挡土墙组合结构型式选用的探讨

兰宏

摘要：挡土墙是一种常用的辅助结构，使用广泛，合理选择挡墙的结构型式，可降低工程造价，缩短工期，厘清挡墙计算原理，设计中可事倍功半。

关键词：挡墙；组合结构；承台；桩；地基处理

引言

挡土墙在市政、港口、水利工程中应用广泛，种类繁多，包括重力式挡土墙、锚杆挡土墙、加筋土挡土墙、板桩式挡土墙等[2]。

随着城市的发展，挡土墙结构在城市道路中的应用越来越广，主要用于上跨桥的桥梁引道，下穿通道的地道引道、地形高差较大等的支护构造等等。由于受到空间位置，经济因素等影响，城市中支挡结构主要采用薄壁式挡土墙（又称半重力式挡土墙）。薄壁式挡土墙主要包括悬臂式和扶壁式两种型式，根据基础类型又可分为天然基础挡土墙和桩承台挡土墙。

某工程中地质情况复杂，工期紧张，施工环境恶劣，本文结合工程实例，对挡墙组合结构型式的选用加以阐述。

1 挡墙结构选型

挡土墙结构型式的选择需根据工程地质情况、挡土高度、变形敏感性、施工环境、工期、材料获得代价等综合考虑，多方案比选。锚杆挡土墙适用于一般地区岩质路堑地段。加筋土挡墙一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用。板桩式挡墙适用于开挖土石方可能危及相邻建筑物或环境安全的边坡、填方边坡支挡以及工程滑坡治理。

1工程地质情况

若地质情况好，基岩埋藏浅，可采用重力式挡墙，造价低廉；若地质情况较差，可采用对地基承载力要求较低的半重力式挡土墙；若地层为较深厚的软弱黏土，则需进行地基处理甚至采用桩基础[1]。

2挡土高度

重力式挡墙适用于挡土高度2～10m的情况；衡重式挡墙适用于挡土高度4～12m的情况；悬臂式挡墙适用于挡土高度2～6m的情况；扶壁式挡墙适用于挡土高度5～12m的情况。

3变形敏感性

工程对整体沉降容忍度较高时，在承载力及整体稳定满足要求的情况下，只在挡墙下设置垫层即可。工程对变形控制要求严格时，需采用地基处理甚至桩基础减小沉降。但无论哪种情况，都应严格控制不均匀沉降，较大的不均匀沉降会对运营期的使用造成极大困扰。

4施工环境

设计前，应与相关单位取得联系，对工程环境及施工环境有一定的了解，确定相应的施工机械和施工方法，以此作为设计的依据。

5工期

挡土墙根据施工可分为现场浇筑（砌筑）和预制两种型式，当工期紧张时，可选择能够在场地批量预制的钢筋混凝土挡土墙。

6材料

宜根结合目所在地便于取材的原则选择合理的挡墙形式。

2 几种推荐挡墙组合结构型式

某工程地质情况及工程环境复杂，施工环境恶劣，主要表现在以下几个方面：1地质较差，多为深厚淤泥，地基承载力较低，根据工程需要，对不同区域采用了不同的地基处理方式；2工程紧邻河道、现状建筑物及其他工程，对施工方法的选择要求较高；3工期紧张。

鉴于以上情况，此工程在不同位置采用了不同的挡墙组合型式：

1与其他工程紧邻处，当挡土高度较小时，铺设砂垫层后直接施工悬臂式挡墙，墙后回填部分轻质土。

2与其他工程紧邻处，当挡土高度较大时，采用水泥土搅拌桩进行地基处理，然后依次铺设褥垫层，施工悬臂式挡墙。

3沿河段，由于采用了高压旋喷桩，PC管桩和水泥土搅拌桩进行地基处理，因此直接施工扶壁式挡土墙。

4护岸段，由于未进行地基处理，挡土高度大，采用桩-承台-挡墙组合结构，桩基为钻孔灌注桩。

3 挡墙组合结构型式设计原理

上述1、2、3挡墙组合结构，挡墙与基础分离，受力明确，可独立计算，目前对于挡墙的计算理论已十分成熟，本文不再赘述。需要注意的是，轻质土包扩泡沫混凝土、EPS块和EPS颗粒混合土，可根据实际需要选择，参数取值亦需对应。

