歐旻韜

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010）

0 前言

某龍舟展示中心位于廣西昭平縣昭平鎮(zhèn)東南側(cè)桂江畔，總長(zhǎng)154.5 m，總寬度32.85 m，總高度29.972 m。本項(xiàng)目是模仿遼寧艦的一座臨江建筑，整體效果如圖1所示。主要功能為展廳、運(yùn)動(dòng)員服務(wù)配套、龍舟儲(chǔ)藏室及配套設(shè)備間，內(nèi)部建筑布置緊湊，功能復(fù)雜。主體結(jié)構(gòu)2層，艦塔局部凸出。建筑一側(cè)貼鄰桂江邊緣，另一側(cè)連接旁邊公路，兩側(cè)高差7.5 m，典型建筑側(cè)立面如圖2所示。

圖1 項(xiàng)目整體效果Fig.1 Renderings of the Project

圖2 典型建筑側(cè)立面Fig.2 Typical Side Elevation View

春夏季節(jié)龍舟水發(fā)水期間，建筑首層泡入水中，整個(gè)建筑像漂流在水面上，建筑效果好。但對(duì)于主體土建結(jié)構(gòu)，除了需要承受常規(guī)的荷載，還需要承受洪水期間的水流沖擊，且地基土?xí)霈F(xiàn)泡水軟化。

由于施工工期十分緊張，無(wú)法采用常規(guī)、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)樁+錨桿的邊坡支護(hù)做法。主體結(jié)構(gòu)需要和擋土墻同步施工。

1 場(chǎng)地及地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地位于昭平縣昭平鎮(zhèn)桂江北畔，交通便利，場(chǎng)地所處地貌上屬于桂江二級(jí)階地，場(chǎng)地地勢(shì)稍有起伏，總體上呈西高東低、北高南低之勢(shì)，最大高差約9.25 m。

根據(jù)鉆探揭露，沿線地層自上而下主要晚更新系沖洪積成因的粉砂（Q4al+pl）、卵石（Q4al+pl）組成。典型地質(zhì)柱狀圖如圖3所示。

圖3 典型地質(zhì)柱狀Fig.3 Typical Geological Histogram

表層普遍存在10 m厚度的松散粉砂層［1-2］，粉砂層以下為稍密～中密卵石層，卵石為較好的持力層。該粉砂層風(fēng)干狀態(tài)下有較好的承載力，但屬于高壓縮性土。粉砂泡水后容易軟化，承載力大幅降低，未經(jīng)處理不能作為建筑物基礎(chǔ)持力層。土層基本參數(shù)如表1所示，本項(xiàng)目土層均為非粘性土，黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值均為0 kPa。

表1 土層基本參數(shù)Tab.1 Basic Parameter of Soil Layer

2 擋土墻的結(jié)構(gòu)布置方案比選

2.1 整體結(jié)構(gòu)布置

整體剖面如圖4所示。主體結(jié)構(gòu)為兩層兩跨框架結(jié)構(gòu)，負(fù)一層及首層為混凝土結(jié)構(gòu)，首層屋面采用鋼結(jié)構(gòu)。為使土建結(jié)構(gòu)布置規(guī)整合理，側(cè)面、船頭、船尾等復(fù)雜造型采用鋼結(jié)構(gòu)搭建龍骨，外貼鋼板成型。

圖4 整體剖面Fig.4 Overall Sectional View （mm）

后方扶壁式擋土墻總高度8.3 m，凈擋土高度7.5 m，埋深0.8 m。擋墻頂與首層框架梁相連，主體結(jié)構(gòu)與擋土墻共同抵抗土推力。肋板位置結(jié)合了主體結(jié)構(gòu)柱布置，肋板平均間距5.0 m。

基底為松散粉砂層，整體采用樁基礎(chǔ)承受豎向力，樁端持力層為中密卵石層。由于擋土墻的土推力較大，前趾的反力遠(yuǎn)超過(guò)粉砂的地基承載力，因此將擋墻底板與樁基承臺(tái)結(jié)合設(shè)計(jì)為一塊寬24.0 m，厚1.4 m的筏板。設(shè)計(jì)思路仍主要由樁基抵抗前趾反力，原狀地基土不提供抗力。首層設(shè)置配筋地骨，將前后柱的承臺(tái)連接在一起共同受力。

擋土墻后的庫(kù)侖主動(dòng)土壓力根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013》［3］公式計(jì)算得到，每延米的滑移力為487.721 kN，傾覆力矩為1 559.451 kN·m。

