林 濤 黃慧君

在工程實踐中,我們經(jīng)常會遇到需要設置擋土墻的情況。本文主要是通過理論分析和比較適用范圍接近、較有可比性的圬工擋墻和鋼筋混凝土擋土墻,特別是變異擋墻各自的特性和優(yōu)缺點,并結(jié)合實踐(工程實例)探討變異擋墻的應用,希望能為廣大設計工作者提供一點值得參考或借鑒的設計思路。

1 圬工擋墻和鋼筋混凝土擋墻的理論分析和比較

圬工擋墻按照墻背形式的不同,可分為仰斜、垂直、俯斜、凸形折線或衡重式五種。根據(jù)擋土墻的標準圖并結(jié)合設計工作中的經(jīng)驗,在一般情況下,墻身高不大于4 m時通常采用圬工擋墻,墻身高超過6 m時再用圬工擋墻將不經(jīng)濟且不安全,故不宜用圬工擋墻而應該采用鋼筋混凝土擋墻,且宜采用扶壁式擋土墻。在4 m～6 m范圍內(nèi)一般采用懸臂式擋土墻。墻身高在這個范圍內(nèi)的擋墻是最多見的,設計工作中經(jīng)常會碰到,也正是本文要重點討論的,即此時應該采用何種形式的擋墻。即使是指定了4 m～6 m的范圍,因為墻趾處的地形、地質(zhì)、水文等條件千差萬別,不可能有完全一模一樣的擋土墻構(gòu)造。所以,我們要具體問題具體分析,需要更多、更慎重的思考和比較,不能一概而論。

2 鋼筋混凝土變異擋墻的形式和一般構(gòu)造要求

在墻身高4 m～6 m范圍內(nèi),通常采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。一般的懸臂式擋墻是由墻身、墻趾板、墻鍾板三部分組成,其形式和一般構(gòu)造尺寸見圖1。當然,在實際應用時的具體尺寸應通過驗算后確定。墻身的面坡通常采用1∶0.02～1∶0.05,背坡則可直立。墻身頂部的最小寬度為15 cm。墻身、墻趾板和墻鍾板內(nèi)的鋼筋布置需要通過計算確定,并應滿足規(guī)范要求。

其實上述構(gòu)造要求只是一個彈性框架,具體的需要我們自己把握。對一個具體的擋土墻工程來說,我們要充分考慮到墻址處的各種影響因素或者約束。為了滿足它的各種要求,我們可以在充分理解規(guī)范,確保安全的前提下對擋土墻的各部尺寸進行靈活的調(diào)整,而不是死搬規(guī)范。下面我們將結(jié)合工程實例來共同探討一下變異擋墻的靈活應用。

3 工程實例

某橋原設計上部構(gòu)造為2×13 m簡支鋼筋混凝土空心板,下部構(gòu)造采用鋼筋混凝土薄壁輕型橋墩,3φ1.2 m鉆孔灌注樁基礎,3φ1.2 m樁基接蓋梁橋臺。施工時由于施工單位未能充分理解設計意圖,盲目開挖河床以及其他原因,原設計緊挨地面線的橋臺蓋梁底面高出目前實際河床地面線達4 m之多。地面線變化前后橋梁的立面如圖2所示。

圖2中虛線所示地面線為原設計地面線,實線為變化后的地面線。可以看出,在這種情況下如果繼續(xù)按照原設計圖紙施工,臺后填土將無法穩(wěn)定,橋臺樁基的受力狀態(tài)也會受到較大影響。從現(xiàn)場勘察的實際情況和施工進度來看,當時0號橋臺設計15 m長的樁基只余下不到4 m的出土部分未澆筑,1號橋墩樁基已按設計全部澆筑完畢,2號橋臺的三根樁基按設計長15 m也已經(jīng)澆筑完畢,樁頂?shù)降孛娴母卟罱? m。為了支擋兩岸橋臺樁頂至地面近4 m高差的臺后填土,承擔其產(chǎn)生的土壓力,必須結(jié)合原設計和實際的施工進度情況重新考慮橋臺的構(gòu)造,進行變更設計。顧及原設計的橋臺樁基是直接與蓋梁連接,可以說幾乎不考慮臺后土壓力,其強度、配筋很難滿足承受臺后土壓力的要求,故此臺前必須設置既不侵占河道,又能承擔臺后土壓力的構(gòu)造物,即擋土墻。此擋土墻需設置在橋臺蓋梁下,其臨水面需直立。墻后的臺背填土頂面要比擋墻頂面高出蓋梁加背墻的高度約1.6 m。為了保證有一定的埋置深度,墻身高約為4.5 m。如果采用圬工擋墻中的俯斜式擋墻,在填土高6 m多的情況下,其基底承載力要達到300 k Pa。但是根據(jù)地質(zhì)報告,在目前地面線下1.5 m～5 m范圍內(nèi)均為碎石,其承載力容許值僅有260 k Pa,雖然碎石層下面的強風化粉砂巖承載力容許值可達400 kPa,但是圬工擋墻不可能埋深5 m以上,因為其體積如此龐大,施工時勢必會影響橋臺樁基的穩(wěn)定性,且還未計及其造價的昂貴。因此采用圬工擋墻的方案是不可行的,這時我們想到了鋼筋混凝土擋墻。

