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摘要：随着国家城市化的发展，全国各地建造了大量的地下室，而地下室挡土墙的安全性要求高，投资量大，故其结构设计工作非常重要。本文对地下室挡土墙结构设计进行分析，结合设计实践，指出了结构设计中的问题，提出了设计对策和建议。
关键词：地下室；挡土墙；结构设计；约束；对策
0、前言
相较于上部结构构件，地下室挡土墙结构设计常不被重视，有时发现设计人员欠认真分析，造成不必要的浪费或留下工程安全隐患。
1、地下室挡土墙计算简图与荷载
1.1 挡土墙计算简图及支座
地下室挡土墙为竖向放置的板单元，对单、多层地下室，设计中常取1米宽板带计算。
地下室挡土墙顶端、底端、中间楼层的支座约束常分别简化为铰接、固端、连续支座，但实际设计中往往上述支座类型常会变化，应分析各约束对地下室挡墙的约束能力大小，采用符合实际的对应支座计算。地下室顶板为无梁楼盖或有梁大板，顶板厚度接近甚至超过地下室挡墙厚度时，则地下室顶板为地下室挡土墙顶端的半固定或固定支座。当地下室底板为防水板、刚性地坪，底板厚度相对挡土墙厚度较薄时，则地下室底板只能视为挡土墙底端的半固定或铰接支座。实际工程中应重点把握支座对挡土墙的相对约束刚度大小，采取符合实际的约束计算。
1.2 挡土墙荷载
地下室挡土墙受平面外水平向的土压力、水压力、墙顶超载及地面活荷载等引起的侧压力，墙顶受地下室顶板、上部结构传来的竖向荷载。挡土墙土压力，一般可按静止土压力计算。挡土墙侧压力计算可以采用水土分算的原则，地下水以下土取浮重度。静止土压力系数K0与土的性质、土的密实度等因素有关，通常情况下，砂土K0可取0.3～0.5，粘性土可取0.45～0.7，当地下室施工采用护坡桩或连续墙支护时，静止土压力系数可以适当折减，无可靠经验时可取 0.35。地下水位随季节变化时，地下水应按活荷载，取相应活荷载分项系数γQ=1.5；而地下水水头常年较稳定时，地下水应取最高水头，按恒载计算，取相应恒载分项系数γG=1.3。
一般民用建筑在计算与地上建筑外墙上下对齐的地下室挡土墙时，室外地面活荷载可取5 kN/m2；在计算远离上部建筑的地下室外墙时，对于上部无通行车道的室外地面活荷载可取10 kN/m2，有通行车道时应取20 kN/m2。工业建筑及有特殊较重荷载时，应按不小于实际使用荷载确定。
2、地下室挡土墙截面计算
墙顶无上部结构剪力墙或上部剪力墙轴力不大时，地下室挡土墙为大偏压受弯构件，一般可忽略墙轴力按受弯构件进行受弯承载力计算，取最大弯矩截面计算受弯承载力。但挡土墙顶为上部结构剪力墙且该剪力墙轴力较大时，考虑挡土墙的轴力作用，按偏压构件计算各截面受弯承载力更为经济合理。
挡土墙的裂缝控制对混凝土自防水和挡土墙耐久性非常重要。大量工程实践表明，挡土墙外侧配筋往往由裂缝计算控制，地下室挡土墙最大裂缝宽度应不大于0.2mm。
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3、地下室挡土墙设计常遇问题分析及对策
3.1挡土墙端受力协调
地下室挡土墙一般总是和地下室顶板、楼层板、底板或墙下基础相连的，相互变形协调受力，然而由于计算软件所限制，实际设计中挡土墙计算往往不能和地下室各构件一起整体建模，得不到整体计算结果。设计人员一般将挡土墙简化为带约束的隔离体（计算简图）计算，这就必然易形成误差。为减小挡土墙设计误差，设计中应重视概念设计。挡土墙计算简图中底端可视为固定端时，注意地下室底板在支座处配足底筋以保证其抗弯承载力同挡土墙底端外侧相协调。挡土墙计算简图中顶端可视为固定端时，注意地下室顶板在支座处配足负筋以保证其抗弯承载力同挡土墙顶端外侧相协调。而当挡土墙顶端或底端可视为铰接时，此时地下室顶板或底板厚度常比挡土墙厚度小较多，则顶板或底板可以以挡土墙为嵌固端，但应注意相应挡土墙端外侧配足构造筋以保证其抗弯承载力同地下室顶板或底板协调。
