軟基水工半重力式擋土墻結構優(yōu)化設計分析

【摘要】基于軟基軟基水工半重力式擋土墻結構優(yōu)化設計分析，首先了解工程概況，然后分析軟基水工半重力式擋土墻結構，其主要內容有：擋土墻型式的選擇、土墻斷面的選擇兩個方面，最后分析半重力式擋土墻結構優(yōu)化設計要點，穩(wěn)定計算、排水設計、結構優(yōu)化。通過這些方式完善水工半重力式擋土墻結構的優(yōu)化效果，在水利工程中得到較好的利用。

【關鍵詞】軟基；水工半重力式；擋土墻；結構優(yōu)化設計

水工擋土墻在實際布置中主要根據(jù)所在地的地形、地質以及水流等條件。目前半重力式擋土墻在軟基施工中得到較好的應用，具有明顯優(yōu)勢。這種形式下，設計人員也應根據(jù)實際情況，對軟基水工半重力式擋土墻結構進行優(yōu)勢分析，由此發(fā)揮擋土墻的實際作用?，F(xiàn)結合某項目的施工過程，進行有針對性的分析，體現(xiàn)擋土墻結構優(yōu)化的作用。

1、工程概況

思南縣塘頭現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)示范園區(qū)試點區(qū)實施地點位于思南縣塘頭鎮(zhèn)，距縣城思南30km，距銅仁市137 km，距省城貴陽375 km，處于塘頭鎮(zhèn)中心位置。示范園區(qū)位于思南縣城塘頭鎮(zhèn)，距縣城思南30km，距銅仁市137 km，距省城貴陽375 km，處于塘頭鎮(zhèn)中心位置，與塘頭鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)緊鄰。該實施工程中的水利樞紐的擋土墻的最大墻高為11.8m，最小墻高為5.8m，地基承載力為400kN。因為當?shù)氐刭|條件的限制，尾水擋墻主要位于砂礫石基礎上，然后進行水工擋土墻設計。整體設計中，應重點分析抗滑穩(wěn)定性以及抗傾覆穩(wěn)定性，確保設計要素不會影響整體施工。

2、軟基水工半重力式擋土墻結構

2.1 擋土墻型式的選擇

實際施工中，有很多應用的水工擋土墻，針對實際工程概況要進行合理選擇。一般來講，設計人員會優(yōu)先選取水工半重力式擋土墻，這種形式的擋土墻搭建方便，在實際設計中，無需考慮地基的承載能力以及系數(shù)不均勻的問題。從水利工程的高度上分析，這種形式的擋土墻高度適宜，都在6m左右。其次是衡重式，這種擋土墻主要應用在能夠挖掘成陡坡的地基中，其擋土墻的高度應小于6m。最后是扶壁式，這種擋土墻與懸臂式都屬于輕型鋼筋混凝土，其施工方法比較復雜，最適宜的墻高為9-10m。

半重力式的擋土墻與完全重力式擋土墻相比，截面比較小，但是底角比較大，由此可以降低地基應力，在軟基施工中具有較好的效果。

2.2 擋土墻斷面的選擇

軟基水工半重力式擋土墻主要由兩部分組成，立板與底板。擋土墻在實際使用中，能夠體現(xiàn)穩(wěn)定性的特點，主要是底板上擁有足夠的填土。在實際施工中，設計人員應明確半重力式擋土墻的實際特征，保持其穩(wěn)定需要均勻分布地基應力，能夠讓立板與底板之間形成設計這點，確保擋土墻截面能夠形成折線形，并適當改變底板的尺寸。針對底板尺寸的具體數(shù)值，需要設計人員合理驗證，首先是抗滑穩(wěn)定性的分析，保證擋土墻不會因為滑動而造成損害；其次是地基承載能力的驗證，需要將地基應力控制在允許之內，由此降低出現(xiàn)沉陷的可能性。

地基應力在設計中，應控制在規(guī)定的范圍內，盡量避免出現(xiàn)傾變位。針對底板尺寸的計算，應確保各個部位達到規(guī)范要求，均勻分布應力數(shù)值。如果底板控制沒有達到指定要求，應選用加寬前趾板的方式。一般情況下，將其增加至24m，其承載力達到允許值的臨界點，不均勻系數(shù)也在可控范圍內。但是最后的配筋計算，其強度性能無法滿足實際要求，所以應將前趾板縮短，控制在22.5m左右，這種做法能夠減少配筋的使用，但需要加寬后趾板增加開挖量。

