中国古动物馆挡土墙与建筑和室外景观的整体设计

中国古动物馆挡土墙与建筑和室外景观的整体设计

孔明

中冶建筑研究总院有限公司

摘要：中国古动物馆项目较为复杂，地形情况多变。挡土墙的设计不能仅仅考虑设计的可行性，还需要考虑方案的优化性、施工的便利性以及造价的经济性。经过具体问题具体分析，产生了五种基本的挡土墙类型：地下室侧墙兼当挡土墙；人防墙兼当挡土墙；独立的悬臂式挡土墙；地梁上设置挡土墙以及结构暗盒顶部设置挡土墙。

关键词：挡土墙；地下室；建筑外观

在现今的建筑、景观、场地、道路设计过程中，由于现有地形的条件限制，或者设计师有意的设计手法，会产生一些较大高差的地形区域，巧妙的处理手法可以营造出丰富而有层次的景观设计，对高差的合理利用，平衡土方，让高差设计成为亮点。而挡土墙是工程中解决地形变化及地坪高差的重要且常用的有效手段。

1   挡土墙基本定义：

1.1 挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。一般设置在高差相交面，承受侧向压力，防止土坡坍塌、截断土坡的高差延伸。

1.2 挡土墙有多种分类方式，其中按照结构分类，大体可以分为五类：重力式、悬臂式、扶垛式、桩板式、砌式。

重力式：依靠墙体本身自重取得稳定性，使用材料大多为砖砌体、毛石和不加钢筋的混凝土。结构简单，施工方便，断面较大。

悬臂式：悬臂式挡土墙由底板和固定在底板上的直墙构成，主要靠底板上的填土重量来维持稳定的挡土墙。其主要由立壁、趾板及踵板三个钢筋混凝土构件组成。截面较小，施工方便，作业面较大。

扶垛式：悬臂式挡土墙高度＞6m时，必须在墙后增加扶垛，扶垛间距为1/2至2/3墙高，但不能＜2.5m。工程量小，对地基承载力要求不高，工艺较复杂。

桩板式：利用预制钢筋混凝土桩，排成一行插入地面，桩后横向插下钢筋混凝土栏板，栏板之间和企口相连接。构造简单，施工方便，桩顶可能产生水平位移，不宜用于土质地基。

砌块式：利用预制混凝土砌块，砌筑成花池式的挡土墙，一般限高1.5m。施工方便，便于取材，对地形高度有限制。

挡土墙在设计过程中，应结合工程实际情况，充分考虑多种因素，选择合适的类型，精确计算土方，优化设计，以利于挡土墙的经济效益；适当增加安全储备，确保其安全性；与周边建筑环境相协调，保证其环境效益。

根据以上挡土墙的基本理论和分类，结合中国古动物馆项目的实际设计过程，对不同区域的挡土墙进行深入的分析。

2   工程概况：

中国古动物馆的规划总用地面积为80000.14平方米，规划总建筑面积为73079.55平方米，建设用地位于保定市东三环以东，东风东路以南，黄花沟以西，该位置东邻东湖水系，可与关汉卿大剧院等建筑串联，打造沿东湖水系文化带。场地地势规整、交通便利，现状配套设施完善。

该项目属于国家级特大型博物馆，地上四层，建筑面积为51399.96平方米，包括展厅研究、办公区域、藏品库区、后勤服务区域、配套区和公共空间；地下一层，建筑面积为21679.59平方米，包括藏品库区、地下停车场、报告厅、博物馆地下门厅、好奇中心及展厅等功能用房。地上钢框架结构，地下钢筋混凝土框架结构。

3   主要相关参数：

抗震设防烈度7度。结构主体设计使用年限100年。人防工程等级：甲类核6常6级，防化等级丙级/丁级。耐火等级：一级，藏品库房的火灾危险性类别：戊类。

4   场地高差分析：

由于原有自然地形较为平坦，宽阔的场地缺少特别的地形特征，自然坡面的观赏性稍低，为了更加符合古动物标本展示的原始性，创造出原生态的环境，建筑设计师利用东侧的河湾以及南北两侧的缓坡绿地，通过高低起伏的一系列高差，产生中心趋向感及围合感，从而突出博物馆的主题。主入口处设有大面积坡道直通二层，七道城墙之间也分布着一些或急或缓的坡面，第六道和第七道城墙连接展厅的东西两侧有两个较陡的堆土景观区。不同的坡面和城墙墙身的位置关系，以及和室外景观的相融相配，各有各的复杂性，因此我在设计时采取了不同的节点做法，以保证场馆建成后室内外的效果呈现。

