【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(shè)計(jì)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(gè)方面,最后分析半重力式擋土墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn),穩(wěn)定計(jì)算、排水設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過(guò)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(guān)鍵詞】軟基;水工半重力式;擋土墻;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
水工擋土墻在實(shí)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(yīng)用,具有明顯優(yōu)勢(shì)。這種形式下,設(shè)計(jì)人員也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,對(duì)軟基水工半重力式擋土墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)分析,由此發(fā)揮擋土墻的實(shí)際作用?,F(xiàn)結(jié)合某項(xiàng)目的施工過(guò)程,進(jìn)行有針對(duì)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(diǎn)區(qū)實(shí)施地點(diǎn)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(yáng)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(yáng)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(shí)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?yàn)楫?dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的限制,尾水擋墻主要位于砂礫石基礎(chǔ)上,然后進(jìn)行水工擋土墻設(shè)計(jì)。整體設(shè)計(jì)中,應(yīng)重點(diǎn)分析抗滑穩(wěn)定性以及抗傾覆穩(wěn)定性,確保設(shè)計(jì)要素不會(huì)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(shí)際施工中,有很多應(yīng)用的水工擋土墻,針對(duì)實(shí)際工程概況要進(jìn)行合理選擇。一般來(lái)講,設(shè)計(jì)人員會(huì)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(shí)際設(shè)計(jì)中,無(wú)需考慮地基的承載能力以及系數(shù)不均勻的問(wèn)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(yīng)用在能夠挖掘成陡坡的地基中,其擋土墻的高度應(yīng)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(fù)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(yīng)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(shí)際使用中,能夠體現(xiàn)穩(wěn)定性的特點(diǎn),主要是底板上擁有足夠的填土。在實(shí)際施工中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確半重力式擋土墻的實(shí)際特征,保持其穩(wěn)定需要均勻分布地基應(yīng)力,能夠讓立板與底板之間形成設(shè)計(jì)這點(diǎn),確保擋土墻截面能夠形成折線形,并適當(dāng)改變底板的尺寸。針對(duì)底板尺寸的具體數(shù)值,需要設(shè)計(jì)人員合理驗(yàn)證,首先是抗滑穩(wěn)定性的分析,保證擋土墻不會(huì)因?yàn)榛瑒?dòng)而造成損害;其次是地基承載能力的驗(yàn)證,需要將地基應(yīng)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(yīng)力在設(shè)計(jì)中,應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi),盡量避免出現(xiàn)傾變位。針對(duì)底板尺寸的計(jì)算,應(yīng)確保各個(gè)部位達(dá)到規(guī)范要求,均勻分布應(yīng)力數(shù)值。如果底板控制沒(méi)有達(dá)到指定要求,應(yīng)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(dá)到允許值的臨界點(diǎn),不均勻系數(shù)也在可控范圍內(nèi)。但是最后的配筋計(jì)算,其強(qiáng)度性能無(wú)法滿足實(shí)際要求,所以應(yīng)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(kāi)挖量。
3、半重力式擋土墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化
3.1 穩(wěn)定計(jì)算
針對(duì)斷面的選擇分析,軟基上的擋土墻需要計(jì)算穩(wěn)定性,確保其不會(huì)發(fā)生傾覆。一般情況下,軟基上擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定無(wú)法進(jìn)行控制,主要是擋土墻產(chǎn)生前傾破壞,前趾基底會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力,導(dǎo)致前后的應(yīng)力差異過(guò)大,在軟基擋土墻設(shè)計(jì)中收到嚴(yán)格的控制。當(dāng)應(yīng)力大小滿足實(shí)際要求時(shí),期抗傾穩(wěn)定也需滿足實(shí)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(jì)算公式如下:
3.2 排水設(shè)計(jì)
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(dǎo)致回填土的強(qiáng)度降低,其側(cè)向土壓力也會(huì)有所增加。為避免因地基不均勻沉陷而引起的墻身開(kāi)裂,應(yīng)根據(jù)地基地質(zhì)條件的變化和墻高、墻身斷面的變化設(shè)置沉陷縫。為了較好的排出墻后填土種的積水,設(shè)計(jì)人員可以在墻身的固定位置設(shè)置排水孔。一般高擋墻設(shè)置兩排,低擋墻設(shè)置一排。排水孔的直徑應(yīng)控制在10cm以內(nèi),并在進(jìn)口處增加反過(guò)濾網(wǎng),防止出現(xiàn)管涌。反過(guò)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(jìn)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(jì)算中,主要是建筑材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析,針對(duì)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(dāng)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(fēng)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(diǎn)是粘結(jié)材料,使用砂漿或灌砌混凝土,這個(gè)過(guò)程使用砂漿的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M7.5,灌砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C10。在水工擋土墻施工中,應(yīng)考慮到有效的防滲排水措施,在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)適當(dāng)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(jí),采取有效的保溫防凍措施。
水工擋土墻的基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)按地基的性質(zhì)、承載力的要求、有無(wú)凍脹的影響、地形和水文地質(zhì)等條件,特別是水對(duì)地基的沖刷深度確定。沖刷深度可據(jù)有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算,也可按經(jīng)驗(yàn)取定,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般中小河道粘、壤土地基水流對(duì)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(shì),例如混凝土抗拉強(qiáng)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(yīng)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(duì)混凝土標(biāo)號(hào)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(guò)半重力、懸臂式、扶壁式等擋土墻形式,進(jìn)行合理的優(yōu)化,最高能夠達(dá)到12m,最小為6m,所以懸臂式與扶壁式都無(wú)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(yǔ)
工程中應(yīng)用半重力式擋土墻,在設(shè)計(jì)人員應(yīng)進(jìn)行多次結(jié)構(gòu)優(yōu)化,體現(xiàn)出非常好的效果。實(shí)際結(jié)構(gòu)使用中,不但應(yīng)計(jì)算應(yīng)力值,還應(yīng)注重排水功能,在排水設(shè)計(jì)中,確保半重力式擋土墻能夠充分發(fā)揮其作用優(yōu)勢(shì)。
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作者簡(jiǎn)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。