3、半重力式擋土墻的結構優(yōu)化

3.1 穩(wěn)定計算

針對斷面的選擇分析，軟基上的擋土墻需要計算穩(wěn)定性，確保其不會發(fā)生傾覆。一般情況下，軟基上擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定無法進行控制，主要是擋土墻產(chǎn)生前傾破壞，前趾基底會產(chǎn)生很大的應力，導致前后的應力差異過大，在軟基擋土墻設計中收到嚴格的控制。當應力大小滿足實際要求時，期抗傾穩(wěn)定也需滿足實際需求，確保安全系數(shù)大于容許值。其中擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)的計算公式如下：

3.2 排水設計

擋土墻后填土內常出現(xiàn)地下水，這種情況增加了擋土墻施工的水平外荷載，并導致回填土的強度降低，其側向土壓力也會有所增加。為避免因地基不均勻沉陷而引起的墻身開裂，應根據(jù)地基地質條件的變化和墻高、墻身斷面的變化設置沉陷縫。為了較好的排出墻后填土種的積水，設計人員可以在墻身的固定位置設置排水孔。一般高擋墻設置兩排，低擋墻設置一排。排水孔的直徑應控制在10cm以內，并在進口處增加反過濾網(wǎng)，防止出現(xiàn)管涌。反過濾網(wǎng)的材料需要按照粒徑大小分為三層，第一層為粗砂、第二層為碎石，第三層為更大的碎石。為了避免排水孔發(fā)生堵塞，要在排水孔進口處增加孔眼固定的鋼筋網(wǎng)。

3.3 結構優(yōu)化

擋土墻的結構計算中，主要是建筑材料和結構應力分析，針對擋土墻結構的優(yōu)化，在高度不大和地基條件好的情況，可以使用條石或是塊石作為主材，由此形成砌石結構。該擋土墻土質地基的砌石擋土墻適宜選用混凝土或鋼筋混凝土搭建底板，然后在墻身底部，將砌石嵌入混凝土或鋼筋混凝土底板內。

當擋土墻墻身采取砌石結構，選用條石或是塊石能夠抵抗風化，將凍融幾率控制在1%以內，其單塊條石的質量小于30kg。砌石結構的特點是粘結材料，使用砂漿或灌砌混凝土，這個過程使用砂漿的強度等級不應低于M7.5，灌砌混凝土強度等級不應低于C10。在水工擋土墻施工中，應考慮到有效的防滲排水措施，在嚴寒地區(qū)應適當選取凍脹土地基的砌石結構，根據(jù)氣溫以及凍脹等級，采取有效的保溫防凍措施。

水工擋土墻的基礎埋置深度應按地基的性質、承載力的要求、有無凍脹的影響、地形和水文地質等條件，特別是水對地基的沖刷深度確定。沖刷深度可據(jù)有關公式進行計算，也可按經(jīng)驗取定，根據(jù)經(jīng)驗一般中小河道粘、壤土地基水流對地基的沖刷深度為 1.5～2.0 m。

半重力式擋土墻有很優(yōu)勢，例如混凝土抗拉強度能夠得到最大的利用，且體重是完全重力式擋土墻的一半，但施工一樣方便。半重力式擋土墻施工，需要的地基應力比較小，具有均勻性的特征，所以在軟弱地基中更加使用。在擋土墻的搭建，為了節(jié)約鋼筋，對混凝土標號的要求不高，甚至可以不同或是使用少量的鋼筋。水利工程中，可以通過半重力、懸臂式、扶壁式等擋土墻形式，進行合理的優(yōu)化，最高能夠達到12m，最小為6m，所以懸臂式與扶壁式都無法滿足，半重力式擋土墻的結構，適合在軟基水利工程中使用，方便快捷。

結束語

工程中應用半重力式擋土墻，在設計人員應進行多次結構優(yōu)化，體現(xiàn)出非常好的效果。實際結構使用中，不但應計算應力值，還應注重排水功能，在排水設計中，確保半重力式擋土墻能夠充分發(fā)揮其作用優(yōu)勢。

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作者簡介：魏曉燕 女 漢族 1984年12月 本科 寧夏固原 工程師 主要從事水利水電。