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［摘要］本文初步分析了土压力对墙下条形基础、桩基础、桩间基础梁及上部结构的影响，并提出相应的加强措施。
［关键词］土压力，侧壁挡墙，墙下条基，桩，基础梁
Abstract: The thesis initially analyze the impact of soil pressure on strip foundation, pile foundation and foundation beam. At last, according to the different degree of fill thickness, it brings forward respective measures to lessen the impact of soil pressure on the superstructure.
Keywords: soil pressure, side retaining-wall, strip foundation, pile, foundation beam
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 前言
随着山区城市建设的发展，大量全地下室、半地下室建筑得到了广泛的应用，而由此产生的支挡结构的设计显得尤为突出，它将直接影响到整个工程的安全及经济效益。
一般来讲，支挡结构的设计方案包含两个：第一，挡土墙与主体结构分开设计；第二，将挡土墙与主体结构联合设计，即通常所说的地下室侧壁兼作挡土墙（下文简称侧壁挡墙）。
第一个方案，即挡土墙与主体结构分开设计的方案，其优点在于受力明确，主体结构不会受到侧土压力的影响，但其缺点在于挡土墙的单独开挖及施工会增加工程造价，延长施工工期，并且在一些特定场地不允许在主体结构外进行额外开挖。
第二个方案，即挡土墙及主体结构联合设计的方案，其优点在于节省工程造价，无需单独开挖，对施工工期影响较小，并且侧壁挡墙防水较为简便，但缺点在于侧土压力要对上部主体及下部基础产生附加内力，并随着侧壁填土高度的增加，土压力的影响会增大较多。
在山区城市中，特别是重庆地区，对挡土墙与主体结构联合设计采用较多，侧壁挡墙除应进行承载力极限状态设计外，还应对其进行正常使用极限状态下的验算，在此，本文针对侧壁挡墙的设计谈谈初步体会。
2 土压力对墙下基础的影响
2.1 土壓力对墙下条基的影响
对于基岩埋深较浅，建筑及地下室侧壁挡墙均可采用浅基础形式进行处理，即结构柱可采用柱下独立基础，侧壁挡墙采用墙下条形基础。当侧壁挡墙采用条形基础时，且墙下条基嵌入中风化、微风化基岩深度不小于基础宽度时，可考虑基岩对侧壁挡墙的嵌固作用，那么作为挡墙嵌固端的基槽侧壁在受水平力作用时，是否满足水平承载力是值得我们注意的［1］。
收稿日期：2011-04-11
作者简介：徐诗童（1980-），男，四川达州人，硕士，工程师，一级注册结构工程师，主要从事建筑结构设计
计算简图如图1所示，
图1 基槽侧壁水平应力计算简图
基槽侧壁上应力应满足式01的计算要求，
（式01）
（式02）
（式03）
上式中， a，b，h分别表示基础的长度、宽度及埋深；Q表示作用在基础顶面的水平剪力；M表示作用在基础中心处的弯矩，，而M0则表示作用在基础顶面的弯矩；，其中；、分别表示作用在基槽侧壁上由剪力Q以及弯矩M产生的应力；为作用在基槽侧壁上的应力，其最大值必须小于等于地基水平承载力特征值。
从式01～式03中可以看出，当计算作用在基槽侧壁上的应力大于地基水平承载力特征值时，加大基础埋深或者基础宽度可以较为有效的减小地基基槽的水平反力。
2.2土压力对墙下地基梁、桩的影响
对于基岩埋深较深，上部建筑的基础一般采用深基础，较为常见的深基础形式是桩基础，而在重庆地区采用一柱一桩的形式尤为常见，侧壁挡墙一般则采用桩间基础梁抬侧壁挡墙的方式进行处理，在此，笔者仅对无基础底板的基础梁进行介绍。
2.2.1 土压力对墙下地基梁的影响
基础梁的受力可分为两个部分：
第一，基础梁承受侧壁挡墙自重以及侧壁挡墙传递的竖向均布荷载，在这种情况下，基础梁属于一个大偏心受拉构件，但由于侧壁挡墙卸荷拱的作用，上部竖向荷载要向基础梁两端桩进行传递，因此，基础梁正负弯矩筋均较小。
第二，基础梁承受侧壁挡墙传递的土压力的作用，受力模型相当于一个受竖向均布力Q1的水平放置的连续梁，模型中梁截面的高x宽相当于实际梁截面的宽x高，如图2所示。
图2 土压力作用下的基础梁计算模型简图
土压力对基础梁传递的水平均布力Q1随侧壁外填土深度的增加而增大，因此，基础梁的宽度以及梁两侧腰筋应根据计算加大，此外，基础梁宽度的加大以及梁两侧腰筋的增加还可增大基础梁的抗扭刚度。
