下室外墻設(shè)計理論與應(yīng)用研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2008：7，22.

[5]趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2000：26-65.

The design of retaining wall of hillside building’s semi basement★

Men MengfeiZhou Wanqing*Chen YaoZhang Mingyu

(SchoolofCivilandConstruction,ThreeGorgesUniversity,Yichang443000,China)

Combined with the design of three gorges reservoir area a ecosystem experimental station, coupling of the retaining wall overturning resistance, anti slip, stability, seismic performance and waterproofing performance of factors, by PKPM and Lizheng block wall software to build a model, analyzes the hillside building semi basement retaining wall design problems. The research results show that: the retaining wall and the main structure of the overall design method, the structure of the overall performance is better.

hillside building, retaining wall, stability, waterproof structure

1009-6825(2016)08-0090-02

2016-01-09★:宜昌市科學(xué)技術(shù)局研究項(xiàng)目資助：坡體中斜向受荷樁動靜承載特性研究(項(xiàng)目編號：A13-302a-06)

門夢飛(1992- )，女，在讀碩士；陳堯(1990- )，男，在讀碩士；張明玉(1990- )，男，在讀碩士

周萬清(1978- )，男，副教授

TU476.4

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