地下室挡土墙的设计探讨

地下室挡土墙的设计探讨

发表时间：2018-05-31T14:43:05.630Z 来源：《防护工程》2018年第2期作者：卢欢欢[导读] 这样可以保证墙体位移能控制在允许范围之内。工程现已完工投入使用，根据监测数据，挡土墙变形情况符合使用要求。深圳市筑道建筑工程设计有限公司武汉分公司湖北省 430000

摘要：随着经济和城市建设的快速发展，高层建筑层数不断增高，地下空间的利用也日益重要。高层建筑为抗震、抗倾覆和抗滑移，保证建筑物的安全，基础要求有一定的埋深，为合理利用，高层建筑一般设置地下室；同时为了改善环境条件，往往地下做车库、商场，地上为绿地、公园、广场等。地下室挡土墙作为地下室设计中重要的构件，其既要承受竖向荷载，又要承受侧向水、土等压力作用，正确地进行设计尤为重要。基于此，本文主要对地下室挡土墙的设计进行分析探讨。

关键词：地下室；挡土墙；设计

1、前言

随着经济的发展和科学技术的不断进步，人们的生活水平也有了不断地提高。由于土地资源的紧张促使目前建筑朝着超高和大深度方向不断发展。地下建筑的开发和利用已经给我们带来生活上的便利和舒适的享受。地下建筑外挡墙的防水和安全问题既影响到建筑工程造价又关系到地下室的正常合理使用，地下外墙的合理设计与防护显得尤为重要。

2、确定地下室挡土墙的计算简图

在常规进行设计时，把地下室基础底板、各层楼板等用作地下室挡土墙的支撑，计算简图一般按照按以下方式进行处理：基础底板处简化为固端，顶板处简化为铰接，其他地下室楼层作为连续支座，将挡土墙按 1m 宽板带简化为多跨连续梁进行内力计算和配筋，这也是设计人员通常所采用的挡土墙的计算简图。但是还必须要考虑顶板和基础底板实际约束作用的大小，否则可能会给相关部分的受力构件带来安全隐患。且地下室楼板因为使用功能的需要，在楼梯、开洞等处楼板的传力途径并不直接，甚至无法作为支撑。所以地下室挡土墙计算简图的确定适合，需要熟悉地下室各层的具体布置和楼板的缺失情况以及各层岩土空间分布情况等（如：表 1 为某项目各层岩土空间分布），考虑由外墙传来的土压力的传力途径，并保证传力途径直接简单。

3、地下室挡土墙设计荷载作用

住宅工程地下室挡土墙设计荷载主要分为竖向荷载及水平荷载，水平荷载主要包括有：地下水压力、土压力、地面活荷载、地震作用等；竖向荷载主要包括为：挡土墙的重力荷载，上部结构传来的竖向荷载等。

（1）土压力：挡土墙设计中土压力的计算是一主要问题，根据墙后土体所受的应力状态及墙的位移情况，土压力大致可分为三种：静止土压力、主动土压力、被动土压力。在基础、楼层和地下室顶板处，由于地下室外墙侧向位移受限于结构构件，墙后土体处于弹性平衡状态，和挡土没有无相对侧移，墙背承受的土压力是静止土压力。因此，地下室的外墙可看作为受静止土压力的作用。而静止土压力系数和墙后填土的类型关系密切，并伴随着土体固结程度、密实度的增加而减小。对正常固结土取值，流塑粘性土为 0.75~0.8，粉质砂土、粘土为 0.5，坚硬土为 0.2~0.4，由此可见，当下在住宅工程地下室挡土墙结构设计过程中，静止土压力系数统一采取 0.5 的做法，适用于墙后填土较好的情况，所以在设计中应该根据填土的不同情况，合理取值，安全设计。

（2）地下水压力：处在地下水位以下的墙体，土的重度应该采取有效重度，饱和重度-10kN/m3=有效重度。

（3）地面活荷载：应该区分是否考虑消防车荷载，如果不考虑消防车，就以一般地面堆载 10kN/m2 计算侧压力；如果实际需要考虑消防车，地下室外墙应考虑车辆轮压的扩散作用，轮压在土中的扩散角取 30°，在混凝土中的扩散角取 45°，进而可以计算出轮压荷载及扩散面积，再利用静止土压力系数求出在该点汽车荷载引起的侧向压力。

（4）地震作用：在地表处地震加速度最大，地震时地面的运动会增加侧向土压力，地震时作用在挡土墙墙背上的土压力对具有水平填土面的地下室挡土墙，一般按静荷载进行设计时，土压力按 1.5 倍富裕度考虑，可以达到本地区的抗震目标。