2.2 擋土墻與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合的設(shè)計(jì)方案

擋土墻與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合形成組合式擋土墻［4-5］，根據(jù)填土與主體施工的先后順序分為2種情況：

⑴先澆筑主體結(jié)構(gòu)和擋墻，然后回填后方填土，這種情況主體框架結(jié)構(gòu)和擋土墻共同抵抗后方土推力。土推力作用下，框架梁、框架柱都承受較大內(nèi)力，典型主梁截面需要450 mm×1 000 mm，框架柱截面1 000 mm×1 200 mm，且梁端、柱端的配筋都很大。這種情況雖然造價(jià)較高，但施工速度最快。

⑵先澆筑擋墻并在框架梁的位置預(yù)留鋼筋接頭，然后回填后方填土并監(jiān)測(cè)擋土墻變形，待變形穩(wěn)定后再進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工。該方案的優(yōu)點(diǎn)是擋土墻與主體連接，克服了兩者分離所存在的問(wèn)題。且主體結(jié)構(gòu)是在擋土墻變形后再結(jié)合，主體結(jié)構(gòu)不承擔(dān)回填土過(guò)程中擋土墻的變形。但該方案最大的問(wèn)題是影響工期，主體結(jié)構(gòu)需等待擋墻變形穩(wěn)定后方可施工。

2.3 擋土墻與主體結(jié)構(gòu)分離的設(shè)計(jì)方案

主體結(jié)構(gòu)與擋土墻分離是常規(guī)的擋墻設(shè)計(jì)方案，剖面如圖5所示。作為該項(xiàng)目比選方案，也進(jìn)行了整體受力計(jì)算?？蚣苤孛娼档椭?00 mm×600 mm，框架梁截面300 mm×800 mm，構(gòu)件內(nèi)力、構(gòu)件截面和配筋均比2.2節(jié)情況1的組合式擋土墻大幅降低。主體結(jié)構(gòu)與擋土墻之間形成的空腔，可通過(guò)頂部懸挑板封閉，板與擋土墻之間設(shè)置滑動(dòng)墊片以防擋土墻變形傳遞到主體結(jié)構(gòu)，如圖6所示。雖然擋土墻側(cè)壁與主體結(jié)構(gòu)分離，但擋土墻的底板可與主體結(jié)構(gòu)的底板連成一體，共同抵抗水平推力。

圖5 擋土墻與主體結(jié)構(gòu)分離式做法Fig.5 Separation Method of Retaining Wall and Main Structure（mm）

圖6 擋土墻頂部與主體結(jié)構(gòu)連接做法Fig.6 Connection between Top of Retaining Wall and Main Structure（mm）

該方案可以使擋土墻和主體結(jié)構(gòu)可同時(shí)施工，工期較快，是較好的設(shè)計(jì)方案。但本工程實(shí)施該方案卻存在困難，主要有3個(gè)方面原因：①建筑專業(yè)要在框架柱邊緣砌筑隔墻，擋土墻與隔墻之間形成了空腔，導(dǎo)致隔墻內(nèi)外都做防水層，造價(jià)增高，且空腔間距較小，防水層施工困難；②在洪水期間負(fù)一層會(huì)被水淹沒(méi)，該空腔的內(nèi)外水壓力不平衡，容易造成隔墻被沖垮；③本項(xiàng)目消防水池及大型設(shè)備房不在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)，擋土墻與主體之間的空腔影響了設(shè)備管線的布置。

為了扭轉(zhuǎn)這一局面，政府一直在持續(xù)努力，大力增加全科醫(yī)生數(shù)量，扶持鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院和社區(qū)服務(wù)中心發(fā)展，同時(shí)三令五申嚴(yán)控大型醫(yī)院的規(guī)模擴(kuò)張。

3 抵抗擋土墻土推力方式的探討

3.1 擋土墻底板設(shè)置斜向錨索

底板設(shè)置斜向錨索的作用類似于常規(guī)基坑支護(hù)的錨索［6-7］，主要目的是抵抗水平力，需要在回填土之前施工完畢，錨索布置形式如圖7所示。一般施工順序是先施工斜向錨索并預(yù)留鋼筋接頭，等樁基施工完畢與底板澆筑在一起。由于提供給錨索錨固的卵石層較深，需要的錨索長(zhǎng)度較大，施工緩慢。該方案為常規(guī)的錨索施工方法，但需要額外的錨索施工時(shí)間，本項(xiàng)目不具備這樣的條件。

