坡地建筑半地下室挡土墙设计★

门梦飞　周万清*　陈　尧　张明玉

(三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌　443000)



坡地建筑半地下室挡土墙设计★

门梦飞周万清*陈尧张明玉

(三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌443000)

结合三峡库区某生态系统试验站的设计实例，考虑耦合挡土墙的抗倾覆、抗滑移、稳定性、抗震性及防水性等因素，采用PKPM和理正挡土墙软件建立了模型，分析了坡地建筑半地下室挡土墙的设计问题，研究结果表明：采用挡土墙与主体结构整体设计的方法，结构的整体性能更好。

坡地建筑，挡土墙，稳定性，防水构造

随着我国综合国力的不断增强，经济的快速发展，城市中心的用地越来越紧张；与此同时，社会的飞速发展，人们的居住和办公条件不断改善，空气清新、环境幽雅的办公地理位置也是人们选择的关键。于是，越来越多的坡地建筑成为开发商及建设单位的优先选择。然而坡地建筑也存在很多安全隐患，我们设计时需要着重处理。坡地建筑结构设计的最重要的方面就是要对山体边坡进行维护，保障山体稳定最重要的处理方法就是做挡土墙。本文结合实例中科院水生所三峡水库香溪河生态系统试验站办公区的设计，拟建建筑依山而建，需将坡地修整成台阶状地形，建筑物是跨越了台阶而顺着台阶建造。主体结构一侧临土，三侧临空，挡土墙设计方法有两种：1)在迎土面设置独立挡土墙，挡土墙与主体结构脱开，结构受力清晰；2)采用挡土墙与主体结构整体设计的方法，通过建立模型分析比较两种情况下挡土墙的受力情况。

1　工程概况

中国科学院武汉水生生物研究所拟在湖北省宜昌市兴山县峡口镇白鹤村香溪河左岸兴建香溪河生态系统野外试验站。场地西低东高，标高180.36～192.36。其中办公区二区工程建筑面积1 584.86。建筑地上结构2层，地下-1层为半地下室，一面临土，三面临空,在建筑西侧-1层下部有局部架空层，见图1。

2　挡土墙稳定性分析

表1　各层岩土的空间分布

2.1重力式挡土墙

当挡土墙与主体结构分离时，采用重力式挡土墙，挡土墙与主体结构受力相互独立，各自的受力分析较单一、受力明确，且这种情况下，主体结构的构造也相对简单。由于挡土墙背部的土体还要作为地基承受上部结构传递下来的力，故挡土墙背部需要先挖方再填方，然后将这部分填土夯实。综上，要采用俯斜式挡土墙，详见挡土墙图集(04J008)[2]第56页FJA5。基底采用钢筋混凝土底板，板厚0.6 m，悬挑长度0.48 m。重力式挡土墙截面图见图2。

用理正挡土墙设计软件建立此重力式挡土墙的模型进行稳定性验算，最终计算结果如下所示：1)滑移验算：抗滑力为125.160kN，滑移力为66.116kN，滑移验算满足：Fx=1.893>1.3；2)倾覆验算：抗倾覆力矩为397.376kN·m，倾覆力矩：133.335kN·m，倾覆验算满足：Ft=2.980>1.6。

2.2钢筋混凝土挡土墙

当挡土墙与主体结构整体设计时，采用钢筋混凝土剪力墙兼做挡土墙。“这种兼做支挡结构的地下室外墙设计方法更大限度地利用了场地空间，节约了土地资源，减少了场地平整的范围，减少了与此相关的土方工程量，同时节省了边坡处理工程的费用，节约了工程造价并缩短了施工周期，具有极大的工程价值。”[4]