2.2.2 土压力对桩的影响
一般来讲，桩基础以承受竖向力为主（无特殊说明处桩均指圆桩），因此，在实际设计中，当竖向外力满足桩身强度以及竖向承载力的情况下，桩身主筋配筋率可按照0.65~0.20%进行配置（小直径桩取大值，大直径桩取小值），桩身箍筋一般采用6~8mm@200~300mm的螺旋箍［2］，较为常见的桩身主筋配筋率一般控制在0.30~0.20%。但是，如果桩承受土压力引起的较大桩顶水平力作用下时，如仍然采用上述方式对桩身进行配筋，特别是受力主筋的配置是偏不安全的。此外，受水平力作用下的桩也对桩身周围的土体产生水平作用，该水平力一旦大于土体水平承载力时，基础设计也是偏不安全的。
单桩水平力的计算采用“m”法进行计算，即将承受水平力的单桩视为弹性地基（由水平弹簧组成的线性变形体）上的竖直梁，桩底端按自由端或铰接端考虑（一般来讲，当桩基穿越土层，采用端承桩，桩端持力层在基岩时，可按铰接端考虑；当桩穿越岩层，采用嵌岩桩时，可按自由端考虑），最后计算公式为［3］：
（式04）
式04中，x为桩顶位移；y为计算点距桩顶距离；m为地基水平抗力系数的比例系数，由工程地质勘察报告提供；Bp为桩的计算宽度，按《地质灾害防治工程设计规范（DB50/5029-2004）》第3.4.2.6条计算；E为桩身混凝土弹性模量；I为桩身截面惯性矩。式04采用级数积分后可分别求出各截面的内力及位移，实际计算一般采用软件辅助计算。
为说明土压力对桩身主筋配筋、箍筋配筋的影响，笔者分别以X向柱距L=6.3m以及柱距L=7.2m，Y向柱距按三排柱为例进行计算，并作如下假定：（a）对于临土侧单桩的计算，仅考虑水平力的影响，不考虑水平力与竖向力的相互影响；（b）临土侧单桩受力时，考虑Y向桩在基础联系梁作用下的共同抵抗作用，因此，在计算中近似将临土侧单桩受水平力按为总水平的1/3考虑；（c）桩身构造配筋按桩身截面的0.4%进行配置。
图3 土压力作用下的基础梁计算模型简图
计算参数：桩采用直径为900mm的圆桩，m值取30MN/m4，土体重度，桩身混凝土采用C30，主筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋，主筋混凝土保护层厚度50mm，主筋在桩身中均匀配置，采用理正岩土5.01版进行计算，填土表面超载按考虑。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
［关键词］土压力，侧壁挡墙，墙下条基，桩，基础梁
Abstract: The thesis initially analyze the impact of soil pressure on strip foundation, pile foundation and foundation beam. At last, according to the different degree of fill thickness, it brings forward respective measures to lessen the impact of soil pressure on the superstructure.
Keywords: soil pressure, side retaining-wall, strip foundation, pile, foundation beam
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 前言
随着山区城市建设的发展，大量全地下室、半地下室建筑得到了广泛的应用，而由此产生的支挡结构的设计显得尤为突出，它将直接影响到整个工程的安全及经济效益。
一般来讲，支挡结构的设计方案包含两个：第一，挡土墙与主体结构分开设计；第二，将挡土墙与主体结构联合设计，即通常所说的地下室侧壁兼作挡土墙（下文简称侧壁挡墙）。
第一个方案，即挡土墙与主体结构分开设计的方案，其优点在于受力明确，主体结构不会受到侧土压力的影响，但其缺点在于挡土墙的单独开挖及施工会增加工程造价，延长施工工期，并且在一些特定场地不允许在主体结构外进行额外开挖。
第二个方案，即挡土墙及主体结构联合设计的方案，其优点在于节省工程造价，无需单独开挖，对施工工期影响较小，并且侧壁挡墙防水较为简便，但缺点在于侧土压力要对上部主体及下部基础产生附加内力，并随着侧壁填土高度的增加，土压力的影响会增大较多。
在山区城市中，特别是重庆地区，对挡土墙与主体结构联合设计采用较多，侧壁挡墙除应进行承载力极限状态设计外，还应对其进行正常使用极限状态下的验算，在此，本文针对侧壁挡墙的设计谈谈初步体会。
2 土压力对墙下基础的影响
2.1 土壓力对墙下条基的影响
