地下室挡土墙迎土面混凝土保护层取值的探讨

王 兆 旭

(大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116021)

地下室挡土墙迎土面混凝土保护层取值的探讨

王 兆 旭

(大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116021)

结合国内现行设计规范，通过某地下室挡土墙设计算例，对地下室混凝土挡土墙设计时迎土面混凝土保护层的取值问题进行了研究，并对内力计算、承载力计算及裂缝验算过程进行了阐述，最终给出了挡土墙迎土面混凝土保护层的建议值。

地下室，挡土墙，混凝土，保护层

1 概述

当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，而不满足设计规定的某一功能时，则称此特定状态为结构对该功能的极限状态。根据设计中要求的结构功能，结构的极限状态在总体上可分为两大类，即承载能力极限状态和正常使用极限状态，前者是以结构的内力超过承载能力为依据，后者是以结构的变形、裂缝、振动参数超过设计允许的限值为依据[1]。在结构设计中，地下室挡土墙设计是结构设计的主要内容之一，在设计地下室挡土墙时除应满足承载能力极限状态要求外，还应满足正常使用极限状态要求，而影响地下室挡土墙设计的因素有很多，例如土压力的性质、墙体支撑情况、混凝土及钢筋的强度等级、混凝土保护层厚度的取值、环境类别、地下水位等。

地下室挡土墙时刻受地下水的渗透作用，混凝土保护层厚度是影响地下水渗透的重要指标，而地下水的渗透对钢筋的腐蚀至关重要。钢筋锈蚀除引起混凝土开裂外，还会导致保护层的成片剥落，继而引起混凝土和钢筋之间的握裹力和钢筋抗拉强度的降低，影响挡土墙的安全问题，因而，混凝土保护层厚度的取值是影响地下室挡土墙安全的主要因素之一。本文通过一个典型的普通地下室混凝土挡土墙设计算例，结合国内现行结构设计规范，探讨在地下室混凝土挡土墙设计时迎土面混凝土保护层的取值问题。

2 算例

2.1 算例基本条件及计算简图

某单层地下室混凝土挡土墙，结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，室外环境类别为二b类，混凝土强度等级C30，受力钢筋采用HRB400，外侧纵向钢筋直径取18 mm，挡土墙厚度为300 mm，填土为黏土，其容重γ=18 kN/m3，顶板以上填土厚度1.5 m，静止土压力系数为0.5，准永久组合系数为0.4，顶板活荷载为5 kN/m2，基本条件及计算简图见图1。计算迎土面侧B处的纵向钢筋面积。

2.2 不同规范对混凝土保护层厚度取值的规定

根据GB 50010—2010混凝土结构设计规范(以下简称GB 50010—2010)及GB/T 50476—2008混凝土结构耐久性设计规范(以下简称GB/T 50476—2008)，本算例迎土面B处的环境类别为二b类，混凝土保护层厚度可取为25 mm[2，3]，而GB 50108—2008地下工程防水技术规范(以下简称GB 50108—2008)规定钢筋保护层厚度应根据结构的耐久性和工程环境选用，迎水面钢筋保护层厚度不应小于50 mm[4]。由于地下工程所处环境的复杂多变性和不确定性，且钢筋保护层厚度对提高混凝土的耐久性和抗渗性极为重要，应适当提高钢筋混凝土的保护层厚度，然而，规范GB/T 50476—2008另有规定“对裂缝宽度无特殊外观要求的，当保护层设计厚度超过30 mm时，可将厚度取为30 mm计算裂缝的最大宽度。”因此，在本算例中，迎土面侧B处的混凝土保护层厚度在承载力计算时取50 mm；裂缝验算时分别取50 mm和30 mm，然后进行对比分析。

