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【摘要】水工挡土墙在水工建筑物设计中广泛应用，如水电站倒流墙、水闸、渠系工程、河岸翼墙等。根据挡土墙布置地区的地质条件，可以采用多种形式，如重力式、半重力式、仰斜式、衡重式、悬臂式、扶壁式等。软基水利工程，通常情况下，都会选择应用半重力式挡土墙，因为此种类型的挡土墙具有非常多的优势，比如能够节约配筋，减少成本，便于后期施工等。作为边坡防护中应用最广泛的一种防护形式，软基水工半重力式挡土墙的设置对于有效减少山体滑坡和边坡滑塌等其他灾害或病害的发生。
【关键词】软基水工；半重力式；挡土墙结构；优化设计
1、引言
尽管半重力式挡土墙的优势已经十分突出，但是设计人员依然需要依据现实对软基水工半重力式挡土墙结构进行不断的优势，这样才能保证此种类型的挡土墙发挥功能。
2、软基水工半重力式挡土墙结构优化设计
2.1 挡土墙断面的选择
软基水工半重力式挡土墙由两部分构成，分别为立板与底板，此种类型的挡土墙之所以能够保持稳定，主要是因为底板上拥有足够的填土。底板具体尺寸，需要设计人员进行如下验证：首先，抗滑稳定性进行验证，确保挡土墙不会因为滑动而出现破坏情况；其次，对地基承载力进行验证，必须保证地基应力在指定值之内，这样地基才不会发生严重的沉陷；地基应力要在指定的允许值的范围之内，这样才能够保证挡土墙不会出现前倾变位。计算期间，设计人员最需要解决的就是各个部位的尺寸问题，因为各个部位的允许值达到要求，地基底部应力才能够保持在允许值范围内，保证应力分布不均匀系数达到要求。如果控制底板未能达到指定要求，设计人员可以选择应用加宽前趾板的方法，正常情况下，加宽到24m时，尽管地基承载力在允许值范围之内，而不均匀系数也能够达到要求，但是在进行配筋计算时，最终的强度性能却未能达到要求，但是如果将前趾板缩短到22.5m，在适当的加宽后趾板，效果非常好，这样配筋使用量大为减少，但是因为后趾板需要加宽，因此必须加大开挖量。
2.2 下墙土压力计算
由于下墙土压力计算比较复杂，难以建立模型进行精确计算，下面简要介绍延长墙背法和力多边形法这两种常用的方法。延长墙背法通过延长下墙墙背至填土面，此时边界条件采用延长墙背法产生的假想截面，选取相应库仑公式进行土压力计算。但是该方法忽略了延长墙背与实际墙背间的土及其重量，造成下墙土压力计算有误，因误差较小，在允许范围内，且计算较为简便，故实际的运用较多。力多边形法，破裂棱体上的作用力（在墙背土体处于极限平衡状态下），应该构成闭合的力矢量多边形。求出上墙的土压力后，任意假定与水平面成一定夹角的一破裂面绘制出力多边形，由此推出下墙的土压力，具体参见有关设计手册。
2.3 排水设计
挡土墙后填土内常有地下水，这不仅增加了挡土墙的水平外荷载，而且使回填土的强度降低，侧向土压力增大。为使墙后填土中的积水易于排出，在墙身每隔2.5m设一排水孔，高挡墙处设两排，低挡墙处设一排。排水圆孔直径为10cm。为防止发生管涌，在排水孔进口处设反滤层，反滤料根据粒径大小分为三层，迎水的第一层为粗砂，第二层為20～50mm的碎石，第三层为50～80mm的碎石。另外，为避免排水孔堵塞，在排水孔进口处加一层孔眼为30mm的钢筋网。
2.4 强化挡土墙的安全性
首先，要加固挡土墙的基础部分。在一定程度上讲，挡土墙的基础部分对于其安全性具有很大的决定作用。因此，必须采取有效措施对挡土墙的基础部分进行加固处理。其一，为增强挡土墙结构的抗倾覆能力并确保其稳定性，可在其墙角处设计一个伸出的台阶，减少其基地压应力。其二，在对地基为软土地基的挡土墙进行施工之前，为确保基地压应力能够有效扩散，增强地基的强度和稳定性，可用灰土、沙砾、矿渣和碎石等对挡土墙的基地进行压实。其次，要改进挡土墙泄水孔反滤结构。作为挡土墙设计施工的重要组成部分，排水措施就是要在挡土墙前地面上设置一排排的水孔，或者改进挡土墙泄水孔的反滤结构。由于反滤结构的尺寸较大、泄水孔数量较多，在改进挡土墙泄水孔反滤结构时，一是可用装砂的反滤土工布和针刺型土工布等口袋对挡土墙泄水孔进水口进行封堵；二是为保证施工效率，可用无砂混凝土对泄水孔的进水口进行封堵。最后，要优化沉降缝与伸缩缝的设置。由于山区地基不均匀和圬工砌体容易受收缩硬化和温度的影响等问题的存在，施工单位在进行挡土墙施工过程中，也会引发挡土墙开裂等问题。因此，为延长挡土墙的使用寿命，充分发挥挡土墙的作用，施工单位在施工过程中，要根据墙高和地基性质的变异设置沉降缝和伸缩缝。
2.5 稳定性及强度验算
确定墙身断面形式及尺寸后，必须验算挡墙稳定性，以保证其在自重和外荷载的作用下不发生墙体的移动和倾覆。软基或斜坡上的挡墙，还应对挡墙、地基及填土在内的整体稳定性进行验算，并对墙体的强度（法向应力和剪应力）、基底应力及偏心距进行验算。若强度和稳定性不满足要求，则需要改变墙体材料或截面尺寸，重新验算，直至满足要求为止。
2.5.1 滑动稳定性验算
土压力和其他外荷载作用于基底，而基底抵抗挡墙体发生滑动的阻力，滑动系数应不小于1.3。其公式如下：KC=（W+Ey）f/EX。式中：W———挡墙自重，kN；Ex、Ey———主动土压力的水平和垂直分力，kN；f———基底抵抗摩擦的系数。
2.5.2 验算抗倾覆稳定性
抗倾覆性是用抗倾覆系数也来表达，是指挡土墙绕墙趾作用产生的倾覆稳定系数。公式如下：
KO=（WZW+EYZX）/（EXZY）式中：Zx———Ey对墙趾0点的力臂，m；ZY———Ex对墙趾0点的力臂，m；ZW———W对墙趾0点的力臂，m。
3、结束语
综上所述，可知该工程应用了半重力式挡土墙，在设计人员对其结构进行了多次的优化之后，效果非常好。但是设计人员不仅需要对应力值进行计算，还需要着重注意排水功能，进行排水设计，因此保证半重力式挡土墙能够充分的发挥优势。
参考文献：
[1] 陈枝荣.软基水工半重力式挡土墙结构优化设计研究[J].黑龙江科技信息，2016，16：231.
[2] 黄仕樵，肖登峰.关于“静压预制钉桩挡土墙”的设计设想[J].福建建筑，2016，08：79-83.
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