摘要：随着我国城市化建设进程的不断加快，城市当中的可用地上空间越来越有限。在这种情况下，人们逐渐加大了地下空间的开发与利用。而在地下空间的开发与利用当中，地下室挡土墙的设计最为关键。本文重点针对地下室挡土墙结构设计方法与理论进行了详细的分析，以供参考。
关键词：地下室，挡土墙，设计
在实际的工程建设当中，地下室挡土墙是最有效的解决土压力作用的方法。但是，如果仅对其使用常规的设计方法和理论，那么建造出来的地下室挡土墙将会出现一些安全隐患。再加上不同地区、不同设计人员在地下室挡土墙结构方面的设计也有着不同的侧重点，最终呈现出来的设计效果也不同。只有加强地下室挡土墙设计方法与设计理论的分析与研究，才能够进一步提升地下室挡土墙的设计水平，降低地下室挡土墙中的安全隐患的影响。
一、地下室挡土墙结构设计的重要性
一般情况下，地下室四周都有回填土，而且地下室楼板面内刚度非常大，在楼板面的限制下，地下室支点处的水平位移并不明显，所以就会表现出以下两种变形特征。首先，地下室的顶板处与基础支承处，地下室挡土墙都不存在水平位移，而端部则会出现一定的转动。其次，在地下室挡土墙中部，在土压力的作用下，墙体为了更好的符合主动土压力的变形条件，就会出现一定的弯曲和变形。而加强地下室挡土墙结构的设计与优化，则可以对这些土压力进行有效的解决，减少地下室挡土墙弯曲变形问题的出现，提升地下室的安全性。
二、地下室挡土墙结构设计方法
（一）计算简图假定方法
地下室挡土墙的受力情况与其自身的功能息息相关。首先，如果地下室挡土墙是上部剪力墙结构的延伸，那么由于结构剪力墙边缘构件和强身钢筋需要锚固在其中，所以挡土墙就需要承受来自于上部结构的剪力与轴向压力。而这也就对地下室挡土墙的配筋提出了一定的要求，即配筋量必须要在上部剪力墙之上。其次，如果地下室挡土墙只是结构的挡土构件，且承担着来自于土压力的水平荷载，那么挡土墙就是受弯构件的存在。在这种情况下，地下式挡土墙结构设计就必须要保证以上两种受力的同时满足，即需要以墙体周边的支承条件来假定计算简图。
作为主楼的筏板基础，地下室挡土墙下端支座的设计也非常严格。如果挡土墙厚度在筏板基础厚度以下，那么挡土墙下端就可以根据固接计算；如果挡土墙厚度在筏板基础以上，挡土墙下端可以根据铰接计算。另外，如果挡土墙上端正好是地下室的顶板，那么在平面外刚度与配筋量不大的情况下，挡土墙就不会受到较大的约束，所以挡土墙上端就可以设计成铰接支座。如果挡土墙上端没有风井、采光井等设计，那么就可以直接根据悬臂端设计。需要注意的是，如果地下室楼层较多，那么中间层楼板的平面外刚度就会很小，很难对挡土墙进行约束，但是其平面内刚度又较大，会对挡土墙的水平位移产生限制，所以可以以连续铰接支座为标准进行设计[1]。
针对地下室挡土墙的高度，在计算时需要取其净高度。也就是说，地下室挡土墙的高度要根据地下室顶板底部与基础顶部之间的距离来计算。这样一来，就不需要在进行支座内力调幅。
（二）荷载种类
1.侧向土压力
由于受到侧向土压力的作用，地下室挡土墙并不会出现整体性的侧向移动，而墙后的土体依然可以保持弹性平衡状态。而这正好符合假定挡土墙承受静止土压力作用的条件。如果地下室施工采取大开挖方式，却没有任何支护措施，如果是一般性的固结土，那么其土压力系数为0.5。如果地下室施工过程中使用了护坡桩支护或者连续墙支护，那么在土压力系数的确定方面必须要先充分考虑基坑支护和挡土墙的共同作用，即将静止土压力与折减系数0.66相乘，其近似值就是最终的土压力系数。其中土的重度可以取值20kn/m3，地下水位以下土重度取值为11kn/m3。
2.水压力
