谈挡土墙在青岛某大型地下商场中的应用

李轶慧 张玉硕 王培乐

(1.青岛北洋建筑设计有限公司，山东青岛 266071;2.中交天津港湾工程设计院有限公司，山东青岛 266071)

1 工程概况

1.1 工程介绍

青岛市某大型地下商场工程(效果图见图1)，为地下3层建筑，工程总建筑面积为7.6万m2，总用地面积为4.1万m2，其中地下1层、地下2层为商业部分，层高均为5.1 m;地下3层为车库(其中部分区域为人防部分)，层高为4.0 m。

图1 地下商场夜景鸟瞰图

从效果图中可以明显看出，建筑平面极其不规则，建筑物中庭开洞(效果图中的下沉广场);建筑立面不规则，上大下小，地下1层的面积大于地下2层，地下2层面积大于地下3层，建筑平面层层收进。本工程周圈外墙为挡土挡水墙。

1.2 设计水位(以国家85高程系为基准，位于青岛大港零点以上2.42 m，下同)

按照1953年～1998年的统计资料，设计潮位如下:

平均高潮位:1.39 m;平均低潮位:－1.4 m;

极端高水位:3.09 m;设计高水位:1.88 m;

设计低水位:－2.12 m;极端低水位:－3.29 m;施工水位:±0.00 m。

由图1可以看出，该工程区域紧邻海边，结合工程风暴潮报告，考虑到风暴潮对地下商场影响以及结合周边建筑物高程，由建筑专业确定建筑物室外地面高程为 ±0.000(绝对高程为4.550 m)。由于紧邻海边，地下水位相对较高，根据工程地勘报告，该区域抗浮水位标高为1.0 m(绝对高程)。

2 挡土墙设计重点

由于该工程为全地下工程，外墙承受地震力较小，设计过程中地震力忽略不计，地下室外墙主要功能为挡土挡水墙，外墙承受主要荷载为静止土压力、地下水压力以及地面活荷载。本工程挡土墙设计重点主要为:

1)中庭开带形洞口处挡墙水平力无法传递。从平面图中可以明显看出，建筑平面不规则，楼板中庭开洞，下沉广场导致左侧对应位置挡土墙水平力无法直接传递，只能传至底板;

2)立面变化导致水平力传递复杂。建筑立面不规则，整体呈船形，下层的面积大于相邻上层面积，建筑平面层层收进，挡土墙水平力传递复杂。

3 挡土墙设计前提

3.1 部分荷载取值

地面荷载取值为10 kN/m2。

3.2 土压力系数取值

本工程采用护坡桩支护形成干施工条件，考虑基坑支护与地下室外墙共同作用，根据《全国民用建筑工程设计技术措施(地基与基础)》第5.8.11条，挡土墙土压力计算时按照静止土压力乘以折减系数0.66近似计算，本工程折减系数取值为0.7。

4 挡土墙计算

常规地下室侧壁的计算模型基本上可分为:

1)底板处固定、顶板处简支的单向板;

2)底板处固定的悬壁板;

3)底板处固定、顶板处简支、地下室侧壁柱简支或固定的双向板。

4.1 常规挡土墙

常规挡土墙用在建筑立面无变化且楼板连续，简化计算按照连续单向板，地下室楼层板处按铰支座，基础底板处按固端支座计算。

以3层挡土墙为例，楼面以上覆土550 mm，抗浮水位－3.550 m(相对标高)，地下1层墙厚400 mm。

地下2层、地下3层墙厚均为550 mm，静止土压力系数取值为0.5，结构受力简图如图2所示，弯矩简图详如图3所示，弯矩及配筋如表1所示。

图2 受力简图

图3 弯矩简图（一）

图4 荷载简图

4.2 带扶壁墙的挡土墙

本工程西侧靠近挡土墙位置为带形下沉广场，地下2层顶及地下1层顶没有楼板。则西侧挡土墙的水平力无法通过楼层板直接传递至右侧挡土墙。因此，在计算西侧挡土墙时不能按照常规的计算方法。