对于基岩埋深较浅，建筑及地下室侧壁挡墙均可采用浅基础形式进行处理，即结构柱可采用柱下独立基础，侧壁挡墙采用墙下条形基础。当侧壁挡墙采用条形基础时，且墙下条基嵌入中风化、微风化基岩深度不小于基础宽度时，可考虑基岩对侧壁挡墙的嵌固作用，那么作为挡墙嵌固端的基槽侧壁在受水平力作用时，是否满足水平承载力是值得我们注意的［1］。
收稿日期：2011-04-11
作者简介：徐诗童（1980-），男，四川达州人，硕士，工程师，一级注册结构工程师，主要从事建筑结构设计
计算简图如图1所示，
图1 基槽侧壁水平应力计算简图
基槽侧壁上应力应满足式01的计算要求，
（式01）
（式02）
（式03）
上式中， a，b，h分别表示基础的长度、宽度及埋深；Q表示作用在基础顶面的水平剪力；M表示作用在基础中心处的弯矩，，而M0则表示作用在基础顶面的弯矩；，其中；、分别表示作用在基槽侧壁上由剪力Q以及弯矩M产生的应力；为作用在基槽侧壁上的应力，其最大值必须小于等于地基水平承载力特征值。
从式01～式03中可以看出，当计算作用在基槽侧壁上的应力大于地基水平承载力特征值时，加大基础埋深或者基础宽度可以较为有效的减小地基基槽的水平反力。
2.2土压力对墙下地基梁、桩的影响
对于基岩埋深较深，上部建筑的基础一般采用深基础，较为常见的深基础形式是桩基础，而在重庆地区采用一柱一桩的形式尤为常见，侧壁挡墙一般则采用桩间基础梁抬侧壁挡墙的方式进行处理，在此，笔者仅对无基础底板的基础梁进行介绍。
2.2.1 土压力对墙下地基梁的影响
基础梁的受力可分为两个部分：
第一，基础梁承受侧壁挡墙自重以及侧壁挡墙传递的竖向均布荷载，在这种情况下，基础梁属于一个大偏心受拉构件，但由于侧壁挡墙卸荷拱的作用，上部竖向荷载要向基础梁两端桩进行传递，因此，基础梁正负弯矩筋均较小。
第二，基础梁承受侧壁挡墙传递的土压力的作用，受力模型相当于一个受竖向均布力Q1的水平放置的连续梁，模型中梁截面的高x宽相当于实际梁截面的宽x高，如图2所示。
图2 土压力作用下的基础梁计算模型简图
土压力对基础梁传递的水平均布力Q1随侧壁外填土深度的增加而增大，因此，基础梁的宽度以及梁两侧腰筋应根据计算加大，此外，基础梁宽度的加大以及梁两侧腰筋的增加还可增大基础梁的抗扭刚度。
2.2.2 土压力对桩的影响
一般来讲，桩基础以承受竖向力为主（无特殊说明处桩均指圆桩），因此，在实际设计中，当竖向外力满足桩身强度以及竖向承载力的情况下，桩身主筋配筋率可按照0.65~0.20%进行配置（小直径桩取大值，大直径桩取小值），桩身箍筋一般采用6~8mm@200~300mm的螺旋箍［2］，较为常见的桩身主筋配筋率一般控制在0.30~0.20%。但是，如果桩承受土压力引起的较大桩顶水平力作用下时，如仍然采用上述方式对桩身进行配筋，特别是受力主筋的配置是偏不安全的。此外，受水平力作用下的桩也对桩身周围的土体产生水平作用，该水平力一旦大于土体水平承载力时，基础设计也是偏不安全的。
单桩水平力的计算采用“m”法进行计算，即将承受水平力的单桩视为弹性地基（由水平弹簧组成的线性变形体）上的竖直梁，桩底端按自由端或铰接端考虑（一般来讲，当桩基穿越土层，采用端承桩，桩端持力层在基岩时，可按铰接端考虑；当桩穿越岩层，采用嵌岩桩时，可按自由端考虑），最后计算公式为［3］：
（式04）
式04中，x为桩顶位移；y为计算点距桩顶距离；m为地基水平抗力系数的比例系数，由工程地质勘察报告提供；Bp为桩的计算宽度，按《地质灾害防治工程设计规范（DB50/5029-2004）》第3.4.2.6条计算；E为桩身混凝土弹性模量；I为桩身截面惯性矩。式04采用级数积分后可分别求出各截面的内力及位移，实际计算一般采用软件辅助计算。
为说明土压力对桩身主筋配筋、箍筋配筋的影响，笔者分别以X向柱距L=6.3m以及柱距L=7.2m，Y向柱距按三排柱为例进行计算，并作如下假定：（a）对于临土侧单桩的计算，仅考虑水平力的影响，不考虑水平力与竖向力的相互影响；（b）临土侧单桩受力时，考虑Y向桩在基础联系梁作用下的共同抵抗作用，因此，在计算中近似将临土侧单桩受水平力按为总水平的1/3考虑；（c）桩身构造配筋按桩身截面的0.4%进行配置。
图3 土压力作用下的基础梁计算模型简图
计算参数：桩采用直径为900mm的圆桩，m值取30MN/m4，土体重度，桩身混凝土采用C30，主筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋，主筋混凝土保护层厚度50mm，主筋在桩身中均匀配置，采用理正岩土5.01版进行计算，填土表面超载按考虑。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。