軟基水工半重力式擋土墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，其主要內(nèi)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設計要點，穩(wěn)定計算、排水設計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過這些方式完善水工半重力式擋土墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)進行優(yōu)勢分析，由此發(fā)揮擋土墻的實際作用。現(xiàn)結(jié)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(jié)構(gòu)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|(zhì)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(jié)構(gòu)

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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)。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(jié)構(gòu)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(nèi)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(cè)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(zhì)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(nèi)，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(jié)構(gòu)優(yōu)化

擋土墻的結(jié)構(gòu)計算中，主要是建筑材料和結(jié)構(gòu)應力分析，針對擋土墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。該擋土墻土質(zhì)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(nèi)。

當擋土墻墻身采取砌石結(jié)構(gòu)，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(nèi)，其單塊條石的質(zhì)量小于30kg。砌石結(jié)構(gòu)的特點是粘結(jié)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(jié)構(gòu)，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(zhì)、承載力的要求、有無凍脹的影響、地形和水文地質(zhì)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(jié)構(gòu)，適合在軟基水利工程中使用，方便快捷。

結(jié)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(jié)構(gòu)優(yōu)化，體現(xiàn)出非常好的效果。實際結(jié)構(gòu)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。