連拱空箱式擋土墻結(jié)構(gòu)形式的探討

連拱空箱式擋土墻是一種適用于在軟土地基上建造高擋墻的新型結(jié)構(gòu)。它在墻身部位采用了拱型和T型結(jié)構(gòu)，受力明確，各種筑墻材料能夠充分發(fā)揮其力學(xué)特性，做到既合理又經(jīng)濟(jì)。

　本文首先對軟土地基上常見的各類擋土墻進(jìn)行簡要的適用性分析，并舉連拱空箱式擋土墻實例進(jìn)行穩(wěn)定驗算，而后將驗算結(jié)果與在同等條件下（即擋土高度和設(shè)計參數(shù)均一致）的鋼筋混凝土扶壁式擋墻計算實例進(jìn)行對比，結(jié)果證明：連拱空箱式擋土墻在軟弱地基上的適應(yīng)性遠(yuǎn)勝于鋼筋混凝土扶壁式擋墻。此外：它造價低廉、筑墻材料多樣化以及一旦發(fā)生事故可進(jìn)行有效的補(bǔ)救都是其獨(dú)到之處。

　1前言

　蘇州市地處長江下游沖積平原，地貌形態(tài)上屬河流堆積地貌區(qū)。地基土質(zhì)以亞粘土和粘土為主，地下水位高，一般地基承載力約在120~180（KPa），最大也不超過240（KPa）。在軟弱地基上砌筑高擋墻不外乎有兩種選擇：其一、采用樁基礎(chǔ)或其它加固地基措施。其二、選擇合理的擋墻結(jié)構(gòu)。本文的探討范圍僅限于后者。此外，就擋墻外形而言，又可分為擋墻外墻面垂直或仰斜兩種。在同等擋土條件下采用外墻面垂直的擋墻基底反力大，且穩(wěn)定性亦較差，而外墻面仰斜的則要好得多（這也要看仰斜角的大小）。因此在公路擋土墻中普遍采用的是外墻面仰斜的擋土墻。但是用于城市道路的擋土墻卻是以外墻面垂直型居多，這是因為：其一、該型式擋墻占地面積小，可節(jié)約寶貴的城市用地。其二、外墻面垂直的擋墻在外觀上與周圍城市建筑物更顯得和諧統(tǒng)一。

　本文所討論的擋土墻均系指建造在軟土地基上且外墻面為垂直的擋土墻。

　2常見擋墻類型的適用性分析

　2.1重力式擋墻

　對于擋土高度不超過5米的路基擋墻，重力式擋墻常為首選結(jié)構(gòu)。該擋墻形式最為簡潔，便于施工，缺點是基底應(yīng)力不平衡，靠前趾部位的基底應(yīng)力遠(yuǎn)大于靠后踵的基底應(yīng)力。當(dāng)擋土高度超過5米，重力式擋墻的前趾基底應(yīng)力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構(gòu)造稍復(fù)雜的衡重式擋墻。

　2.2衡重式擋墻

　衡重式擋墻的最大優(yōu)點是可利用下墻的衡重平臺迫使墻身整體重心后移，使得基底應(yīng)力趨于平衡，這樣可適當(dāng)提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋墻的構(gòu)造形式又限制了擋墻基底寬度不可能做得很大（與重力式擋墻相比），因此就擴(kuò)散擋墻基底應(yīng)力而言，衡重式擋墻反不如重力式擋墻。所以采用衡重式擋土墻能夠提高的擋土高度也是比較有限的。

　2.3鋼筋混凝土扶壁式擋墻

　可進(jìn)一步提高擋墻砌筑高度，但擋墻底板必須有足夠的寬度，特別在前齒部位。否則基底應(yīng)力仍很大（見下述兩種擋墻穩(wěn)定驗算的對比結(jié)果）。該擋土墻耗鋼量大，造價頗高；而且墻體均為立?，F(xiàn)澆，施工不易。

　2.4加筋土擋墻

　是一種能適應(yīng)軟土地基砌筑高擋墻的理想結(jié)構(gòu)。它使原本作為擋墻外荷載的墻后填料轉(zhuǎn)化為墻體結(jié)構(gòu)的一部分無疑是一種創(chuàng)造性的突破。加筋土擋墻造價低廉具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且它的裝配式構(gòu)件十分有利于快速施工。盡管加筋土擋墻有諸多優(yōu)點，但在我蘇南城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設(shè)地下管線多，與擋墻筋帶形成垂直交叉互有干擾。此外，萬一今后路面開挖維修管道會影響到擋土墻的安全。

　3連拱空箱擋土墻計算實例

　3.1設(shè)計參數(shù)及實例

　為使連拱空箱擋土墻可與同等條件下的鋼筋混凝土扶壁式擋土墻進(jìn)行比較，在本計算實例中連拱空箱擋土墻的高度、底板寬度以及其它設(shè)計參數(shù)均（除若干需補(bǔ)充的項目外）取自“文獻(xiàn)1.”（第808頁）鋼筋混凝土扶壁式擋土墻計算實例，如下：

　擋墻墻高H＝10（m），墻底寬B＝5.33（m），墻前覆土深度h＝1（m）

　墻背填料容重γ0＝18（KN/m3），水泥混凝土容重γ1＝25（KN/m3）

　漿砌塊石容重γ2＝23（KN/m3），預(yù)制蓋板容重γ3＝20（KN/m3）

　內(nèi)摩擦角φ＝35°，外摩擦角δ＝φ/2，墻背傾角α＝0°

　基底摩阻系數(shù)f＝0.4

　墻后活載：汽車－超20級（見“文獻(xiàn)1.”換算土層高度h0＝0.59m）

　抗滑動和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：Kc >1.3，Km >1.5

　3.2墻體自重計算

　墻體自重合力作用點位置：Z1＝6365.86/1929.87＝3.299（m）