某龙舟展示中心的组合式挡土墙设计

欧旻韬

（广东省建筑设计研究院有限公司 广州 510010）

0 前言

某龙舟展示中心位于广西昭平县昭平镇东南侧桂江畔，总长154.5 m，总宽度32.85 m，总高度29.972 m。本项目是模仿辽宁舰的一座临江建筑，整体效果如图1所示。主要功能为展厅、运动员服务配套、龙舟储藏室及配套设备间，内部建筑布置紧凑，功能复杂。主体结构2层，舰塔局部凸出。建筑一侧贴邻桂江边缘，另一侧连接旁边公路，两侧高差7.5 m，典型建筑侧立面如图2所示。

图1 项目整体效果Fig.1 Renderings of the Project

图2 典型建筑侧立面Fig.2 Typical Side Elevation View

春夏季节龙舟水发水期间，建筑首层泡入水中，整个建筑像漂流在水面上，建筑效果好。但对于主体土建结构，除了需要承受常规的荷载，还需要承受洪水期间的水流冲击，且地基土会出现泡水软化。

由于施工工期十分紧张，无法采用常规、经济的支护桩+锚杆的边坡支护做法。主体结构需要和挡土墙同步施工。

1 场地及地质条件

拟建场地位于昭平县昭平镇桂江北畔，交通便利，场地所处地貌上属于桂江二级阶地，场地地势稍有起伏，总体上呈西高东低、北高南低之势，最大高差约9.25 m。

根据钻探揭露，沿线地层自上而下主要晚更新系冲洪积成因的粉砂（Q4al+pl）、卵石（Q4al+pl）组成。典型地质柱状图如图3所示。

图3 典型地质柱状Fig.3 Typical Geological Histogram

表层普遍存在10 m厚度的松散粉砂层［1-2］，粉砂层以下为稍密～中密卵石层，卵石为较好的持力层。该粉砂层风干状态下有较好的承载力，但属于高压缩性土。粉砂泡水后容易软化，承载力大幅降低，未经处理不能作为建筑物基础持力层。土层基本参数如表1所示，本项目土层均为非粘性土，黏聚力标准值均为0 kPa。

表1 土层基本参数Tab.1 Basic Parameter of Soil Layer

2 挡土墙的结构布置方案比选

2.1 整体结构布置

整体剖面如图4所示。主体结构为两层两跨框架结构，负一层及首层为混凝土结构，首层屋面采用钢结构。为使土建结构布置规整合理，侧面、船头、船尾等复杂造型采用钢结构搭建龙骨，外贴钢板成型。

图4 整体剖面Fig.4 Overall Sectional View （mm）

后方扶壁式挡土墙总高度8.3 m，净挡土高度7.5 m，埋深0.8 m。挡墙顶与首层框架梁相连，主体结构与挡土墙共同抵抗土推力。肋板位置结合了主体结构柱布置，肋板平均间距5.0 m。

基底为松散粉砂层，整体采用桩基础承受竖向力，桩端持力层为中密卵石层。由于挡土墙的土推力较大，前趾的反力远超过粉砂的地基承载力，因此将挡墙底板与桩基承台结合设计为一块宽24.0 m，厚1.4 m的筏板。设计思路仍主要由桩基抵抗前趾反力，原状地基土不提供抗力。首层设置配筋地骨，将前后柱的承台连接在一起共同受力。

挡土墙后的库仑主动土压力根据《建筑边坡工程技术规范：GB 50330—2013》［3］公式计算得到，每延米的滑移力为487.721 kN，倾覆力矩为1 559.451 kN·m。

2.2 挡土墙与主体结构结合的设计方案

挡土墙与主体结构结合形成组合式挡土墙［4-5］，根据填土与主体施工的先后顺序分为2种情况：

⑴先浇筑主体结构和挡墙，然后回填后方填土，这种情况主体框架结构和挡土墙共同抵抗后方土推力。土推力作用下，框架梁、框架柱都承受较大内力，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。这种情况虽然造价较高，但施工速度最快。

⑵先浇筑挡墙并在框架梁的位置预留钢筋接头，然后回填后方填土并监测挡土墙变形，待变形稳定后再进行主体结构施工。该方案的优点是挡土墙与主体连接，克服了两者分离所存在的问题。且主体结构是在挡土墙变形后再结合，主体结构不承担回填土过程中挡土墙的变形。但该方案最大的问题是影响工期，主体结构需等待挡墙变形稳定后方可施工。

2.3 挡土墙与主体结构分离的设计方案

主体结构与挡土墙分离是常规的挡墙设计方案，剖面如图5所示。作为该项目比选方案，也进行了整体受力计算。框架柱截面降低至600 mm×600 mm，框架梁截面300 mm×800 mm，构件内力、构件截面和配筋均比2.2节情况1的组合式挡土墙大幅降低。主体结构与挡土墙之间形成的空腔，可通过顶部悬挑板封闭，板与挡土墙之间设置滑动垫片以防挡土墙变形传递到主体结构，如图6所示。虽然挡土墙侧壁与主体结构分离，但挡土墙的底板可与主体结构的底板连成一体，共同抵抗水平推力。

