扶壁式擋土墻經濟性研究

鄭 威，廖方方，張慧瑩

（青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266000）

1 研究現狀及存在問題

隨著國內城市化程度的提高，城市空間資源緊缺的問題逐步浮現[1]。地上空間的開發利用已經不能滿足城市化對空間資源的需求，地下空間的開發將成為解決城市空間資源緊缺問題的關鍵[2]。扶壁式擋土墻是一種常見的擋墻形式，其工作原理是通過自身結構及墻后填土來維持穩定[3]，具有擋土范圍廣、形變小的優點，卻存在著造價昂貴的缺點。許多學者對扶壁式擋土墻的設計和施工[4-6]，及在不同工程領域的設計應用[7-9]等進行了大量研究，但對其造價影響因素的分析還較少。由于扶壁式擋土墻自身的優點和工程需求，決定了還需要對擋土墻造價的影響因素進行探討，以降低擋土墻使用中的造價。

本文將扶壁式擋土墻的豎向墻體及扶壁作為研究對象，分析豎向墻體厚度及扶壁間距對擋土墻造價的影響，統計分析出造價較低的擋土墻設計參數。

2 擋墻造價的計算方法

扶壁式擋土墻可分為如圖1 所示的3 部分：基礎、墻體以及扶壁，其中基礎部分又可細分為墻趾及墻踵。擋土墻的計算采用理正巖土擋土墻設計軟件，不考慮擋土側水位的影響，設定墻后填土內摩擦角35°，墻底摩擦系數及地基土摩擦系數0.50，裂縫控制寬度0.2 mm。經試算，8 m 高扶壁式擋土墻設置基礎厚度1 m，墻趾1 m，墻踵4.5 m，扶壁厚度0.4 m，計算得出滑移驗算滿足Kc=2.220 ＞1.300；傾覆驗算滿足K0=4.921 ＞1.500。

圖1 扶壁式擋土墻示意圖

影響擋土墻造價的主材分為混凝土和鋼材兩部分，參考市場原材料價格，設定混凝土510 元/m3，鋼材4 200 元/t。經濟性的優劣以擋土墻每延米的材料費用作為評價標準。

3 以8 m高擋墻為例分析造價影響因素

3.1 墻體厚度及扶壁間距對擋墻造價的影響

墻體厚度及扶壁間距是影響擋墻造價的重要因素，因此在進行墻體厚度分析時，忽略墻體厚度變化對基礎及扶壁的影響，統計不同墻體厚度工況下墻體的工程造價。

墻體厚度分析時，變量設置為扶壁間距及墻體厚度，扶壁間距設置為3～9 m，墻體厚度設置為0.25～0.45 m，統計各條件下墻體的建材用量，分析合理墻體厚度。以扶壁間距5 m 墻體厚度0.35 m 的扶壁式擋土墻為例，表1 所示為墻體鋼筋及混凝土用量統計，可計算出該工況下擋土高度為8 m 的扶壁式擋土墻墻體的材料費。

相同計算方法，分別計算變量設置范圍內墻體材料費，計算結果列于表2。

表2 墻體材料費（元/m）

分析表2 數據可知：

（1）扶壁間距3～5 m 工況下，材料費隨墻體厚度增加而增加。

（2）扶壁間距6～9 m 工況下，材料費隨墻體厚度增加先減小后增加。

（3）各扶壁間距工況下，均含有唯一墻體厚度對應最小材料費。

綜上，在扶壁間距確定的工況下，對應一個最優墻體厚度，可使墻體的材料費最低?，F將各扶壁間距條件下最優墻體厚度統計于表3，如下所示。

表3 最優墻體厚度及材料費

3.2 扶壁及基礎對擋墻造價的影響

由表3 可知，8 m 高扶壁式擋土墻，各扶壁間距條件下對應有經濟性較優的墻體厚度。因此，可以依照表3 提供的墻體厚度，計算各扶壁間距條件下的材料費。表4 表示扶壁間距為5 m，墻體厚度為0.25 m 擋土墻的扶壁及基礎的材料費。

表4 扶壁及基礎材料費

3～9 m 扶壁間距擋墻建材單價計算方法與表4 所示方法一致，分別計算統計各扶壁間距下基礎與扶壁材料費并列于表5。

表5 扶壁及基礎材料費

綜上，基礎和扶壁造價與扶壁間距非線性相關，扶壁間距3～7 m 工況下，材料費隨扶壁間距增大而減??；扶壁間距7～9 m 工況下，材料費隨扶壁間距增大而增大；扶壁間距7 m 工況下，材料費較小。

3.3 擋墻造價影響因素統計分析

扶壁式擋土墻材料費分為基礎、墻體以及扶壁3 部分。結合表3 及表5 所列數據，統計8 m 高扶壁式擋土墻每米寬度材料費，統計數據列于表6。

表6 擋土墻材料費

綜合分析表6 得出擋土高度為8 m 的扶壁式擋土墻的以下結論：

（1）扶壁間距3～5 m 工況下，材料費隨扶壁間距的增加而降低。

（2）扶壁間距5～9 m 工況下，材料費隨扶壁間距的增加而增加。

（3）扶壁間距為5 m 墻體厚度為0.25 m時，材料造價較低。

4 常用擋土高度下擋墻造價綜合分析

扶壁式擋土墻擋土高度適用范圍較廣，以上只針對擋土高度為8 m 的扶壁式擋土墻進行研究，結論實用性較低。實際工程中擋土墻應用高度大于6 m 時較為經濟[10]，本小節采用與8 m 高擋土墻相同的研究方法，分析常用擋土高度10～12 m 扶壁式擋墻的經濟性。

擋土高度為10～12 m 的擋墻，墻趾、墻踵及扶壁厚度按同比例增加。因此，10～12 m 擋墻設計參數如表7 所示。

表7 擋土墻設計參數

計算并統計擋土高度為10 m 及12 m 的擋土墻材料費，如表8 所示。

表8 擋土墻材料費

5 結語

扶壁式擋土墻設計所涉及影響因素較廣，本文控制變量設定為扶壁間距及墻體厚度，分析8 m、10 m 及12 m 高扶壁式擋土墻在相同工況下的經濟性，旨在推導出各擋土高度下經濟性較優良的扶壁間距及墻體厚度，對扶壁式擋土墻設計有一定的輔助作用。

分析表6 及表8 數據，得出經濟性較優的墻體設計參數結論為：（1）扶壁式擋土墻高度為8 m 時：墻體厚度為0.25 m，扶壁間距為4 m 或5 m。（2）扶壁式擋土墻高度為10 m 時：墻體厚度為0.3 m，扶壁間距為0.25 m；墻體厚度為0.35 m，扶壁間距為6 m。（3）扶壁式擋土墻高度為12 m 時：墻體厚度為0.3 m，扶壁間距為5 m；墻體厚度為0.4 m，扶壁間距為6 m。并且，同擋土高度工況下，不同設計參數材料費相差小于2%。