对于第4种挡墙组合结构，又可分为两种型式，第一种是桩-承台和挡墙分离，挡墙将竖向力和摩擦力传递给承台，承台再传递给桩基；第二种是桩-承台和挡墙为整体结构，共同受力，两种结构型式如图1：

3.1 桩-承台和挡墙分离结构型式

此种结构的优点：1.上下分离，受力明确，便于简化计算；2.能够充分发挥薄壁式挡墙预制的优点，桩基-承台和挡墙的施工可同步完成，大幅减少工期，而且工厂预制可较好地保证挡墙的质量。挡墙较低时，采用悬臂式挡墙，挡墙较高时，则采用扶壁式挡墙。

挡墙抗滑稳定计算时，与承台的摩擦系数可按混凝土-混凝土取值。若抗滑计算不能通过，可采取措施增大墙底与承台顶的摩擦系数，如凿毛处理、设置凸榫等。施工时需注意墙底与承台间应清理干净，保证使用期的有效摩擦。

承台-桩的计算，建议采用整体模型计算。当布桩规则时，可取典型断面计算；当布桩不规则，若能够找到控制工况，可采用简化断面计算；当布桩不规则，不容易确定最危险断面时，需建立空间模型模拟计算，上部荷载为挡墙底板的均布力和摩擦力。

承台-桩计算模型可采用m法计算，土的水平地基抗力系数根据土层物理力学参数、桩径及深度确定。

…………………3-1

K-土的水平地基抗力系数（kN/m3）；m-土的水平地基抗力系数随深度增长的比例系数（kN/m4）；z-计算点深度（m）。

土体受压时可假想为弹簧，电算输入每个弹簧质点的弹性系数，便可考虑土体的约束作用。

………………3-2

k-弹簧系数（kN/m）；D-桩的直径或边长（m）； -土体分段长度（m）。

由于桩基一般进入较好持力层，沉降小，一般可满足工程需求。水平位移可通过电算查看，若水平位移不满足要求，可通过改变墙后填料减小水平力或在承台范围内换填土体以加强水平抗力的方法减小水平位移。

3.2 桩-承台-挡墙整体结构型式

优势在于：桩-承台-挡墙形成一个受力的整体，挡墙抗倾抗滑能力增强，可以说，只要结构强度满足要求，挡墙承受的水平力最终都传递到桩上。

该结构型式的计算模式有别于常规的薄壁式挡墙，需先计算立板，再将荷载传递给承台[3]，承台-桩采用整体模型计算，结构计算、沉降及位移的计算方法同桩-承台和挡墙分离的结构型式。

此種结构的墙高不宜过高，一般不超过9m，当墙身过高时，墙身下部的弯矩增大，配筋增加，墙顶变形也较大，桩径和桩数也可能较加，这样就明显失去经济实用的效果[3]。

4 结语

在建设工程中，挡墙作为一种支挡辅助结构，使用非常频繁，挡墙工程质量不仅关乎自身的结构安全，更关系到主体工程的安全。合理选择挡墙型式，不仅可以降低造价，减少工期，还能有效地保证工程质量。本文推荐了几种常用的挡墙组合型式，并对设计计算方法简要阐述，希望在实际工程中起到一定的借鉴意义。

参考文献

[1]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社.

[2]杨杰，马兴华，黄荳荳.低桩台挡土墙基础结构设计计算[J].水运工程，2012：12（增刊）：74-77，82.

[3]李洪亮，魏洪涛，沈可，季小川.采用桩基础的悬臂式挡墙计算分析[J].公路，2009：11：111-114.

[4]赵明华.土力学与基础工程[M]. 武汉：武汉理工大学出版社.

[5]丁克，戚红祥.单排及双排灌注桩挡墙型式的设计与应用[J].江西水利科技.2001（第4期）：221-224，228.

（作者单位：北京城建设计发展集团股份有限公司）