锚杆挡土墙概述[1]

锚杆挡土墙概述

核心提示：

锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉构件，它的一端与工程结构物联结，另一端锚固在稳定的地层中，以承受土压力对结构物所施加的推力，从而利用锚杆与地层间的锚固力来维持结构物的

锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉构件，它的一端与工程结构物联结，另一端锚固在稳定的地层中，以承受土压力对结构物所施加的推力，从而利用锚杆与地层间的锚固力来维持结构物的稳定。

在50年代以前，锚杆技术只是作为施工过程的一种临时措施。50年代中期以后，西方国家在隧道工程中开始采用小型永久性的灌浆锚杆和喷射混凝土代替衬砌结构。锚杆挡土墙在我国的应用于1966年始于成昆线，继而在许多铁路线上修建，使用效果良好。现已广泛应用于铁路、公路、煤矿和水利等支挡工程中。

锚杆挡土墙按墙面的结构形式可分为柱板式挡土墙和壁板式挡土墙，如图10-35所示。柱板式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱和锚杆组成，如图10-35a)。肋柱是挡土板的支座，锚杆是肋柱的支座，墙后的侧向土压力作用于挡土板上，并通过挡土板传递给肋柱，再由肋柱传递给锚杆，由锚杆与周围地层之间的锚固力即锚杆抗拔力使之平衡，以维持墙身及墙后土体的稳定。壁板式锚杆挡土墙是由墙面板和锚杆组成，如图10-40b)所示。墙面板直接与锚杆连接，并以锚杆为支撑，土压力通过墙面板传给锚杆，依靠锚杆与周围地层之间的锚固力（即抗拔力）抵抗土压力，以维持挡土墙的平衡与稳定。目前多用柱板式锚杆挡土墙。

a)柱板式b)壁板式

图10-40 锚杆挡土墙类型

锚杆挡土墙可根据地形设计为单级或多级，每级墙的高度不宜大于8 m，具体高度应视地质和施工条件而定。在多级墙的上、下两级墙之间应设置平台，平台宽度一般不小于2.0m。平台应使用厚度不小于0.15 m的C15混凝土封闭，并设向墙外倾斜的横坡，坡度为2%。多级墙总高度不宜大于18m。

锚杆挡土墙的特点是：（1）结构质量轻，使挡土墙的结构轻型化，与重力式挡土墙相比，可以节约大量的圬工和节省工程投资；（2）利于挡土墙的机械化、装配化施工，可以提高劳动生产率；（3）不需要开挖大量基坑，能克服不良地基挖基的困难，并利于施工安全。但是锚杆挡土墙也有一些不足之处，使设计和施工受到一定的限制，如施工工艺要求较高，要有钻孔、灌浆等配套的专用机械设备，且要耗用一定的钢材。

锚杆挡土墙适用于一般地区岩质路堑地段，但其他具有锚固条件的路堑墙也可使用，还可应用于陡坡路堤。在不良地质地段使用时，必须采取相应措施。

另一类锚杆挡土墙为竖向预应力锚杆挡土墙，它也是利用了锚杆技术，即竖向锚杆锚固岩层地基中，并施加预应力，以竖向预应力锚杆代替重力式挡土墙的部分圬工断面，减小挡土墙的圬工数量且增加其稳定性。竖向预应力锚杆挡土墙的工作原理、设计方法与普通锚杆挡土墙有很大的差异。

二、土压力计算

由于墙后岩（土）层中有锚杆的存在，造成比较复杂的受力状态，因此土压力的计算至今没有得到很好的解决。目前设计中大多仍按库伦主动土压力理论进行近似计算。但是，锚

杆挡土墙后一般为岩体，岩体产生的土压力用库伦公式是不够恰当的。设计时可根据经验，结合岩体的节理、裂缝、岩层的风化程度合理选用，有条件时亦可用岩石力学分析方法进行计算。

对于多级挡土墙，应利用延长墙背法分别计算每一级的墙背土压力。计算上级墙时，视下级墙为稳定结构，可不考虑下级墙对上级墙的影响，计算下级墙时，则应考虑上级墙的影响。

三、锚杆抗拔力计算

锚杆抗拔力的确定是锚杆挡土墙设计的基础，它与锚杆锚固的形式、地层的性质、锚孔的直径、有效锚固段的长度以及施工方法、填筑材料等因素有关。因此，从理论上确定锚杆抗拔力复杂而困难，至今尚未有理想的方法。目前普遍采用的方法是根据以往的施工经验、理论计算值与拉拔试验结果综合加以确定。

（一）摩擦型灌浆锚杆的抗拔力

摩擦型灌浆锚杆是用水泥砂浆将一组粗钢筋锚固在地层内部的钻孔中，钢筋所承受的拉力首先通过锚杆周边的砂浆握裹力传递到砂浆中，然后通过锚固段周边地层的摩擦力传递到锚固区的稳定地层中，如图10-41所示。

1．岩层锚杆的抗拔力

当锚杆锚固于较完整的岩层中时，由于岩层与孔壁砂浆的摩阻力一般大于砂浆对锚杆的握裹应力。因此，锚杆抗拔力一般取决于砂浆的握裹能力，锚杆的极限抗拔力为：

（10-48）

式中：—锚杆的极限抗拔力（kN）；

d —锚杆的直径（m）；

—锚杆的有效锚固长度（m）；

u —砂浆对于钢筋的平均握裹应力（kPa）。

2.土层锚杆的抗拔力

当锚杆锚固在风化岩层和土层中时，锚杆孔壁对砂浆的摩阻力一般低于砂浆

图10-41 灌浆锚杆锚固段的受力状态图

对锚杆的握裹力。因此，锚杆的极限抗拔能力

取决于锚固地段地层对于锚固段砂浆所能产生的最大摩阻力，则锚杆的极限抗拔力为：

（10-49）

式中：D —锚杆钻孔的直径（m）；

τ—锚固段周边砂浆与孔壁的平均抗剪强度（kPa）。抗剪强度τ除取决于地层特性外，还与施工方法、

灌浆质量等因素有关，最好进行现场拉拔试验以图6-42 锚杆的拉力—变形曲线

确定锚杆的极限抗拔力。

在没有试验条件的情况下，可根据过去拉拔试验得出的统计数据参考使用（如表10-9所示），但施工时应进行拉拔验证。

表10—9孔壁对砂浆的极限抗剪强度3．灌浆锚杆拉拔试验

在计算锚杆的锚固长度时，关键是确定锚杆抗拔力。许多资料和实际经验表明，的计算值与实测值之间或同样条件下的实测值之间有相当大的离散性。因此，计算值只能作为一种估计，具体数值应通过现场拉拔试验的验证后确定。国外有关锚杆中明确规定：为了避免过分依靠锚杆抗拔力的计算公式，原则上要根据原位的拉拔试验结果及材料强度来确定锚杆的容许抗拔力。