黃鼎中

（深圳市綜合交通設(shè)計研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

1 反拱擋土墻設(shè)計要點

1.1 反拱擋土墻構(gòu)造

反拱擋土墻是建筑工程中負(fù)責(zé)保證土體、邊坡等穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，主要包括拱璧、支柱以及基礎(chǔ)3個部分。在實際進行反拱擋土墻設(shè)計的過程中，為保證墻體具有良好的排水性能，避免出現(xiàn)積水問題影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要在拱璧與直墻之間留有排水腔，同時還需要在拱璧位置設(shè)計相應(yīng)的泄水孔，避免積水留存影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通常情況下，為保證積水的順利排出，泄水孔直徑需要在50mm～100mm，每2個泄水孔之間留有2 m左右的距離。另外，為進一步保證工程質(zhì)量，拱璧結(jié)構(gòu)多使用毛石砌體或者磚砌體。

1.2 土壓力確定

在進行反拱擋土墻設(shè)計的過程中，為保證擋土墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，確保其能夠滿足建筑施工要求，需要對擋土墻的土壓力進行計算，以此來確定反拱擋土墻的截面尺寸。在實際進行擋土墻設(shè)計和土壓力計算的過程中，需要根據(jù)實際工程情況選擇合理的計算方式。例如，在擋土墻后方填土為水平面的情況下，需要按照朗肯土壓力理論進行計算。在實際進行土壓力計算的過程中，如果拱徑較小，那么就可以按照土壓力與直墻垂直的情況進行計算。土壓力不僅受其填土方式影響，而且還會受到其他物力因素影響，例如所填土的容重、內(nèi)摩擦角以及其他相關(guān)物理性能參數(shù)都會在一定程度上影響土壓力的計算。其中土的容重與土壓力成正比關(guān)系，即土壓力會隨著容重的升高而增大，與之相反的是，填土摩擦角與土壓力成反比。因此，在實際進行擋土墻設(shè)計的過程中，可以通過選擇適當(dāng)?shù)奶钔敛牧蟻韺崿F(xiàn)對于土壓力的調(diào)整，優(yōu)先選擇無黏性、內(nèi)摩擦角較大的材料作為填土材料，例如粗砂、碎石等。此外，由于實際工程要求，選擇黏性土作為填土材料，則可以通過在擋墻后設(shè)計部分的透水性填料，以此避免由于吸水膨脹導(dǎo)致土壓力增加等問題[1]。

在實際土壓力計算的過程中需要將汽車荷載、人群荷載換算為土層厚度。在進行汽車荷載換算的過程中，當(dāng)擋土墻背填土存在車輛荷載作用的情況下，土體中會由此產(chǎn)生一定的附加豎向應(yīng)力，并產(chǎn)生側(cè)向壓力，為計算方便，通常會將汽車荷載換算為與墻后方填土重度和寬度相同的土柱進行計算。第一種常用計算公式如公式（1）所示。

式中：ho車為換算的土層厚度，單位為m；q為車輛荷載附加的荷載強度，當(dāng)墻高在2 m以下時，按照20 kN/m2，進行計算，當(dāng)墻高在10 m以上時，按照10 kN/m2，進行計算，當(dāng)墻高在2 mm～10 m時，使用直線內(nèi)插法進行計算；γ為墻背填土的重度。

另一種計算公式如公式（2）所示。

式中：ΣG表示當(dāng)面積為B×lo時車輪的總重力，kN；lo為青后填土破壞棱體的長度，m；B為擋墻的計算長度，m；Bo為前后輪距加輪胎的與地面的接觸長度；H為擋土墻的高度，m；θ為破裂角，°；a為路肩高，m；b為路肩寬，m；α表示擋土墻背與豎直面之間的夾角，°。

在進行人群荷載換算的過程中，需要按照以下公式進行計算，如公式（3）所示。

式中：h為換算的土層厚度，qr為作用于擋土墻的人群荷載，γ為墻背填土的重度。在進行換算的過程中，按照相關(guān)規(guī)定，作用于擋土墻的人群荷載qr標(biāo)準(zhǔn)值為3 kN/m2，在城市人口較為密集的區(qū)域可適當(dāng)將其調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)值的1.15倍。

1.3 拱璧計算

在實際進行反拱擋土墻設(shè)計的過程中，為兼顧經(jīng)濟性以及實用性特點，需要對擋土墻的拱璧進行合理設(shè)計，通常情況下，會將拱璧設(shè)計成為等截面圓弧形狀，并對其進行力學(xué)計算，確保拱璧設(shè)計符合建筑需求。根據(jù)力學(xué)原理，在進行拱璧設(shè)計的過程中，拱璧內(nèi)力主要為軸壓力，盡量減少拱璧內(nèi)部的彎矩，以此保證整體結(jié)構(gòu)的強度，確保反拱擋土墻具備一定的抗壓能力。