以下对这些区域做一些详细的分析。

4.1 第一道城墙北侧

北侧北向南景观覆土标高由15.0m~15.3m升至19.8m~20.7m，最高处覆土标高仅略低于建筑二层楼板标高，因此主体北侧一层的外墙不能采用填充墙外墙做法，需要设置挡土墙以抵御外侧覆土压力，而西侧区域有地下室外墙，东侧区域无地下室，所以两个区域的做法各有不同。

4.2 第七道城墙南侧

南侧展厅主入口位于二层,道路两侧及道路中间的景观覆土，由南向北标高由15.4m~16.0m升至19.6m~19.9m，最高处与入口路面齐平，建筑南侧一层的外墙也需要设置挡土墙，而该侧还设有地下一层通往室外的楼梯、坡道，以及一层通往二层的坡道，因此该侧做法较为复杂。

4.3 第二、三道城墙之间，以及第四、五道城墙之间

该区域设有局部缓坡，景观覆土最高处分别为16.8m和17.1m，该区域一层外墙有1.5~1.8m左右埋在覆土以下，因此也需要设置挡土墙。

4.4 第六、七道城墙之间

此区域的大报告厅东西两侧，等高线较密，坡度很陡，景观覆土由外向内标高由15.5m~15.8m升至20.0m~20.3m，大报告厅为地下一层到一层的通高空间，因此该区域的外墙埋在覆土下的最高墙体约为5.4m，覆土过高对侧墙的压力也会越大，因此这里不能仅仅依靠单面挡土墙去抵消压力,需要设置结构暗盒。

5   挡土墙设计难点：

该项目较为复杂，地形情况多变。地下一层与地上一层之间设有一层素土回填层用来抗浮，该层结构板标高为-1.800m，所有贯穿该层的外侧墙体均需设计为挡土墙以抵抗回填土的侧向压力；外墙采用了多种饰面材料，其中石块墙饰面荷载最大，均需直接落在地梁或挡土墙。以上种种因素导致挡土墙的设计产生了诸多难点。

5.1 挡土墙墙顶样式

经过跟现场施工单位商讨，挡土墙墙顶不能为斜墙，否则上部的自保温砌块砌筑会产生下滑力，且外部的石块墙不便于施工砌筑，因此需要保证挡土墙顶部平整。

5.2 挡土墙墙厚

部分区域景观覆土过高，覆土深度越大，对挡土墙的侧向压力会越大，经过结构专业计算，覆土过深处的墙体厚度过大，不但占用内部可使用的空间，影响室内效果，还会造成用料不经济，与我们优化设计的理念背道而驰。

5.3 挡土墙与外立面关系

该建筑外墙直接与室外地面或景观覆土相接，室外散水均为种植散水，以保证室外建筑立面和景观自然融合，因此挡土墙应尽可能不高于室外地坪，若特殊位置不可避免的超出室外地坪，须用外墙饰面或者其他手段进行遮蔽，不能影响建筑外观。

5.4 挡土墙与主结构关系

该建筑地下为钢筋混凝土框架结构，地上为钢框架结构，地面以下的钢柱外侧均有至少250mm厚的钢筋混凝土包覆，挡土墙不能与钢柱直接相接，因此挡土墙墙顶标高需要和钢筋混凝土柱的柱顶标高一致，但地上建筑的外墙是以钢柱尺寸为基础设置的，升至地面以上的挡土墙和钢筋混凝土柱会突出建筑外墙；另外部分地下区域为人防区，可将人防墙升高用作挡土墙，人防墙体的厚度通常比一般墙体厚，若升至地面以上也会出现上述问题，因此该类型挡土墙应设置在比景观覆土稍低的位置。

挡土墙的设计不能仅仅考虑设计的可行性，还需要考虑方案的优化性、施工的便利性以及造价的经济性。

6  不同区域挡土墙做法：

经过具体问题具体分析，产生了五种基本的挡土墙类型：地下室侧墙兼当挡土墙；人防墙兼当挡土墙；独立的悬臂式挡土墙；地梁上设置挡土墙以及结构暗盒顶部设置挡土墙。

不同区域的挡土墙设计均是在这几种类型的变形基础上进行的。以下对几个典型区域的做法进行分析。

6.1 第一道城墙西北侧

5轴-11轴交g轴-h轴区域，景观覆土以下为-1.800m的素土回填层结构板，从景观覆土最高点至结构板有约5.900m高的覆土，为了减少覆土厚度，在此设置了两个标高的结构暗盒，分别为1.300m和2.000m，土层最厚处被减小至2.000m左右。