钢筋混凝土挡土墙截面图见图3。

对于钢筋混凝土地下室外墙，当地下室水位较高或地下室对防水要求较高时，地下室外墙板需承受较大水平荷载作用，应按静止土压力计算[4]。由朗金土压力[5]可以计算作用在挡土墙上的静止土压力F=K0σz=K0γz,其中，K0=1-sinφ′，φ′为土的有效内摩擦角；γ，z分别为墙背各层填土的重度和厚度。计算可得作用在-2层③轴线上钢筋混凝土挡土墙上的水平土压力F1=81.422kN/m,作用在-1层⑨轴线上钢筋混凝土挡土墙的水平土压力F2=26.85kN/m。由于挡土墙与结构整体设计，因此水平土压力对整体结构的稳定性也有影响。用PKPM建立模型，具体验算结果如表2，表3所示。故整体结构满足抗倾覆稳定验算。且该结构的刚重比Di×Hi/Gi>10，能够通过整体稳定性验算。

表2　抗倾覆稳定性验算结果　kN·m

表3　整体稳定性验算

3　结构的抗震性能分析

钢筋混凝土挡土墙与结构主体共同工作，一同参与抗震计算，故在主体设计中要考虑土推力对结构主体的影响。用PKPM分别建立模型：1)采用重力式挡土墙时，挡土墙与结构受力独立，此时结构的整体模型；2)采用钢筋混凝土挡土墙时，挡土墙与结构整体受力的结构模型。具体计算结构见图4，图5。由建筑抗震设计规范[7]可知楼层内弹性层间位移限值为[θe]h=1/550×3 600=6.55 mm,弹塑性层间位移角限值1/50。故两种情况下最大层间位移和最大层间位移角均满足规范要求。但当采用钢筋混凝土挡土墙时最大楼层位移与最大层间位移角均小于采用独立挡土墙时的结构。由此说明，采用钢筋剪力墙兼挡土墙时，结构抗震性能更好。

4　防水构造要求

对于坡地建筑的半地下室，半地下室防水是需要着重考虑的问题。当采用重力式挡土墙时，坡地建筑主要采用构造防水，在结构与挡土墙之间设置排水沟导流地下水，避免水源渗透而进入室内空间，具体如图2所示。而当采用钢筋混凝土挡土墙与结构整体设计时，主要采用材料防水，辅助构造排水主要是基于提高混凝土的抗渗、抗裂性能而考虑的。地下部分混凝土采用抗渗混凝土，混凝土自防水功能可以通过原材料优化、合理的混凝土级配、掺加减水剂与膨胀剂等方法来实现。墙后填料选用透水性强的砂性土，填料分层夯实，挡土墙后设置排水盲沟，最大限度地减小水土压力对于整个结构的不利影响[3]。

5　结语

坡地建筑半地下室挡土墙的选取要根据实际情况进行选取，不同的挡土墙形式具有各自的优缺点。本文的探讨基于工程实践，希望对于类似的工程设计能够具有一定的借鉴作用。

[1]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2]04J 008，挡土墙(重力式 衡重式 悬臂式)[S].

[3]GB 50330—2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[4]郭胜军.山地建筑地下室外墙设计理论与应用研究[D].长沙：湖南大学，2008：7，22.

[5]赵明华.土力学与基础工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2000：26-65.

The design of retaining wall of hillside building’s semi basement★

Men MengfeiZhou Wanqing*Chen YaoZhang Mingyu

(SchoolofCivilandConstruction,ThreeGorgesUniversity,Yichang443000,China)

Combined with the design of three gorges reservoir area a ecosystem experimental station, coupling of the retaining wall overturning resistance, anti slip, stability, seismic performance and waterproofing performance of factors, by PKPM and Lizheng block wall software to build a model, analyzes the hillside building semi basement retaining wall design problems. The research results show that: the retaining wall and the main structure of the overall design method, the structure of the overall performance is better.

hillside building, retaining wall, stability, waterproof structure

1009-6825(2016)08-0090-02

2016-01-09★:宜昌市科学技术局研究项目资助：坡体中斜向受荷桩动静承载特性研究(项目编号：A13-302a-06)

门梦飞(1992- )，女，在读硕士；陈尧(1990- )，男，在读硕士；张明玉(1990- )，男，在读硕士

周万清(1978- )，男，副教授

TU476.4

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