厂房内部存在挡土墙时两种结构方案的比较

赵明，黄秀亮，林家民

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

挡土墙是工程建设领域常见的一种构筑物，广泛用在道路工程领域，起到边坡稳定、防止土体变形的作用。常见的挡土墙形式有重力式挡土墙、扶壁式挡土墙、悬臂式挡土墙等。而本文讨论的挡土墙在工业厂房内部，当厂房内部存在高低差时，需要在厂房内部设置挡土墙。

2 项目简介

本项目位于山东省临沂临港经济开发区，抗震设防烈度为7 度。整个厂房占地面积21 190 m2，建筑面积30 310 m2，西侧为机加工车间，长108 m，宽51 m，东侧为制动鼓车间，长233 m，宽51 m。西侧机加工车间为2 层钢筋混凝土框架结构，地面标高为-6.000 m，2 层楼面标高为±0.000 m，建筑高度为18.8 m；东侧制动鼓车间为单层钢结构厂房，地面标高为±0.000 m，建筑高度为16.8 m。2 个厂房在±0.000 m标高相通。厂房局部平面示意图如图1 所示。厂房建成投产后将形成80 000 t/a 制动鼓产品的完整生产链。

图1 厂房局部平面示意图

3 两种方案的比较

根据岩土工程勘察报告，厂房东西方向高差比较大，高差达到6 m，为了减少填方挖方，因势利导，2 个厂房的地坪标高不在同一个标高，这样在厂房内部形成高低差，需做挡土墙来抵抗土的侧压力。侧向土压力分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。当支护结构变形不满足主动土压力产生条件时，或边坡上方有重要建筑物时，应对侧向岩土压力进行修正。本工程挡土墙设计采用主动土压力计算。

本工程采用的是悬臂式挡土墙，悬臂式挡土墙是一种轻型支挡构筑物。其支挡结构的抗滑移、抗倾覆主要取决于墙身自重和墙底板以上填筑土体（包括荷载）的重力效应，在墙底板设置凸榫提高挡土墙的抗滑稳定性。由于挡土墙采用钢筋混凝土结构，墙体内的拉应力则由钢筋承担，使得其结构厚度减小，自重减轻，钢筋混凝土底板刚度的提高，使得挡土墙立臂高度较高且提高了其在地基承载力较低条件下的适应性。本工程挡土墙的持力层为粉质黏土，其承载力特征值fak=150 kPa，承载能力中等，选取悬臂式挡墙可以满足地基承载力的要求。悬臂式挡土墙组成见图2[1]。

图2 悬臂式挡土墙横断面图

悬臂式挡土墙截面尺寸应根据强度和变形计算确定，立板顶宽和底板宽度应不小于200 mm。本工程要保证挡土墙后填土内的水不能渗入车间内，挡土墙采用抗渗混凝土，抗渗等级P6。规范规定，防水混凝土的结构最小厚度应不小于250 mm[2]，所以立板顶端厚度为250 mm，底板处最小厚度为500 mm。当挡土墙高度大于4 m 时，宜加根部翼[3]。悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙纵向伸缩缝间距宜采用10～15 m。宜在不用结构单元处和地层性状变化处设置沉降缝；且沉降缝和伸缩缝宜合并设置。挡土墙结构应进行混凝土裂缝宽度的验算。迎土面的裂缝宽度应不大于0.2 mm，背土面的裂缝宽度应不大于0.3 mm。

悬臂式挡墙的混凝土强度等级应根据结构承载力和所处的环境类别确定，且应不低于C25。本工程挡土墙混凝土强度等级采用的是C30。当挡土墙受滑动稳定控制时，应采取提高抗滑能力的构造措施。宜在墙底下设防滑键，其高度应保证键前土体不被挤出。防滑键厚度应根据抗剪强度计算确定，且应不小于300 mm。本工程通过在墙底板设置凸榫提高挡土墙的抗滑稳定性，凸榫高度300 mm，且配有12 mm@150 mm 的抗裂钢筋。

结构方案的选型时有2 种方案：方案一为2 个厂房柱子基础与挡土墙联合，如图3 所示；方案二为厂房柱子基础与挡土墙脱开，如图4 所示。

图3 方案一：挡土墙与厂房基础联合

图4 方案二：挡土墙与厂房基础脱开

当采用方案一时，不影响厂房使用空间，但是也存在一定的安全隐患，即当挡土墙出现破坏时，会影响厂房主体结构的安全。当采用方案二时，挡土墙放到轴线与轴线中间，由于轴线轴线独立基础的底面积较大，留给挡土墙的可用空间较少，如果挡土墙顶部标高仍然在±0.000 m，会因挡土墙的计算高度较高而无法通过，所以坡顶采取放坡的方式，减少挡土墙的计算高度。放坡后坡顶标高为-2.500 m，±0.000～-2.500 m 采取自然放坡的形式，-2.500 m 标高以下为挡土墙主体，这样挡土墙的计算高度减少2.5 m，挡土墙计算容易满足。将挡土墙放置在轴线与轴线中间，虽然减少了机加工厂房的使用面积，但是挡土墙与2 个厂房的基础脱开，挡土墙的破坏不影响厂房主体结构的安全，厂房主体结构的荷载也不作用于挡土墙，结构安全性大大提高。

规范中明确规定，山地建筑结构不宜兼作支挡结构。当主体结构兼做支挡结构时，应考虑主体结构与岩土体的共同作用及其地震效应[4]。不管是从结构安全的角度看，还是从规范规定的计算难易程度看，挡土墙与厂房基础脱开更合理。

悬臂式挡墙结构构件应根据其受力特点进行配筋设计。悬臂式挡墙的受力模型简单，其立板、墙趾板和墙踵板等结构构件可取单位宽度按悬挑构件进行计算。挡土墙高度的增加，导致其所受内力呈平方关系的增加。悬臂式挡墙高度一般不宜超过6 m，本工程不放坡的挡土墙高度为7.5 m，坡顶经自然放坡后，挡土墙高度为5 m，满足规范要求。同时放坡后，厂房地面堆载对挡土墙的影响减小，这时的挡墙主要承担其后填土的主动土压力，使得挡土墙的截面和配筋可以显著地降低，降低建造成本。

放坡之后挡土墙后的填土，应优先选择抗剪强度高和透水性较强的填料。当采用黏性土作填料时，宜掺入适量的砂砾或碎石。不应采用淤泥质土、耕植土、膨胀性黏土等软弱有害的岩土体作为填料。同时应清除填土中的草和树皮、树根等杂物。在墙身混凝土强度达到设计强度的70%后方可填土，填土应分层夯实。

挡墙在施工前应预先设置好排水系统，保持边坡和基坑背面干燥。基坑开挖后，基坑内不应积水，并应及时进行基础施工。挡墙的抗渗与泄水布置应根据地形、地质、环境、水体来源及填料等因素分析确定。本工程挡墙在厂房内部，不存在墙后填土地表排水系统，水源主要来自墙后填土内的地下水。

4 结语

工程设计应充分利用地形、地貌，采用合理的建筑结构形式，不应对原地貌进行大开挖和深填方。挡土墙是工程建筑中常见的一种构筑物。悬臂式挡墙的受力模型简单，通常应用在墙体高度不大于6 m、对地基承载力要求不高的地方。本工程采用悬臂式挡土墙。当厂房内部存在挡土墙时，通过2 种方案的比较，厂房柱子与挡土墙脱开，同时挡土墙顶面土体采取放坡的形式，既满足厂房安全的需要，也满足挡土墙安全的需要。