考慮保持橋臺樁基接蓋梁構(gòu)造不變,在橋臺蓋梁下、樁基間設置鋼筋混凝土懸臂式擋墻,擋墻面坡(臨水面)需齊平樁基向河心的最外邊緣線。但是考慮臺后填土完全由擋土墻承擔,故此擋土墻與樁基間應斷開。而基底持力層為碎石,其承載力容許值僅為260 k Pa,偏小。我們需根據(jù)這些約束條件來進行計算。

從計算可以看出,必須對初擬尺寸進行針對性的調(diào)整,盡量將基底最不利應力減小到260 k Pa以下。

根據(jù)分析,我們可以通過以下方式調(diào)整以使設計更趨合理:將墻身厚度由1.2 m減為0.6 m,墻身高由4 m改為 4.5 m,墻趾板和墻鍾板的厚度由1.5 m改為1.2 m,并將它們均加長到2.8 m,在墻趾板和墻鍾板下各增設一條0.5 m寬、0.6 m高的抗滑齒(凸榫)。下面我們再根據(jù)調(diào)整后的尺寸,按照前述同樣的步驟進行擋墻自身穩(wěn)定性和基底承載力的驗算。

驗算結(jié)果表明,我們的調(diào)整是成功而有效的,設計是可行的。如果下一步就按照既定尺寸對擋墻自身進行強度驗算,進行結(jié)構(gòu)配筋設計、鋼筋布置等細部工作也是可以的,但是筆者認為設計可行并不代表它就沒有缺陷,就沒有進一步優(yōu)化的可能性。

所以,我們要再審視一下原定的設計,考察它是否絕對安全,是否有遺漏的不利因素,它的用材是否省,施工難度是否大等等。通過這樣的自我審查,確定擬定的尺寸合理后,就可以放心大膽地進行擋墻自身的強度驗算,計算擋墻各部構(gòu)造受力最不利的截面,進行配筋設計、鋼筋布置等細部設計等等。

在本例中,還有一個需要注意的問題就是抗滑齒(凸榫)的設置,它應該設在何處為最佳,又如何進行計算,分析擋土墻在墻后填土壓力作用下變形的趨勢是整體滑移和繞墻趾板邊緣轉(zhuǎn)動,墻下最大應力發(fā)生在墻趾板邊緣處,那么抗滑齒是否就設置在此處。根據(jù)前述帶齒混凝土底板與地基土之間抗滑試驗分析齒墻與土體的相互作用,增設齒墻后改變了底板與地基土的接觸面及基底應力分布,目前還沒有能精確表述出齒墻的受力狀態(tài)及應力分布的理論和計算公式。為簡化計算,在齒墻不太高(1 m以下)時可以偏安全地將其視作懸臂構(gòu)件,墻后土推力由墻身傳遞到基底后由齒墻對墻一側(cè)土的被動土壓力平衡,則齒墻上也會受到同樣大小的反作用力。分析土體的應力狀態(tài),在墻趾板下的土體應力顯然要比外圍土體大,對有利于抗滑的土體被動土壓力能起到增益作用,而且擋土墻基底應力分布偏向于墻趾板下,故此抗滑齒應該布置在墻趾板下,與墻趾邊緣和墻鍾板都應有一定的距離,一般到墻趾邊緣的距離與墻趾板的長度在一定的比例范圍內(nèi)(1/4～1/2)較為合理。

最終經(jīng)過反復的計算和研究,此橋的變更設計在保持橋臺樁基接蓋梁構(gòu)造不變的情況下,在橋臺蓋梁下、樁基間設置鋼筋混凝土變異擋墻,其形狀呈倒“T”形。

4 變異擋墻應用時應注意的問題及處理方法

變異擋墻在工程實踐中是大有用武之地的,只是在具體應用時還需注意以下問題:1)采用薄壁變異式擋土墻時,對墻后填土的計算宜按楔形計算。2)當?shù)鼗鶓χ灯髸r,也可采取拉錨鎖定的方式,減小水平推力。具體做法是:在墻體H/2高度處設拉錨筋與填土側(cè)的錨塊連接,錨塊尺寸為1.5 m×0.75 m×0.2 m,取上下兩個摩擦面,摩擦系數(shù)為0.2,錨塊上填土厚度為2.0 m,則每個錨塊可增加2.0 t的摩擦阻力,有效地改善了地基應力值和抗滑的問題。3)設計階段對施工階段的工程質(zhì)量提出具體要求:a.基礎開挖后要及時填筑,以免因地基回彈產(chǎn)生負面影響。b.如果墻背側(cè)需設置反濾層及排水口,就要保證其體積及粒徑要求,防止土、料混合使用等。

5 結(jié)語

鋼筋混凝土變異擋土墻鋼筋由于采用了受壓、彎、拉、剪性能同樣好的鋼筋混凝土材料,可以應用在各種情況復雜、有特殊要求的場合,有比圬工擋墻更好的適應性。實踐證明,鋼筋混凝土變異擋土墻具有抗傾、抗滑、平衡地基應力值、降低工程造價的特點,值得推廣應用。

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