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摘要：地下室挡土墙的设计合理性涉及到建筑物的安全性，当前很多建筑物地下室挡土墙设计方面尚存在很多安全隐患。因此，对地下室挡土墙设计理论进行研究具有重要意义。本文主要对地下室挡土墙的设计方法提出合理性建议，并设计时需要注意的相关事项进行分析，从而让建筑结构达到经济、安全可靠的目的。
关键词：住宅工程；地下室挡土墙；结构设计
前言
随着我国社会经济和城市建设的迅速发展，高层住宅建筑层数越来越多，其地下空间的利用也越来越重要。为住宅工程建筑物的安全，其抗倾覆和抗滑移、抗震的基础要求需要有一定的埋深，为了合理地下利用，住宅工程往往会设置地下室；同时为了改善地下室环境条件，其地下空间通常被用作为地下车库。而挡土墙作为住宅工程地下室竖向受力构件，其不仅要承受竖向荷载，同时还要承受侧向水、土等压力作用，因此对其进行正确设计特别重要。
一、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－10k N/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/m=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300，在混凝土中的扩散角取450，进而可以计算出轮压荷载及扩散面积，再利用静比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15倍富裕度考虑，可以达到本地区的抗震目标。
二、确定地下室挡土墙的计算简图
地下室挡土墙常规设计时，把基础底板、各层楼板等用作地下室挡土墙的支撑，计算简图一般按照以下方式处理：将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。但还需要考虑顶板和基础底板的实际约束作用，否则也会给其它部分的受力带来安全隐患。而且楼板因为考虑到使用方面的需求，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。因此，确保地下室挡土墙计算简图的合理性，需要结构设计师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），保证传力途径直接简单。
表1 某项目各层岩土空间分布
三、地下室挡土墙结构分析
（一）承载力计算
通常情况下，根据具体情况采用下面两种模型:1.取单位长度挡土墙，基础作为嵌固端，左右作为自由端，顶板作为铰接点，也就是说地下室顶板处不可以移动，能转动。若是超过地下两层，中间各层板处都进行固端支座处理。在地下室侧向水平力的作用下，按构件受弯计算剪力和弯矩，可以采用计算软件进行计算，也可以参考《建筑结构静力计算手册》人工计算，确定混凝土强度等级和墙体配筋以及墙体厚度。具体计算需注意以下两点:①首先画出墙体受力图，需先计算以下所述控。制点的水平荷载，三点连线即为外荷载分布图，一般需计算以下三处荷载，地表处：q1=地面活荷载×0.5；地下水位处：q2=q1+水位以上土重度×地表至水位的高度；基础顶：q3=q2+水位下土的浮重度×水位标高到基础顶的高度；②计算钢筋混凝土挡土墙侧墙的受剪承载力和受弯时，土压力引起的效应为永久荷载效应，地面活荷载是车辆荷载引起的可变荷载效应。当考虑由可变荷载效应控制组合时，土压力的荷载分项系数取 1.2；当考虑由永久荷载效应控制组合时，土压力的荷载分项系数取 1.35。挡土墙的剪力和弯矩取以上二种组合下计算结果最大值。这种计算模型墙底负弯矩比较大，但是可靠、安全。建议采用；2.把地下室的挡土墙当作双向受力的现浇板，顶板、左右混凝土墙、柱均为铰接，基础顶部作为嵌固端。这种模型墙底负弯矩小于第一种，跨中弯矩增大，两侧混凝土翼墙、柱所受的侧向力也都比较大，必须要详细计算。配筋计算同上。
还有一种特殊情况，当地下室层高比较高时，可以设置扶壁柱用于挡土墙的横向支撑，扶壁柱应作为压弯构件验算，按三边固定墙板，地下室顶部按铰接计算配筋。以上三种计算模型中，都作为简化计算，挡土墙的竖向力（即轴力）直接沿墙体纵向传向地基、基础。计算简图中没有体现。严格意义来说，地下室挡土墙是受压、弯、剪的复杂受力构件，通常情况下，轴力不大（大于偏心受压），简化计算偏于安全；但如果轴力很大（大于偏心受压）时，不能忽略轴力对挡土墙的影响。
（二）验算挡土墙正常使用极限状态
1.计算机软件计算中应进行准永久组合下检验挡土墙的挠度，通常都控制在 1/400～1/250 层高范围之内；
2.地下室挡土墙外侧、内侧，裂缝控制宽度可另外待之。迎水面（外侧），设计中应该考虑防水层的作用，支座截面可以根据混凝土环境类别来确定裂缝控制宽度，而背水面（内侧），挡土墙跨中截面则应按混凝土二 a 类环境类别确定裂缝控制宽度。
四、地下室挡土墙设计的注意事项
（一）耐久性设计：首先根据地勘报告中水、土对钢筋混凝土结构中混凝土、钢筋的腐蚀性评价，按照有关规范规定，准确划分混凝土墙体的环境类别，然后明确墙体采用的最低强度等级和混凝土配比中材料含量限制要求，以及内、外侧钢筋的保护层厚度等一定要符合相关规范规定，从而满足结构设计耐久性的要求。
（二）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。
（三）挡土墙的配筋方式，通常都是以基础、地下室顶板和楼层作为挡土墙支座，这时，挡土墙的配筋和剪力墙不同，在内测采用水平钢筋、外侧采用竖向钢筋的布筋方式；在特殊情况下，当挡土墙的横向支撑点为扶壁柱等竖向构件时，挡土墙配筋方式和剪力墙相同，采用竖向钢筋在内侧、水平钢筋在外侧的布筋方式。
（四）对住宅工程建筑地下室外墙的设计必须要严格执行规范的相关要求，如其厚度应超过 250mm，分布水平和竖向钢筋应双层双向设置，水平钢筋直径应大于 12mm，竖向钢筋直径应大于10mm，间距不得超过 150mm，配筋率大于 0.3%，而且钢筋不可以采用光圆钢筋等。
（五）为满足住宅稳定、抗倾覆、抗震要求，确保挡土墙的实际受力状况和计算模型一致，墙后基础底标高以上的基坑回填土的施工压实质量及其材料的选用必须高度重视，且在地下室顶板和外墙防水层施工完毕后应及时回填，材料应采用级配砂石、砂土或灰土，压实系数要大于 0.94，且要求必须在建筑物四周或相对的两侧同时回填，分层夯实。
五、结束语
总而言之，在结构设计中地下室挡土墙设计是非常重要的内容之一。而土压力的计算问题是挡土墙设计的主要问题，确定设计荷载和合理简化计算模型是地下室挡土墙设计中的关键所在，墙下基础满足挡土墙负弯矩效应的扩散也非常的重要，再结合规范采取相应的构造措施，才可以设计出符合实际受力状况的地下室挡土墙。
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）.
论文作者:吕伟斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/16
标签：挡土墙论文; 地下室论文; 荷载论文; 压力论文; 弯矩论文; 基础论文; 顶板论文; 《防护工程》2017年第35期论文;