软基水工半重力式挡土墙结构优化设计分析
【摘要】基于软基软基水工半重力式挡土墙结构优化设计分析，首先了解工程概况，然后分析软基水工半重力式挡土墙结构，其主要内容有：挡土墙型式的选择、土墙断面的选择两个方面，最后分析半重力式挡土墙结构优化设计要点，稳定计算、排水设计、结构优化。通过这些方式完善水工半重力式挡土墙结构的优化效果，在水利工程中得到较好的利用。
【关键词】软基；水工半重力式；挡土墙；结构优化设计
水工挡土墙在实际布置中主要根据所在地的地形、地质以及水流等条件。目前半重力式挡土墙在软基施工中得到较好的应用，具有明显优势。这种形式下，设计人员也应根据实际情况，对软基水工半重力式挡土墙结构进行优势分析，由此发挥挡土墙的实际作用。现结合某项目的施工过程，进行有针对性的分析，体现挡土墙结构优化的作用。
1、工程概况
思南县塘头现代高效农业示范园区试点区实施地点位于思南县塘头镇，距县城思南30km，距铜仁市137 km，距省城贵阳375 km，处于塘头镇中心位置。示范园区位于思南县城塘头镇，距县城思南30km，距铜仁市137 km，距省城贵阳375 km，处于塘头镇中心位置，与塘头镇镇区紧邻。该实施工程中的水利枢纽的挡土墙的最大墙高为11.8m，最小墙高为5.8m，地基承载力为400kN。因为当地地质条件的限制，尾水挡墙主要位于砂砾石基础上，然后进行水工挡土墙设计。整体设计中，应重点分析抗滑稳定性以及抗倾覆稳定性，确保设计要素不会影响整体施工。
2、软基水工半重力式挡土墙结构
2.1 挡土墙型式的选择
实际施工中，有很多应用的水工挡土墙，针对实际工程概况要进行合理选择。一般来讲，设计人员会优先选取水工半重力式挡土墙，这种形式的挡土墙搭建方便，在实际设计中，无需考虑地基的承载能力以及系数不均匀的问题。从水利工程的高度上分析，这种形式的挡土墙高度适宜，都在6m左右。其次是衡重式，这种挡土墙主要应用在能够挖掘成陡坡的地基中，其挡土墙的高度应小于6m。最后是扶壁式，这种挡土墙与悬臂式都属于轻型钢筋混凝土，其施工方法比较复杂，最适宜的墙高为9-10m。
半重力式的挡土墙与完全重力式挡土墙相比，截面比较小，但是底角比较大，由此可以降低地基应力，在软基施工中具有较好的效果。
2.2 挡土墙断面的选择
软基水工半重力式挡土墙主要由两部分组成，立板与底板。挡土墙在实际使用中，能够体现稳定性的特点，主要是底板上拥有足够的填土。在实际施工中，设计人员应明确半重力式挡土墙的实际特征，保持其稳定需要均匀分布地基应力，能够让立板与底板之间形成设计这点，确保挡土墙截面能够形成折线形，并适当改变底板的尺寸。针对底板尺寸的具体数值，需要设计人员合理验证，首先是抗滑稳定性的分析，保证挡土墙不会因为滑动而造成损害；其次是地基承载能力的验证，需要将地基应力控制在允许之内，由此降低出现沉陷的可能性。
地基应力在设计中，应控制在规定的范围内，尽量避免出现倾变位。针对底板尺寸的计算，应确保各个部位达到规范要求，均匀分布应力数值。如果底板控制没有达到指定要求，应选用加宽前趾板的方式。一般情况下，将其增加至24m，其承载力达到允许值的临界点，不均匀系数也在可控范围内。但是最后的配筋计算，其强度性能无法满足实际要求，所以应将前趾板缩短，控制在22.5m左右，这种做法能够减少配筋的使用，但需要加宽后趾板增加开挖量。
3、半重力式挡土墙的结构优化
3.1 稳定计算
针对断面的选择分析，软基上的挡土墙需要计算稳定性，确保其不会发生倾覆。一般情况下，软基上挡土墙的抗倾覆稳定无法进行控制，主要是挡土墙产生前倾破坏，前趾基底会产生很大的应力，导致前后的应力差异过大，在软基挡土墙设计中收到严格的控制。当应力大小满足实际要求时，期抗倾稳定也需满足实际需求，确保安全系数大于容许值。其中挡土墙的抗倾覆稳定安全系数的计算公式如下：
3.2 排水设计
挡土墙后填土内常出现地下水，这种情况增加了挡土墙施工的水平外荷载，并导致回填土的强度降低，其侧向土压力也会有所增加。为避免因地基不均匀沉陷而引起的墙身开裂，应根据地基地质条件的变化和墙高、墙身断面的变化设置沉陷缝。为了较好的排出墙后填土种的积水，设计人员可以在墙身的固定位置设置排水孔。一般高挡墙设置两排，低挡墙设置一排。排水孔的直径应控制在10cm以内，并在进口处增加反过滤网，防止出现管涌。反过滤网的材料需要按照粒径大小分为三层，第一层为粗砂、第二层為碎石，第三层为更大的碎石。为了避免排水孔发生堵塞，要在排水孔进口处增加孔眼固定的钢筋网。
3.3 结构优化
挡土墙的结构计算中，主要是建筑材料和结构应力分析，针对挡土墙结构的优化，在高度不大和地基条件好的情况，可以使用条石或是块石作为主材，由此形成砌石结构。该挡土墙土质地基的砌石挡土墙适宜选用混凝土或钢筋混凝土搭建底板，然后在墙身底部，将砌石嵌入混凝土或钢筋混凝土底板内。
当挡土墙墙身采取砌石结构，选用条石或是块石能够抵抗风化，将冻融几率控制在1%以内，其单块条石的质量小于30kg。砌石结构的特点是粘结材料，使用砂浆或灌砌混凝土，这个过程使用砂浆的强度等级不应低于M7.5，灌砌混凝土强度等级不应低于C10。在水工挡土墙施工中，应考虑到有效的防渗排水措施，在严寒地区应适当选取冻胀土地基的砌石结构，根据气温以及冻胀等级，采取有效的保温防冻措施。
水工挡土墙的基础埋置深度应按地基的性质、承载力的要求、有无冻胀的影响、地形和水文地质等条件，特别是水对地基的冲刷深度确定。冲刷深度可据有关公式进行计算，也可按经验取定，根据经验一般中小河道粘、壤土地基水流对地基的冲刷深度为 1.5～2.0 m。
半重力式挡土墙有很优势，例如混凝土抗拉强度能够得到最大的利用，且体重是完全重力式挡土墙的一半，但施工一样方便。半重力式挡土墙施工，需要的地基应力比较小，具有均匀性的特征，所以在软弱地基中更加使用。在挡土墙的搭建，为了节约钢筋，对混凝土标号的要求不高，甚至可以不同或是使用少量的钢筋。水利工程中，可以通过半重力、悬臂式、扶壁式等挡土墙形式，进行合理的优化，最高能够达到12m，最小为6m，所以悬臂式与扶壁式都无法满足，半重力式挡土墙的结构，适合在软基水利工程中使用，方便快捷。
结束语
工程中应用半重力式挡土墙，在设计人员应进行多次结构优化，体现出非常好的效果。实际结构使用中，不但应计算应力值，还应注重排水功能，在排水设计中，确保半重力式挡土墙能够充分发挥其作用优势。
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作者简介：魏晓燕 女 汉族 1984年12月 本科 宁夏固原 工程师 主要从事水利水电。