本工程在设计过程中，为了传递水平力，在柱子位置设置了扶壁墙，让水平力通过扶壁墙直接传递至底板，由底板向西传递至西侧挡土墙承受水平力。

表1 挡土墙弯矩及配筋表

以2层挡土墙为例，地面以上覆土1 100 mm，抗浮水位－3.550 m(相对标高)，地下 1层墙厚 400 mm，地下 2层墙厚550 mm，受力简图详见图4，弯矩简图详见图5。

4.3 内缩部分挡土墙

本工程靠近海边，西侧挡土墙附近存在现有的围堰及基础。本着最大限度服务于业主的原则，在具体设计的时候，最大可能的利用现有地形，尽量增加商业营业面积。因此，本工程在西侧立面做成了船形(上大下小)。

1)增加扶壁墙(简图见图6)。

图5 弯矩简图（二）

图6 内缩部分挡土墙（增加扶壁墙）

在此附近存在带形下沉广场，设计时在柱子位置设置了扶壁墙，扶壁墙为一柱跨，使扶壁墙的长度不仅可以在－1层对挡土墙起到一个支撑的作用，而且在内收后扶壁墙还可以对－2层的挡土墙起到支撑作用，同时在折角的位置保证受力的连贯性，最大限度的保证结构的安全性。

2)增加墙体厚度(简图见图7)。

由于受建筑使用功能的影响，部分外墙处无法设置扶壁墙，在挡土墙设计时无法利用扶壁墙保证－1层挡土墙受力的连贯性，且－1层顶挡土墙无楼板支撑，所以在设计时，为保证结构的安全性，在转角处加厚墙厚及水平挡土墙厚度，在受力时起到牛腿的作用，从而保证挡土墙受力的连贯性。

4.4 下沉广场处挡土墙

在本工程的右下角存在一个下沉广场，此下沉广场紧挨着外墙边，且下沉广场底板深度为10 m多。若按常规设计时，此挡土墙顶端为自由，虽然转角墙可起到扶壁墙的作用，但是此挡土墙若满足结构要求则厚度过厚，不仅施工不方便，大体积混凝土造成水化热过大，且不经济。所以，在设计时，考虑在－1层顶板加个扁梁(见图8，截面为400 mm×1 200 mm)，把墙体分为两段，可作为挡土墙的支撑点，通过此扁梁把挡土墙的水平力传递至两边的扶壁墙内，从而保证挡土墙位移能够控制在允许范围内，满足结构的计算要求。

下沉广场处挡土墙见图8。

4.5 楼梯间处挡土墙

为了最大限度的增加商场的营业面积，竖向交通(如楼梯间等)均在周边位置。由于楼梯的踏步板为斜板，与结构楼板无法有效连接，挡土墙的水平力无法通过楼板传递。因此在计算楼梯间外的挡土墙时，楼板无法作为支撑点，则此挡土墙按照常规设计若满足结构安全，则此挡土墙必定很厚。本工程设计时，在结构楼板位置处增加扁梁(400 mm宽)，此扁梁可作为挡土墙的支撑点，使挡土墙的水平力通过此扁梁传递至两边的扶壁墙内，从而满足结构的计算要求。

楼梯间处挡土墙见图9。

图7 内缩部分挡土墙（增加墙体厚度）

图8 下沉广场处挡土墙

图9 楼梯间处挡土墙示意图

5 结语

随着建筑功能及外形要求的逐渐提高，在结构设计时挡土墙的种类也越来越多。要达到良好的经济性和安全使用要求，必须从参数的选取、荷载的分析和模型的简化等几个方面做好设计工作。同时在设计时通过各种手段来减少建筑带来的不利影响，抓住主要矛盾，加强构造措施。本文中所示的挡土墙仅为其中的几种，可起到抛砖引玉的作用。