外墙位置利用地下室外墙兼当挡土墙，依据景观覆土坡度走势，设计为阶梯状，从而保证墙顶不突出土层，且最大程度的阻挡压向建筑外墙的覆土，余下的土量依靠建筑通用外墙做法挡土足以。

6.2 第一道城墙东北侧

13轴-22轴交g轴-h轴区域下无地下室，景观覆土最高点与相邻的一层室内地坪标高相差5.400m左右，等高线较密且坡面较长，该处对外墙产生的水平压力较大，为了避免侧向压力对结构主体产生破坏，此处设置阶梯状结构暗盒，暗盒与结构主体脱开设缝，覆土位于暗盒板顶，土层最厚处被减小至1.100m左右。

为了避免暗盒顶部覆土侧向压力对外墙产生破坏，需要在结构暗盒边上设置阶梯状挡土墙，挡土墙均略低于覆土面，以保证不影响外观造型。

6.3 通用的室内外交接处挡土墙

多数区域的室内外高差为300mm，尽可能的利用地下室的钢筋混凝土墙或人防墙兼当挡土墙，没有可用墙体的位置，从地下室顶板上设置挡土墙，墙体连接地梁，利用地梁和挡土墙整体来抵抗覆土侧压力，结构顶面标高均为-0.300m，外墙的自保温砌块及石块墙均落在结构顶面上。

6.4 建筑内部的挡土墙

个别室内区域地坪有高差，经结构计算侧向力会对砌块产生破坏，因此在交接处的墙体地梁上设置挡土墙，挡土墙的厚度比砌块宽，将挡土墙顶定在较高地坪下300mm左右的位置，宽出的墙体设置在有土层一侧，既不会影响较低地坪空间的墙面饰面层，也不会影响较高地坪空间的地坪做法。

6.5 第七道城墙南侧

南侧有长距离的室外楼梯及室外坡道，在坡道及楼梯靠南侧的地下室底板上设置挡土墙，该墙升至室外覆土层以上1.200m左右，兼当安全栏板。坡道和楼梯贴临建筑一侧的外墙分段设置，坡道板和楼梯板以下为挡土墙，以上为自保温砌块。

坡道和楼梯之间的室外地坪区域增加结构板，板顶铺设覆土，该区域靠建筑外墙一侧增设挡土墙，挡土墙高略低于覆土标高。

7  总结：

在本次设计过程中，更多的是对挡土墙的功能性进行的研究，但其实挡土墙的设计不应仅仅局限于此，应该打破固有理念，利用它而不是遮蔽它，应该对其形式、材料、造型手法进行更深入的探索，多多借鉴园林景观挡土墙的设计手法，将挡土墙作为美化建筑、丰富造型、创造独特游览视角的要素。

好的设计应能做到宏观的大视野和微观的小细节和谐统一。宏观的空间效果往往是最容易引起人们注意的，设计师从意向理念向设计方案推导，也是一个由大到小的过程。体块的推敲、流线的分析、功能的深化、视线的引导都是在大体量的概念下所做的工作，有时会忽视一些挡土墙这类小的细节。特别是如今快节奏的建设进度，从设计到施工时间紧迫，在方案阶段就没有时间对细节处理进行充分的推敲，以至于抓大放小，在施工图深化阶段就算发现一些问题，但由于方案造型、结构形式、使用材料等多方面因素的限制，只能在现有基础上对细节尽量做些处理，这样可能会造成建筑局部的效果打折、部分材料的浪费、施工难度的加大等问题。所以最好的解决方法还是在项目初期，就能宏观微观一起抓，各方面问题考虑的越细致具体，后期建出的成果才能越完善，希望以后能有个更加良好的设计环境，能让设计师充分发挥设计理念，让建筑项目更细致完美。

参考文献：

[1]林海燕.城市绿地中的挡土墙设计研究[D].湖南农业大学硕士学位论文.2010

[2]王俊辉.陈子金.挡土墙在城市景观道路设计中的应用探讨[J].中国科技信息.2008(21).296-298