地下室挡土墙土压力的确定

地下结构挡土墙的土压力如何确定?

结构设计中土压力计算的相关技术参数一般可执行《全国民用建筑工程设计技术措施》(结构)的相关规定:地下室侧墙承受的土压力宜取静止土压力系数k0计算;当采用护坡桩护坡时，其土压力系数可取0.67k0。

[问题分析]

1.地下室挡土墙的变形特征

1)地下室挡土墙，其顶部因受到楼板的限制而不能产生明显的水平位移，其变形特征见图7.7.2-1;

2)在楼板支承处，地下室外墙没有水平位移，但可绕楼板支承点转动;

3)在楼层中部，则由于土压力的作用，墙体发生弯曲变形，楼层中部的变形量一般控制在(1/400~1/250) h,满足产生主动土压力的变形条件(表7.7.1-1);

4)受上下支承处不产生水平位移的影响，支承点上下墙体的水平位移大为减小，一般不具备产生主动土压力的变形条件。

2.地下室挡土墙的土压力变化规律依据挡土墙的变形特征(见图7.7.2-1)，其可能出现的土压力系数曲线如图7.7.2-2，土压力系数随挡土墙的变形大小而变化，其规律如下:

1)在基础、楼层和地下室项板处的挡土墙，由于其侧向位移受到结构构件的限制，其与土体无相对侧移，此处可取静止土压力系数k0。

2)在楼层中部，墙外土体对挡土墙产生水平推力，使墙体产生相应的水平位移，而墙体的变形又使土压力减小(此处土压力系数为k),达到土体对墙体作用力和墙体对土体反作用力的暂时平衡。注意到受挡土墙墙外填土施工顺序的影响，填土对墙体的土压力随墙外填土的不断加高而不断增大，同时，墙的变形也不断加大，当挡土墙外回填结束，土体对墙体作用力和墙体对土体反作用力达到最后的平衡，此时挡土墙竖向的土压力系数见图7.7.2-2。

3)假设土压力系数的分布曲线与地下室外墙在土压力作用下的变形规律相同，土压力系数曲线可简化为:两端k0，中间ka,其间按曲线分布，则作用在挡土墙上的土压力系数(为便于说明问题，此处简化为四段圆弧曲线)总值比全部按k0计算减小的幅度为对不同的土压力数值，其减小的幅度各不相同，若取k0=0.5,ka=0.3，则地下室的总土压力系数减小的幅度为20%;对顶部有转动的顶层挡土墙，其土压力系数减小的幅度将大于20%。

3.关于静止土压力

1)静止土压力系数k0与墙后填土的类型有关，并随土体密实度、固结程度的增加而减小(由此可见，结构设计中要求地下室外墙肥槽采用较好的回填土，对减小土压力是有益的)，对正常固结土取值见表7.7.2-1。

2)自然状态下的土体内水平向有效应力，可以认为与静止土压力相等，土体侧向变形会改变其水平应力状态，地下室外墙的土压力随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态。

3)目前在地下室挡土墙结构设计中，将静止土压力系数k0统一取0.5的做法，适用于墙后填土较好的情况，对于如可塑、软塑及流塑的黏性土等特殊土体(k0>0.5)取值偏小，不安全，故应区别填土的不同情况，合理取值。

4.地震作用对土压力的影响

1)岩土在地震作用下的主要作用

岩土为地震波的传播介质并对其起放大与滤波作用后，将震动传到建筑物上，使结构产生惯性力。

2)高层建筑深基坑对场地地震加速度的影响分析见本书第2.3.7条。

3)地震时的土压力估算地震时地面运动使土压力增加，超过静态土压力。

地震时土压力可按式(7.7.2-1)估算:

资料[19]表明，对于具有水平填土面的挡土墙，如按静荷载进行设计，并具有1.5倍的富裕度，则可以预计其能承受不超过0.2g的水平加速度。

4)综合考虑地下室外墙土压力的分布规律、地震作用对地表土压力的增强作用及地震加速度随地下室深度变化的规律，以及地下室肥槽回填土的施工情况，地下室的土压力可按以下原则确定:

(1)地下室顶面取ka(一般情况下可取k0=0.5)，地下一层以下取ka(一般情况下可取ka=0.33) (图7.7.2-3a)。

(2)对采用护坡桩护坡的地下室外墙，其土压力可取上述(1)的0.7~0.9倍计算(图7.7.2-36)。

5.当地下室挡土墙作为上部剪力墙的延伸时，则地下室挡土墙具有双重功能，应分别计算，综合配筋。

1)作为上部剪力墙的延伸，其主要功能是对上部剪力墙边缘构件及墙体钢筋的锚固，因此，地下室墙体与上部剪力墙对应部位的配筋不应小于上部剪力墙(注意，此处上部延伸的钢筋可作为地下室挡土墙的受力钢筋使用)，详见本书第3.3.2条。

2)作为地下室挡土墙，承受土压力及其他荷载。对挡土墙可按纯弯构件

进行简化计算(一般无需按压弯构件计算)，挡土墙的计算简图应根据工程具体情况确定:

(1)一般情况下墙顶与地下室顶板交接处可按简支端计算。

(2)挡土墙下端支座应根据基础情况确定:

①当基础底板厚度不小于挡土墙厚度时，可按固结计算;

②当基础底板厚度小于挡土墙厚度(或当地下室采用独立基础加防水板或条形基础)时，可按铰接计算。

(3)多层地下室挡土墙的中间支座按连续板计算。

按相应的计算简图确定挡土墙的竖向钢筋及水平钢筋。注意:挡土墙的配筋计算时，可考虑上部剪力墙延伸钢筋的作用，还应注意对挡土墙墙底截面处基础底板配筋的核算,避免分离式配筋设计引起的挡土墙与基础底板抗弯承载力不连续问题。

3)挡土墙的承载力计算时，计算跨度可按地下室净高(下层板顶到上层板底)计算;裂缝宽度验算时，可考虑基础顶面建筑面层(厚度不小于150mm的混凝土做法)的作用，取计算跨度为上层板底到建筑面层底面的距离，见图7.7.2-4，也可按压弯构件取层高计算。