1.4 支柱計算

常見的反拱擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計形式有2種，一種為支撐型，另一種為框架式，不同的反拱擋土墻設(shè)計形式對于支柱的作用力不同，因此在進行支柱計算的過程中也需要按照實際結(jié)構(gòu)狀態(tài)情況選擇合適的計算方式。對于框架式的反拱擋土墻而言，其拱璧的設(shè)計使用的多為薄型磚，因此在進行彎矩計算的過程中，彈性模量可與帶壁柱剛性條形基礎(chǔ)同樣的方式進行計算。

對于有支撐的反拱擋土墻而言，通常情況下，擋土墻的高度相對較小，在擋土墻材料為磚石的情況下，可以按照支柱和拱璧共同作用的形式進行計算，即按照等面積等慣性的形式進行截面換算，然后再進一步進行后續(xù)結(jié)構(gòu)方面的分析和計算。在該過程中，如果擋土墻基礎(chǔ)寬度較小，那么可認(rèn)為基礎(chǔ)無彎矩作用，以豎向簡支梁方式進行計算[2]。如果基礎(chǔ)寬度較大，那么就會出現(xiàn)抵抗轉(zhuǎn)動剛度，此時需要按照下部嵌固、上部鉸接的豎向梁進行計算，在下部嵌固影響之下，支柱下端附加彎矩按照公式（4）進行計算。

式中：Mo為按照上端鉸接，下端固結(jié)的單跨豎向梁計算得到的下端固端彎矩，kN·m；E為擋土墻的彈性模量，kN/m2；C為地基的剛度系數(shù)，kN/m2；H為擋土墻的高度，m；d為擋土墻身的折算厚度，m；B指的是擋土墻的基礎(chǔ)折斷寬度，m。

2 工程概況

該文以深圳市國家基因庫項目市政基礎(chǔ)設(shè)施配套一期工程中回車場西側(cè)擋墻變更工程為例，針對其中擋土墻的設(shè)計進行分析。由于基因庫建筑方面已提前施工部分擋墻，并改變了該地區(qū)的地形情況，導(dǎo)致原有擋土墻設(shè)計方案已不適用于當(dāng)前實際情況，且相關(guān)單位要求施做垂直擋墻，后期可能根據(jù)使用需要設(shè)置攀巖墻等設(shè)施。在經(jīng)過多次方案修改后，確定將原仰斜式擋墻變更為“雙排樁+扶壁式”擋土墻設(shè)計施工方案。

此外，由于該工程項目的特殊性，總體墻高高達13.5m，施工現(xiàn)場距離基因庫建筑較近，因此在進行雙排灌注樁鉆孔灌注施工作業(yè)的過程中，需要合理安排工序和施工技術(shù)，同時，在實際施工前需要加強對于施工現(xiàn)場的勘察，確保擋土墻基礎(chǔ)下方不存在重要管線，以免影響基因庫建筑的正常使用。

3 實際工程設(shè)計

該工程變更由仰斜式擋墻結(jié)構(gòu)改為雙排樁加扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)，為保證工程設(shè)計的科學(xué)性以及合理性，需要做好相應(yīng)工程設(shè)計工作，確保冠梁施工、管組裝施工、配筋作業(yè)、土方回填以及擋墻澆筑設(shè)計，整個反拱擋土墻設(shè)計主要包括以下3個部分。1）雙排灌注樁、冠梁、連續(xù)梁，3個結(jié)構(gòu)共同作為反拱擋土墻基礎(chǔ)，在實際進行雙排樁以及配筋設(shè)計的過程中，需要結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況、擋土墻高度以及現(xiàn)場地層情況進行科學(xué)合理地設(shè)計，并按照公式（1）進行支柱下端附加彎矩的計算，確保反拱擋土墻設(shè)計符合實際工程需求。在進行鋼筋綁扎施工的過程中，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)圖紙進行施工作業(yè)，保證鋼筋捆扎牢固，同時，做好混凝土澆筑以及振搗施工等工作，在實際進行振搗的過程中，保證振搗時間持續(xù)10 s～15 s，控制好振搗的速度，快插慢拔，確?；炷帘砻鏌o氣泡存在。此外，值得注意的是，為確保整體施工質(zhì)量，聯(lián)系梁的主筋錨入冠梁的長度需要在35d以上。根據(jù)擋土墻尺寸、現(xiàn)場實際情況以及項目施工需求進行鉆孔灌注樁以及冠梁、連梁工程量設(shè)計。鉆孔灌注樁工程數(shù)量信息見表1。冠梁、連梁工程數(shù)量信息如表2所示，與鉆孔灌注樁相同，冠梁和連梁也使用的是C30混凝土。2）為面板設(shè)計部分，不僅要對面板的工程數(shù)量進行合理設(shè)計，同時還需要對鉆孔灌注樁與面板之間的連接進行設(shè)計。每10 m的面板工程數(shù)量表見表3，采用C30混凝土14 m3，結(jié)合實際工程情況，共設(shè)置8個泄水孔。鉆孔管控灌注樁與面板連接大樣圖如圖1所示，明確標(biāo)注了鉆孔灌注樁與面板連接情況以及相應(yīng)位置關(guān)系和相關(guān)配筋要求，圖中均為C30砼挖孔樁，左側(cè)需設(shè)置直徑為Φ10 mm的拉結(jié)筋，值得注意的是，在進行植筋設(shè)置的過程中，需要確保其彎折程度在300mm以上。3）這一部分是整個反拱擋土墻設(shè)計的要點內(nèi)容，主要是作為上部擋土墻結(jié)構(gòu)。在進行擋土墻施工過程中，為保證整體質(zhì)量需要采用鋼性連接方式，在保證高度符合要求的前提下，加強對于擋土墻剛度以及穩(wěn)定性的控制，確保整體結(jié)構(gòu)的可靠性。