圖7 擋土墻底板的斜向錨索Fig.7 Inclined Anchor Cable of Retaining Wall Bottom Plate（mm）

如果先施工底板并在底板預(yù)留錨索施工孔，采用后灌漿固定的方式施工錨索，可以使錨索與上部結(jié)構(gòu)同步施工。但該施工方法因施工空間狹小造成一定困難，且造價(jià)較高。

3.2 擋土墻后方采用加筋土回填

加入了筋帶的加筋土［8-9］能有效約束土體變形，可以減少甚至消除填土對(duì)擋土墻的推力。本項(xiàng)目地基土屬于軟弱土，擋土墻滑移驗(yàn)算難以滿足。因此擋土墻驗(yàn)算時(shí)，抗傾覆、抗圓弧滑動(dòng)通過(guò)設(shè)置樁基，增強(qiáng)基底承載力解決；抗滑移則通過(guò)設(shè)置加筋土，改善墻后填土力學(xué)性質(zhì)來(lái)解決。設(shè)置土工布后的填土力學(xué)性能改善，主要體現(xiàn)為適當(dāng)提高土體的粘聚力，粘聚力取10 kPa，內(nèi)摩擦角參考常規(guī)墻后填土的設(shè)計(jì)參數(shù)后保守取20°。

保守考慮，加筋土也同時(shí)按按邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求沒(méi)有擋土墻的情況下，加筋土也能自身保持穩(wěn)定。加筋土及擋土墻組合布置如圖8所示。

圖8 擋土墻背后加筋土回填Fig.8 Backfilling of Reinforced Soil behind Retaining Wall（mm）

3.3 擋土墻底板設(shè)置抗滑鍵

底板設(shè)置了2道0.6 m高，1.2 m寬的抗滑鍵［10-11］，主要目的是增強(qiáng)底板與地基土的摩擦力。由于本場(chǎng)地的地基土為高壓縮性土，后期沉降變形較大，而樁基持力層在中密卵石，底板沉降較小，兩者的沉降差可能造成底板與原狀土脫開(kāi)，抗滑鍵失去作用。因此抗剪鍵只能作為抗力的二道防線考慮，不能作為主要抗力構(gòu)件參與計(jì)算。

3.4 利用管樁承受水平力

上部松散砂層厚度達(dá)10.0 m，造成單樁水平承載力僅78.441 kN，管樁根數(shù)348根，可提供的總抗力為27 297 kN，擋土墻考慮安全系數(shù)后需要的總抗滑力為62 296 kN，遠(yuǎn)大于管樁可提供的抗力，且管樁本身抗彎承載力較低，不宜直接用作抵抗水平力。綜合考慮，管樁水平承載力也僅作為抗力的二道防線。

4 合理的擋土墻布置建議

5 總結(jié)

本文介紹了某龍舟展示中心組合式擋土墻的設(shè)計(jì)，由于工期緊張，采用了與常規(guī)擋土墻不同的新設(shè)計(jì)思路。主要得出如下結(jié)論：

⑴組合式擋土墻不是一種經(jīng)濟(jì)的擋土墻體系。在建筑條件允許的情況下，擋土墻與主體結(jié)構(gòu)分離，擋土墻抵抗土推力，主體結(jié)構(gòu)只承擔(dān)建筑荷載，這樣造價(jià)最為經(jīng)濟(jì)，而且主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力較小，截面較小，建筑效果較好。

⑵擋土墻須與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合設(shè)計(jì)為組合式擋土墻時(shí)，可采用如下方法降低土推力對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響：先施工擋土墻并預(yù)留主體結(jié)構(gòu)插筋，墻后回填土并配合施工監(jiān)測(cè)，待擋土墻變形基本完成后，再施工主體結(jié)構(gòu)。

⑶對(duì)于軟弱土地區(qū)的擋土墻，如松散粉砂、淤泥土上的擋土墻，高大擋墻的抗滑驗(yàn)算較難滿足，復(fù)合地基、樁基等基礎(chǔ)加固形式一般只能提高其抗傾覆、抗圓弧滑動(dòng)能力。此時(shí)墻后填土采用加筋土回填來(lái)降低土推力是個(gè)好辦法，且整體造價(jià)較低。

⑷對(duì)于擋土墻與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合的組合式擋土墻，需設(shè)置多道抗力防線，以防止單一抗力體系失效時(shí)對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。