一般情况下，按照最近3年或5年内的最高水位来确定水位高度，排除上层滞水，水的重度取值为10kn/m3。水压力过大，会对地下室挡土墙产生严重的影响，不仅会增大地下室挡土墙的实际承载力，还会对混凝土构件进行不同程度的腐蚀。并且在实际的施工过程中，水分还有可能从挡土墙裂缝中渗入地下室空间。所以，在地下室挡土墙结构设计中，必须要对水压力和水位进行严格的控制[2]。
3.地面活荷载
所谓地面活荷载，指的是室外堆载和车辆荷载。一般情况下，民用建筑室外地面活荷载的取值为5kn/m2--10kn/m2。
（三）荷载设计值
分析当前正在施行的《荷载》规范，可知在进行挡土墙承载力的计算时，土压力就是恒荷载，而水压力和室外堆载车辆荷载就是活荷载。如果使用永久荷载控制组合，那么土压力分项系数取值为1.35，水压力与室外堆载车辆荷载分项系数取值为1.2。
三、地下室挡土墙配筋构造
（一）水平钢筋和竖向钢筋
在《基础规范》中，对于水平钢筋构造做出了明确的要求，即如果是高层建筑与筏板基础紧密连接的混凝土外墙，其厚度应当在250mm以上，水平钢筋直径应当在12mm以上，水平钢筋间距应当在200mm以下。多层建筑的地下室外墙也需要按照这一要求进行设计。
当按照连续梁模型或者纯悬臂模型进行地下室挡土墙的计算时，其水平钢筋就只是构造性质的分布钢筋，所以按照《基础规范》中的相关要求进行配置即可。而竖向钢筋就是最主要的受力钢筋，需要根据实际的承载力计算结果以及裂缝验算结果进行配置，并将其设计到水平钢筋外侧。如果挡土墙和基础为刚接，那么墙底弯矩偏大，甚至比顶部钢筋还大。在这种情况下，为了最大限度的减少钢材的消耗，可以在墙受力侧底部的三分之一范围内增加分离式配筋[3]。
当按照双向板模型进行地下室挡土墙的计算时，就需要根据实际的承载力计算结果和裂缝验算结果进行配置。与此同时，针对水平钢筋是否需要设计到竖向钢筋外部，还需要进一步考虑双向板主受力方向。而竖向钢筋就必须要在短跨受力的原则下进行承载力的计算和裂缝验算，并将短跨方向钢筋设计到外侧。
（三）拉筋
在地下室挡土墙结构设计中，拉筋的设计是为了对竖向荷载作用下的外墙中钢筋侧向弯曲进行有效的控制，如果结构上部的剪力墙较高，其拉筋的作用也更加明显。一般情况下，拉筋的间距需要控制在600mm以下，直径应当在6mm以上，拉筋的布置形式为矩形或者梅花型。其中，矩形拉筋的经济性更高。
（四）钢筋锚固
一般情况下，地下室挡土墙的外侧竖向钢筋，应当插入到基础内部，且符合1.5倍的锚固长度要求，内侧钢筋不仅要插入基础，还要保证底部弯折，且弯钩长度在15d以上。挡土墙顶部不需要进行暗梁的设计，如果地下室顶板的厚度不如外墙厚度，那么外墙竖向钢筋就需要在墙顶部弯折，并将弯钩控制在12d以上。如果顶板厚度比挡土墙厚度大，那么就可以直接将顶板是为挡土墙的弹性嵌固支座。在这种情况下，顶板钢筋就应当与挡土墙竖向钢筋互为插入锚固，且弯钩长度应当在15d以上[4]。
结语：
综上所述，地下室挡土墙结构设计发挥着十分重要的作用。而要想保证地下室挡土墙结构设计的安全性、经济性与科学合理性，就必须要对相应的地质条件、结构形式等因素进行充分的考虑，并合理的选择计算模型，提升荷载取值以及配筋方法的科学合理性。
参考文献：
[1]祝 辉,王 瑾,孙瑞锋.地下室挡土墙结构设计[J].建筑工程技术与设计,2018,(21):668.
[2]陈小龙.地下室挡土墙结构设计与分析[J].四川建材,2017,43(4):42-43.
[3]张丽,孙鹏举.地下室挡土墙结构设计方法与理论分析[J].建筑工程技术与设计,2016,(3):171.
[4]马玲梅.地下室挡土墙的设计探讨[J].江西建材,2017,(23):40,46.