2.3 计算过程

2.3.1 内力计算

查《建筑结构静力计算实用手册》[5]表2.2-3，得出迎土面侧B处的弯矩设计值及准永久组合值，具体如下：

由填土侧压力引起的底部弯矩(标准值)为：

由地面活荷载引起的底部弯矩(标准值)为：

挡土墙的弯矩设计值MB：

MB1=1.2Mgk+1.4Mqk=1.2×69.9+1.4×5=90.88 kN·m/m。

MB2=1.35Mgk+0.7×1.4Mqk=
1.35×69.9+0.7×1.4×5=99.27 kN·m/m。

取MB=max{MB1，MB2}=MB2=99.27 kN·m/m。

挡土墙的准永久组合值MBq：

MBq=69.9+0.4×5=71.9 kN·m/m。

2.3.2 承载力计算及裂缝验算

1)承载力计算。

从实际受力上来说，地下室挡土墙是受压力、弯矩和剪力的复杂受力构件，但在一般情况下，地下室挡土墙的轴力不大。本算例为简化计算，忽略轴力及剪力对挡土墙的影响，偏于安全的按受弯构件进行计算。

规范GB 50010—2010给出关于受弯构件承载力的计算规定，不考虑受压钢筋的作用(偏于安全)：

(1)

(2)

(3)

其中，c为钢筋混凝土保护层厚度；d为钢筋直径；其余各参数的含义参见规范。取c=50 mm，代入式(1)～式(3)中，计算所得的受拉钢筋面积为1 222 mm2。

2)裂缝验算。

在地下室挡土墙的结构设计中，满足其正常使用极限状态主要是裂缝验算。规范GB 50010—2010规定：环境类别为二b类时，钢筋混凝土的裂缝控制等级为三级即允许出现裂缝，对钢筋混凝土构件，按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过 0.2 mm[2]。规范GB 50010—2010给出了钢筋混凝土构件按荷载的准永久组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度计算公式：

(4)

将c=50 cm和c=30 mm分别代入式(4)，计算所得的受拉钢筋面积为1 780 mm2和1 580 mm2。由计算结果可以看出，混凝土保护层越厚，计算所需的受拉钢筋面积越大；考虑到地下室外墙建筑防水层的有利作用，且按照规范GB 50010—2010计算所得的最大裂缝宽度比国外规范的计算值偏大，而规定的裂缝宽度允许值却偏严[4]，因此，笔者认为，当地下室挡土墙在满足承载力要求的情况下，在裂缝验算时可以适当减小混凝土保护层的厚度取值。

综上所述，本算例在承载力计算时混凝土保护层可取50 mm，在裂缝验算时可取30 mm，既能保证构件的安全又能节省钢材，这也符合国家的技术经济政策。

3 结语

地下室挡土墙作为结构设计的主要内容之一，而混凝土保护层厚度的取值对挡土墙设计有很大影响。GB 50010—2010，GB 50108—2008及GB/T 50476—2008三本规范对混凝土的保护层厚度取值有不同的规定。笔者认为：对于使用要求不高的一般地下室挡土墙，当按承载能力极限状态计算时，混凝土保护层厚度可按GB 50108—2008取值，当对挡土墙进行裂缝验算时，考虑到建筑外防水层及国内规范裂缝验算偏严，混凝土保护层厚度的取值可比承载力计算时偏小但不得小于30 mm。

[1] GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] GB/T 50476—2008，混凝土结构耐久性设计规范[S].

[4] GB 50108—2008，地下工程防水技术规范[S].

[5] 姚 谏.建筑结构静力计算实用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

Discussion on concrete protection layer value of basement retaining wall towards soil surface

Wang Zhaoxu

(DalianArchitecturalandDesignResearchInstituteLimitedCompany,Dalian116021,China)

Combining with our current design code, through the design calculation example of a basement retaining wall, researched the value problems of towards soil surface concrete protection layer of basement concrete retaining wall design, elaborated the internal force calculation, bearing capacity calculation and cracks checking computation process, finally gave some suggestions value of towards soil surface concrete protection layer of retaining wall.

basement, retaining wall, concrete, protection layer

2015-02-11

王兆旭(1980- )，男，工程师

1009-6825(2015)12-0049-03

TU476.4

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