3.2 挡土墙支承变化
挡土墙一般以地下室顶板、楼板及底板等水平构件为支承，当上述水平构件变化时对挡土墙受力带来较大影响。当挡土墙平面外有垂直相交的混凝土墙或有截面很大的钢筋混凝土柱时，则应考虑该平面外的支承，按双向板、三边支承等计算。当地下室挡土墙紧邻楼层洞口、楼梯间、车道时，则由于地下室顶板、楼层板的约束缺失，导致挡土墙板块跨度增大或变成悬臂墙等，从而引起很大的内力变化。设计中应注意分析各部分挡土墙的支承变化情况，根据不同的约束边界，采取相应的计算简图计算，做好相应的构造处理。
3.3 挡土墙裂缝控制
工程实践中，地下室挡土墙开裂是通病，墙开裂后渗水影响使用，又影响挡土墙的耐久性，而其裂缝修补处理难度也大，做好挡土墙抗裂结构设计是是控制裂缝的重要一环。为防止挡土墙水平向裂缝，按《混凝土结构设计规范》GB50010中公式7.1.2-1验算挡土墙受拉边缘最大裂缝（水平缝）宽度，使其不超过允许值，一般也较易实现。但大量的工程表明，地下室挡土墙裂缝大多为竖向缝，这些竖向裂缝常位于墙高中间段附近、内外墙（柱）交接处、墙转角处、地库与主楼交接处等。
3.3.1 竖向裂缝成因
随着我国城市化的快速发展，超大地下室随处可见，地下室挡土墙单边长度常达上百米、几百米，大大超过规范规定的挡土墙伸缩缝最大间距。由于现代水泥强度等级高、拌和流动性大，为满足泵送、免振等工艺，混凝土的组分变化造成体积收缩增加，产生拉应力；混凝土早期水化热或施工及使用期间温差，产生膨胀或收缩，产生约束应力。随挡土墙长度增加上述间接作用应力累积，大大超过混凝土抗拉强度。采取的后浇带等措施仅能部分减少早期应力，而后期应力要靠墙自身抵抗。在内外墙（柱）交接处、墙转角处，由于刚度大约束强更易开裂。地库与主楼交接处刚度变化大，可能的沉降差产生内应力，叠加前述间接作用应力而更易开裂。
3.3.2竖向裂缝对策
超长的地下室宜进行温度应力计算，配置相应的温度应力钢筋。挡土墙水平筋应加强设计，采用细而密的配筋方案，在高度中部1/3区段可设置分布筋加密区。水平筋可以设置在挡土墙外侧，减小其保护层厚度，有利于减小裂缝。挡土墙后浇带内分布筋应断开，采取搭接的连接方式，有利墙段自由伸缩减少应力积累。内外墙（柱）交接处、墙转角处、地库与主楼交接处，除进行应力计算外，尚应加强水平筋配置，如在墙外侧设置附加水平筋等。当挡土墙为深梁情况时，应按深梁验算和构造。
在设计文件中应对超长结构施工，提出明确的要求，包括原材料、施工工艺等具体要求。只有采取综合措施，才能预防、减少挡土墙竖向裂缝的产生。
4、结束语
实际工作中地下室挡土墙设计常需考虑的因素多，给结构设计带来挑战。为经济合理地做好挡土墙结构设计，设计人员应精心设计，不断钻研和积累经验。
参考文献：
[1] GB50010-2010《混凝土结构设计规范》，中国建筑工业出版社，2016
[2] GB50108-2008《地下工程防水技术规范》中国计划出版社，2010
论文作者:张广兵
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第24期
论文发表时间:2019/7/31
标签：挡土墙论文; 地下室论文; 顶板论文; 裂缝论文; 支座论文; 荷载论文; 应力论文; 《建筑模拟》2019年第24期论文;