（5）必须要重视地下室挡土墙下基础的设计工作，由于挡土墙与其相连的基础之间是连续的受力构件，基础也承受挡土墙的墙底负弯矩，而且两者数值相同。对于上部为多层的地下结构或是单层地下车库，一般基础加防水板、独基加防水板，板厚取值较小。基础设计中必须统一考虑，墙下基础板厚通常保证超过墙厚的1.2 倍，配筋根据墙底弯矩计算，以处理该负弯矩。而对于上部为高层的地下结构，往往基础筏板比较厚，配筋较大，通常都能够满足。

4、实例分析

4.1工程概况

某住宅工程，总建筑面积 2.5 万 m2，包括三栋高层住宅及六栋多层住宅。地上建筑总高度 33m。其中 A 栋为 11层高层住宅，带地下室，地下室地面标高为 -6.0m，首层层高 3.6m，标准层层高为 2.8m，采用现浇钢筋混凝土短肢剪力墙结构。与 A 栋相邻的 B 栋多层住宅，两者之间设置 100mm 抗震缝分开，A 栋地下室挡土墙基础底面标高为 -7.70m，B 栋基础底面标高为 -3.80m。工程抗震设防烈度为 6度，建筑场地类别为 II 类，设计地震分组为第二组，设计特征周期为 0.40S，基本风压为 0.3kpa，地面粗糙度 C类。

AB 栋相邻关系如下图：

4.2地下室挡土墙计算模型的选取

根据勘察设计单位提供的岩土工程勘察报告（详勘），设计时基础持力层为卵石层，其承载力特征值 fak＝ 400kpa。取基础底面标高为 -7.70m。考虑 B 栋基础下传来的附加荷载为 170kpa，换算成相应土高为 170/20 ＝8.5m，地下室顶板覆土厚度为 0.6m，则计算时附加土高为h1=9.1m。由于建筑条件限制，挡土墙厚度为 400mm，墙体高度为 6.5m，在墙高中部设置一道 900×500 的水平梁将墙体分为上下墙段，下段墙体沿墙长方向间隔 2.4m 有结构柱或剪力墙作为墙体平面外支撑。

4.3墙体计算

（1）下段墙体计算

下段墙体按四面固支双向板计算。

（2）上段墙体计算

上段墙体按底端固支上端简支单向板带计算，墙体外侧实配竖向钢筋 Φ16@100，As=2011 mm ，裂缝宽度 ωmax=0.202 mm 墙体外侧实配水平钢筋 Φ12@150，As=754 mm

墙体内侧实配竖向钢筋 Φ16@200，As=1005 mm

墙体内侧实配水平钢筋 Φ12@150，As=754 mm

4.4墙体高度中部水平支撑梁计算

保守地假设墙体所受荷载均通过此水平梁传递到两端的结构柱或者剪力墙上，计算得 Vb=632.3 kN，此即为水平梁所受的均布线荷载设计值，梁截面为 500×900，计算得：

Ma=1214 kN?m，Asa=5602 mm ，实配 12Φ25，As ＝5892 mm ；

Mb=607 kN?m，Asa=2574 mm ，实配 6Φ25，As ＝2946 mm 。

水平梁除受墙体传来的水平荷载外还承受其上覆土传来的竖向荷载作用，

q=290.4×0.5=145.2 kN/m

计算得：

Ma=69.7 kN?m，Asa=588 mm，实配 4Φ16，As ＝ 804 mm；即水平梁实配腰筋为 4Φ16。

5、结语

本文介绍了高层下地下室挡土墙在有相邻建筑基础影响时的结构设计分析，由于墙体较高及受建筑条件的限制，本挡土墙采取了墙体中部加水平梁把墙体分成上下两段，通过水平梁把绝大部分土体作用荷载传到与墙垂直的剪力墙或者结构柱上。墙体平面外有剪力墙支撑，墙顶端为厚度 180mm 的地下室顶板，这样可以保证墙体位移能控制在允许范围之内。工程现已完工投入使用，根据监测数据，挡土墙变形情况符合使用要求。

参考文献：

[1]周塔拉，徐桂芳.园林绿化中挡土墙的美化设计与要点[J].现代园艺，2016（18）.

[2]张振涛，王中明，张贺玲.浅议挡土墙在设计和施工中存在的问题[J].科技风，2012（05）.

[3]朱炳，寅娄宇，杨琦.地下室挡土墙建筑地基基础设计方法及实例分析（第 2 版）[M].中国建筑工业出版社，2013.