锚杆支护体系

锚杆支护体系

1.结构形式

锚杆支护体系由挡土墙结构物与土层锚杆系统两部分组成，如下图1所示。

1—锚杆（索）2—自由段3—锚固段4—锚头5—垫块6—挡土结构

图2-1 灌浆土层锚杆系统的构造示意图

根据挡土结构的不同目前我国常见的锚杆式挡土墙分为肋板式、格构式、排桩式锚杆挡墙。灌浆土层锚杆系统由锚杆（索）、自由段、锚固段及锚头、垫块等组成。

2.支护原理

锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土墙联接。另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、侧倾力或挡土墙的土压力、水压力，从而利用地层的锚固力维持结构物的稳定。

3.计算方法

3.1墙背土压力及分布

（1）墙背土压力的计算：锚杆挡土墙墙面板所受的土压力系由墙后填料及外荷载引起。为简化计算,一般仍按库仑主动土压力公式

计算,然后根据试验资料,乘以增大系数2β（一般为1.0~1.2,）。但是,锚杆挡土墙后一般为岩体,岩体产生的土压力用库仑公式是不够的,根据现场经验,结合岩体的节理、裂隙、岩层的风化程度等合理选用,有条件时亦可用岩石力学分析方法进行核算。分级锚杆挡土墙的土压力可按延长墙背法计算。计算上级各级构件时,视下级墙为稳定结构,可不考虑下级墙对上级墙的影响,墙背摩擦角可用(0.3~0.5)δφ=。

（2）土压力分布：填方锚杆挡土墙和单排锚杆的土层锚杆挡土墙，或挡土墙高度较小，未采用逆作法施工，可近似按库伦土压力理论取为三角形分布；对于岩质边坡以及坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土类边坡，当采用逆作法施工的柔性结构的多层锚杆挡墙时，侧压力分布可近似按图2确定，图中hk e 可按式（1）（2）计算：

对于岩质边坡：0.9hk

hk E e H =

（1） 对于土质边坡：0.875hk

hk E e H

= （2）

式中：hk e —侧向岩土压力水平分力标准值；

hk E —侧向岩土压力合力水平分力标准值；

H —挡墙高度。

图2 锚杆挡墙侧压力分布图

3.2 肋柱、锚杆的内力计算

岩质边坡以及坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土类边坡，锚杆挡墙，立柱和锚杆的水平分力可按下列规定计算：

1 立柱可按支撑于刚性锚杆上的连续梁计算内力；当锚杆变形较大时立柱宜按支撑于弹性锚杆上的连续梁计算内力；

2 根据立柱下端的嵌岩深度，可按铰接端或固定端考虑；当立柱位于强风化岩层以及坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土内时，其嵌岩深度可按等值梁法计算。

除坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土类外的土质锚杆挡墙，结构内力宜按弹性支点法计算。当锚杆点水平变形较小时，结构内力可按静力平衡法或等值梁法计算。

当锚固点变形较小时，钢筋混凝土格构式锚杆挡墙可简化为支撑在锚固点上的井字梁进行内力计算；当锚固点变形较大时，应考虑变形对格构式挡墙内力的影响。 3.3锚杆受力

作用于肋柱上的侧压力由锚杆承受。锚杆为轴心受压构件,若每层锚杆所受拉力为n N ,肋柱的支点反力为n R ,截取肋柱的任意支点

n ,如图2 所示。

图2 锚杆受力示意图

则：cos()

n

n R N εα=

-

式中：α—为肋柱的竖向倾角；

ε—为锚杆的水平倾角。

3.4挡板计算

根据挡板与立柱连接构造的不同，挡板可简化为支撑在立柱上的水平连续板、简支板或双铰拱板；设计荷载可取板所处位置的岩土压力值。岩质边坡锚杆挡墙或坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土等且排水良好的挖方土质边坡锚杆挡墙，可根据当地经验考虑两立柱间岩土形成的卸荷拱效应。

4.适用条件

1.下列边坡宜采用排桩式锚杆挡墙支护：

（1）位于滑坡区或切坡后可能引起滑坡的边坡；

（2）切坡后可能沿外倾结构面滑动、破坏后果严重的边坡；

（3）高度较大、稳定性较差的土质边坡；

（4）边坡滑塌区内有重要建筑物基础的Ⅳ类岩质边坡和土质边坡。

2.在施工期稳定性较好的边坡，可采用板肋式或格构式锚杆挡墙。

3.对填方锚杆挡墙，在设计和施工时应采取有效措施防止新填方土体沉降造成的锚杆附加拉应力过大。高度较大的新填方边坡不宜采用锚杆挡墙方案。

5．参考经济条件

设某一岩质边坡，由弱风化泥岩组成，岩体天然、饱和单轴抗压强度标准值分别为6.85Mpa、4.22Mpa，块体密度平均值：25.73

/g m；抗拉强度平均值0.42Mpa；粘聚力平均值：1.80Mpa，内摩擦角平均值：37.2，等效内摩擦角为55。支挡结构墙背与水平面的夹角100，坡顶水平，坡顶均布荷载303

KN m。

/

现列出不同高度情况下，影响最终造价的主要工程量，以期获得锚杆挡墙的比较经济的适用高度

（1）边坡高度为4m时，二排锚索

（2）边坡高度为6m时，三排锚索

（3）边坡高度为8m时，三排锚索

(4) 10m高边坡主要工程量表，四排锚索

(5) 12m 高边坡主要工程量表,五排锚索

2004006008004

6

8

10

12

图3 不同边坡高度情况下单位面积造价走势图

从图中可以看出，随着锚杆挡墙高度的增加，单位面积的工程造价也随之增加，高度12m 的单位面积造价比高度为4m 的增加了56%。分析影响造价的主要因素可知随着挡墙高度的增加，土压力增加，锚索拉力增大，进而钻孔直径也增大。同时所需锚索的长度急剧增加。挡墙高度越高锚杆施工费用占用的比重越大。所以锚杆挡墙适用于每阶高度小于8m ，同时大于4m 的情况。因为如果小于4m ，采