对《超高挡土墙结构设计》一文的商榷

龚昌基

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

《建筑结构》2010.7刊登Z总工《超高挡土墙结构设计》一文(以下简称“Z文”)。其中墙后主动土压力计算方法似可商榷。让我们先了解Z文论述的工程背景，再进一步探讨Z文介绍的土压力计算方法。

工程背景:深圳某培训基地为在山坳填土形成室外停车场，须建挡土墙，墙后挡土最大高度为22m。原设计为二级台阶形式的重力式浆砌片石挡土墙，第1阶挡土墙建于中风化花岗岩上，第2阶置于新近回填土上，于2005年4月施工完毕。由于6月数日暴雨，诱发该边坡滑坡将上部第2阶挡土墙全部冲毁，下部第1阶挡土墙部分冲毁，墙后人工填土向公路倾泻，地下水顺倒塌的墙基渗出，淹没了路面，对建筑场地、公路交通和周围环境产生不利影响。

文章分析事故原因是:(1)墙身泄水孔堵塞，墙后排水不畅，第1阶挡土墙在其墙后土压和水压共同作用下产生的弯矩和剪力远大于其设计值，发生了弯曲和剪切破坏;(2)第2阶挡土墙基础直接置于未经地基处理的填土上，在雨水冲刷下基础下陷失稳而整体垮塌。

因此重新制定了新挡土墙方案:(1)10m～22m高度的挡土墙采用扶壁式钢筋混凝土挡土墙;(2)设置减压平台，有效地降低墙后土压力;(3)加强墙后排水构造措施。

新方案第(1)点中，10m～22m高度的挡土墙采用扶壁式挡土墙，已超出规范的适用范围了——见《建筑边坡工程技术规范》GB 50330－2013第12.1.2条，应经专项技术论证。不过，Z文标题已点明是“超高挡土墙”，也许已经通过专题论证。这是题外话。

图1 (摘自Z文图1)挡土墙平、剖面示意图

疑问在于第(2)点:设置减压平台是否能“有效地降低墙后土压力”(按Z文表1:未设置减压平台前，墙后总土压力2833kN，设置后降低为996kN，仅为前者的35%)，值得商榷。

如所周知，土中某一点的侧压力强度σ可以表达为该点深度h的函数:

式中γ——人工填土的容重kN/m3，

Ra——土的侧压力系数，根据朗金理论，可表达为:

地面超载q产生的土侧压力也可以等代为土层厚度h1=q/γ，叠加在地面以上计算。

扶壁式挡土墙是重力式(包括悬臂式)挡土墙的一个特例。除墙身结构外，别无二致。

显然，对于扶壁式挡土墙，墙后总的主动土压力也仅与土质和墙后地面以下墙高以及地面超载大小有关。诚然，未超出滑裂面范围的“减压平台”可以改变墙面板的内力分布(因为“减压平台”以下的墙面板由三边支承板改变为四边支承板，板内弯矩大小及图形随之改变，这对墙板受力是有利的;况且平台板以下的部分土压力经平台板及护壁直接传走，也减小了墙面板所受土压力)，但这改变不了挡土墙总的土侧压力及倾覆力矩。总体而言，土压力图形仍如图2(a)所示，而图2(b)有误。

图2 (摘自Z文图2)设置减压平台前、后的墙背土压力

反过来说，如果加两道“减压平台”能把墙后水平土压力减至35%，那么再多加几道“减压平台”，土压力岂不趋于零?然而事实上，只要“减压平台”的宽度没有延伸到墙后土体的破裂面范围以外，无论加多少道“减压平台”，都改变不了水平土压力总值。假如减压平台有足够多道，以至于可把图一(c)中砼面板至土工布之间看成一个实体，则土压力图形就应该如图2(a)那样。

Z文关于“设置减压平台后，由于其上的土压力不能传到平台以下，可以有效地减小土压力”的论断，是参考了《地基与基础工程施工计算》一书[1]。经查阅，该书第120～121页阐述了“重力式挡土墙墙背设置卸荷平台后，可起到减少平台下H2段内土压力的作用”;并指出其“减压范围，一般认为至滑裂面与墙背交点E处为止。”(参看图3，即文献[1]图3－b)。

图3 带卸荷平台的挡土墙压力(摘自文献[1]图3－22)

按文献[1]，卸荷平台以下至滑裂面与墙背交点E，土压力图形存在一个三角形的缺口，它代表减压部分;而E点以下的土压力图形即恢复到不设卸荷平台时的状态;这和图2(b)(即Z文图2(b)是大不一样的。

关于卸荷板式挡土墙的墙背土压力计算，还可以参照李海光《新型支挡结构设计与工程实例》[2]，该书第55页图3－2及相关文字与上述文献[1]完全一致。

即使是上述三角形缺口所代表的减压部分土压力，对墙背B－C－E段而言固然不起作用，但它并没有消失，而是通过土的自然拱作用，转移到上下端去。

就(图1)所示的扶壁式挡土墙而言，在扶壁宽度范围内的土压力图形，无疑还是如图1(a)一样，至于两道扶壁之间，因存在减压平台而减小的土压力，将通过土的自然拱作用，转移到“缺口”的四周去;对整体挡土墙而言，土压力并无损益。

Z文另引杨太生《地基与基础》(中国建筑工业出版社，2004)一书，笔者还没有找到这本书，未知是否有更充分的理由。

至于前述背景工程之所以成功，笔者以为主要得益于Z文论述的新方案第(3)点措施——加强墙背排水构造措施。如图1(c)示，墙背填筑宽达5m的“砂砾石滤水层”，并设置多排的泄水管，这不但基本消除了墙背积水压力，而且大幅度降低了墙背填土及原状土的含水量，从而提高了墙背土的c、φ值，这才是减轻墙背土压力的真正原因。如果把它归因于设置减压平台的作用，可能产生误导。

本文初稿曾与Z总交流，原不打算发表，但在此后施工图审查工作中屡见类似算法，觉得这个问题还值得研讨，特将此稿整理奉上，以期引起同行关注与讨论。

以上管见，不敢自是;曾请福建省建筑设计研究院勘察分院丁胜生副院长、林胜天总工、吴铭炳总工、福州市开发区建筑设计研究院应高飞总工审阅并提出宝贵意见，在此一并致谢。

[1]席永慧、徐伟，地基与基础工程施工计算[M].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[2]李海光，新型支挡结构设计与工程实例[M].北京:人民交通出版社，2004.