圖1 鉆孔灌注樁與面板連接大樣圖

表1 鉆孔灌注樁工程數(shù)量表（每延米）

表2 冠梁、連梁工程數(shù)量表（每延米）

表3 面板每10m工程數(shù)量表（以高度7.0m計算）

結(jié)合工程項目實際需求，在實際進行設(shè)計施工的過程中需要注意4個要點：1）結(jié)合實際工程需求，確定鋼筋砼擋墻強度等級為C30，保護層厚度設(shè)計大于50 mm。2）反拱擋土墻泄水口使用的是規(guī)格為Φ100 mm的PVC管材，按照2.5m間距采用梅花型布設(shè)方式，為保證排水順暢，需要泄水孔向外傾斜一定坡度，坡度設(shè)置為5%；另外，在埋設(shè)最低一排的泄水口時，需要保證出水口位置比地面高20 cm以上，同時在最低排泄水孔的下部夯填20 cm厚的黏土隔水層；最后為避免出現(xiàn)堵塞問題，確保所排出的水清澈，還需要在泄水口進口位置設(shè)置反濾層。泄水口大樣圖如圖2所示，明確標(biāo)注了鋼筋砼面板設(shè)置的位置、距離、土工布包裹要求以及相關(guān)距離設(shè)置，為保證泄水孔施工質(zhì)量，不僅要使用土工布將Φ100 mm盲管包裹起來，同時還要用塑料花板蓋住管孔，此外，還需要反包2層土工布，并采用梅花型方式進行泄水管的布置。3）為保證整體施工效果和質(zhì)量，需要在擋土墻每隔20 m的位置設(shè)置1條變形縫，另外還需要在墻身高度變化的位置設(shè)置變形縫，以此避免由于各種原因引發(fā)變形時影響到反拱擋土墻整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；通常情況下變形縫的寬度需要控制在20 mm～30 mm，并且在變形縫內(nèi)沿墻做好相應(yīng)保護措施，需要在內(nèi)、外、頂三邊塞入瀝青麻筋或者涂瀝青木板，為保證施工效果，需要確保材料塞入深度在200 mm以上。4）為保證反拱擋土墻的排水性能，墻后填土需要選擇具有一定透水性能的砂類土，由于施工現(xiàn)場實際情況或者材料限制，選擇黏性土作為填土材料的情況下，需要在其中摻入適量的其他材料，以調(diào)和黏土的透水性，通常會向黏性土中添加30%以上的砂礫或者碎石，此外，在保證漿砌圬工強度在70%以上的情況下，擋土墻后方填料也可以采用分層填筑的方式，確保填料夯實穩(wěn)定、符合施工要求即可，在碾壓過程中，需要確保填料的密實程度在0.9以上，以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。5）為保證施工質(zhì)量，在進行澆筑施工的過程中，需要嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求進行施工作業(yè)。

圖2 泄水孔大樣圖（單位：mm）

4 結(jié)語

綜上所述，反拱擋土墻由于其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載力充足以及較好的防水防潮效果，因此在建筑工程中有著較好的應(yīng)用效果，而且相較于傳統(tǒng)擋土墻施工，極大地減少了工程量，具有較好的經(jīng)濟效益。在實際進行反拱擋土墻設(shè)計的過程中，需要結(jié)合現(xiàn)場實際施工情況做好每個環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)的設(shè)計，保證整體工程質(zhì)量。對反拱擋土墻不斷進行研究和應(yīng)用，我國建筑工程水平將會得到進一步提升。