图5 挡土墙与主体结构分离式做法Fig.5 Separation Method of Retaining Wall and Main Structure（mm）

图6 挡土墙顶部与主体结构连接做法Fig.6 Connection between Top of Retaining Wall and Main Structure（mm）

该方案可以使挡土墙和主体结构可同时施工，工期较快，是较好的设计方案。但本工程实施该方案却存在困难，主要有3个方面原因：①建筑专业要在框架柱边缘砌筑隔墙，挡土墙与隔墙之间形成了空腔，导致隔墙内外都做防水层，造价增高，且空腔间距较小，防水层施工困难；②在洪水期间负一层会被水淹没，该空腔的内外水压力不平衡，容易造成隔墙被冲垮；③本项目消防水池及大型设备房不在主体结构内，挡土墙与主体之间的空腔影响了设备管线的布置。

为了扭转这一局面，政府一直在持续努力，大力增加全科医生数量，扶持乡镇卫生院和社区服务中心发展，同时三令五申严控大型医院的规模扩张。

3 抵抗挡土墙土推力方式的探讨

3.1 挡土墙底板设置斜向锚索

底板设置斜向锚索的作用类似于常规基坑支护的锚索［6-7］，主要目的是抵抗水平力，需要在回填土之前施工完毕，锚索布置形式如图7所示。一般施工顺序是先施工斜向锚索并预留钢筋接头，等桩基施工完毕与底板浇筑在一起。由于提供给锚索锚固的卵石层较深，需要的锚索长度较大，施工缓慢。该方案为常规的锚索施工方法，但需要额外的锚索施工时间，本项目不具备这样的条件。

图7 挡土墙底板的斜向锚索Fig.7 Inclined Anchor Cable of Retaining Wall Bottom Plate（mm）

如果先施工底板并在底板预留锚索施工孔，采用后灌浆固定的方式施工锚索，可以使锚索与上部结构同步施工。但该施工方法因施工空间狭小造成一定困难，且造价较高。

3.2 挡土墙后方采用加筋土回填

加入了筋带的加筋土［8-9］能有效约束土体变形，可以减少甚至消除填土对挡土墙的推力。本项目地基土属于软弱土，挡土墙滑移验算难以满足。因此挡土墙验算时，抗倾覆、抗圆弧滑动通过设置桩基，增强基底承载力解决；抗滑移则通过设置加筋土，改善墙后填土力学性质来解决。设置土工布后的填土力学性能改善，主要体现为适当提高土体的粘聚力，粘聚力取10 kPa，内摩擦角参考常规墙后填土的设计参数后保守取20°。

保守考虑，加筋土也同时按按边坡进行设计，要求没有挡土墙的情况下，加筋土也能自身保持稳定。加筋土及挡土墙组合布置如图8所示。

图8 挡土墙背后加筋土回填Fig.8 Backfilling of Reinforced Soil behind Retaining Wall（mm）

3.3 挡土墙底板设置抗滑键

底板设置了2道0.6 m高，1.2 m宽的抗滑键［10-11］，主要目的是增强底板与地基土的摩擦力。由于本场地的地基土为高压缩性土，后期沉降变形较大，而桩基持力层在中密卵石，底板沉降较小，两者的沉降差可能造成底板与原状土脱开，抗滑键失去作用。因此抗剪键只能作为抗力的二道防线考虑，不能作为主要抗力构件参与计算。

3.4 利用管桩承受水平力

上部松散砂层厚度达10.0 m，造成单桩水平承载力仅78.441 kN，管桩根数348根，可提供的总抗力为27 297 kN，挡土墙考虑安全系数后需要的总抗滑力为62 296 kN，远大于管桩可提供的抗力，且管桩本身抗弯承载力较低，不宜直接用作抵抗水平力。综合考虑，管桩水平承载力也仅作为抗力的二道防线。

4 合理的挡土墙布置建议

5 总结

本文介绍了某龙舟展示中心组合式挡土墙的设计，由于工期紧张，采用了与常规挡土墙不同的新设计思路。主要得出如下结论：

⑴组合式挡土墙不是一种经济的挡土墙体系。在建筑条件允许的情况下，挡土墙与主体结构分离，挡土墙抵抗土推力，主体结构只承担建筑荷载，这样造价最为经济，而且主体结构构件受力较小，截面较小，建筑效果较好。

⑵挡土墙须与主体结构结合设计为组合式挡土墙时，可采用如下方法降低土推力对主体结构的影响：先施工挡土墙并预留主体结构插筋，墙后回填土并配合施工监测，待挡土墙变形基本完成后，再施工主体结构。

⑶对于软弱土地区的挡土墙，如松散粉砂、淤泥土上的挡土墙，高大挡墙的抗滑验算较难满足，复合地基、桩基等基础加固形式一般只能提高其抗倾覆、抗圆弧滑动能力。此时墙后填土采用加筋土回填来降低土推力是个好办法，且整体造价较低。

⑷对于挡土墙与主体结构结合的组合式挡土墙，需设置多道抗力防线，以防止单一抗力体系失效时对主体结构产生严重影响。