公路挡土墙设计

第八章其他结构形式的挡土墙

第一节竖向预应力锚杆档土墙

一、概述

竖向预应力锚杆挡土墙是由圬工砌体和竖向预应力锚杆构成，如图8—1所示。砌体一般是由浆砌片(块)石或素混凝土筑成，竖向预应力锚杆竖向设置，它的一端锚固在岩质地基中，另一端砌筑于墙身内，并设锚具与圬工砌体联系，最后对锚杆进行张拉。竖向预应力锚杆挡土墙就是利用锚杆的弹性回缩对墙身施加竖向预应力，以提高挡土墙的稳定性，从而代替部分挡土墙圬工的重力，减少挡土墙圬工断面，达到节省圬工、降低造价的目的。

竖向预应力锚杆挡土墙一般适用于岩质地基(即要求地基承载力高)及墙身所受侧压力(如滑坡推力)较大的情况。此种挡土墙我国铁路部门于1钌5年首先应用于成昆铁路狮子山滑坡病害整治工程中，以后在其他滑坡治理工程中陆续使用。

二、锚杆设计

灌浆预应力锚杆是利用锚孔中灌注的水泥砂浆锚固在挡土墙基底稳定岩层的钻孔中，锚杆受拉后由锚杆周边的砂浆握裹力将拉应力通过砂浆传递到岩层中。它由锚固段、张拉自由段及垫板锚具等三部分组成，如图8—1所示。

锚固段是指在挡土墙基底以下锚固在稳定地基中的一段锚杆，它是利用水泥砂浆对锚杆的握裹力、砂浆与孔壁岩层间的粘结

锚杆设计包括锚杆材料的选定和截面尺寸的确定，锚杆间距及锚杆锚固深度的确定等。

锚杆宜用经过双控冷拉处理后的单根粗钢筋制作，双控冷拉处理的目的在于提高钢筋的极限强度，一般采用螺纹钢筋。其截面应根据受力大小而定，锚杆直径尚需增加2mm作为防锈的安全储备，目前常用φ(18-32)mm。锚孔直径一般比锚杆直径大15-30mm，约

为50—lOOmm，视岩石的风化程度、水泥砂浆与岩石的粘结强度

等综合选定。

锚杆的间距应根据锚杆的抗拔力、墙身圬工数量等因素确定。在纵向尽可能均匀布置，以不引起锚孔周围地层应力的重叠和过分集中为原则，其纵向间距一般不宜小于1．Om，并以大于20倍的锚孔直径为宜。为增加抗倾覆能力，锚杆在横向宜靠近墙背，但应使墙身能承受垫块压力而不致破坏。一般距墙背0．5m，要求墙背砌筑整齐、坐浆密实。

锚杆时，在较完整的硬质岩层中，砂浆强度大于C30时，其锚杆；效锚固深度约为2m即可。对于埋置于软质或严重风化岩层中的锚杆，则宜根据现场拉拔试验确定，如狮子山工点(地基为页岩)根据拉拔试验，采用16Mn钢φl22钢筋的锚杆，有效锚固深度约为3.5-4.0m。

竖向预应力锚杆挡土墙的锚头一般采用螺母锚固(详见第六章第四节)。根据锚杆自由段长度与挡土墙高度的关系，锚头分为埋人式及出露式两种(如图8-3所示)。低墙或处于试验阶段时宜用出露式；墙身较高或有可靠的预应力损失实测资料时，可选用埋入式。埋入式锚头埋设位置应综合考虑锚杆自由段的长度(预应力损失)和墙身截面强度等因素决定。

(3)结构轻巧，柔性大，有非常好的抗震性能和延性；

(4)施工不需单独占用场地；

(5)材料用量和工程量少，工程造价低；

(6)施工速度快，基本不占用施工工期。

虽然土钉技术具有许多优点，但也有缺点和局限性：

(1)变形稍微大于预应力锚杆的变形；

(2)在软土、松散砂土中施工难度较大；

(3)土钉在软土中的抗拔力低，需设置得很长很密或事先对土体进行加固，变形量较大，造价较高。

土钉墙可用于边坡的稳定，特别适合于有一定粘性的砂土和硬粘土。作为土体开挖的临时支护和永久性挡土结构，高度一般不大于15ms也可用于挡土结构的维修、改建与加固。

二、土钉墙与锚杆挡土墙、加筋土挡土墙的异同

土钉是一种原位加筋技术，即在土中敷设拉筋而使土体的力学性能得以改善的土工加固方法，它与锚杆、加筋土在形式上有一定的类似，但也有着本质的差异。

1．土钉墙与锚杆挡土墙的异同

土钉可视为小尺寸的被动式锚杆，两者的差异主要表现在以下几个方面：

(1)土钉墙是由上而下边开挖边分段施工的，而锚杆挡土墙是自下而上整体施工的。

(2)锚杆挡土墙应设法防止产生变位；而土钉一般要求土体产生小量位移，从而使土钉与土体之间的摩阻力得以充分发展。

(3)锚杆只是在锚固段内受力，而自由段只起传力作用；土钉则是全长范围内受力。

(4)锚杆的密度小，每个杆件都是重要的受力部件；而土钉密度大，靠土钉的相互作用形成复合整体，因而即使个别土钉失效，对整个结构物影响也不大。

(5)锚杆挡土墙将库伦破裂面前的主动区作为荷载，通过锚杆

传至破裂面后的稳定区内；土钉墙是在土钉的作用下把潜在破裂面前的主动区的复合土体视为具有自撑能力的稳定土体。

(6)锚杆可承受的荷载较大，为防止墙面冲切破坏，其端部的构造较复杂；土钉一般不需要很大的承载力，单根土钉受荷较小，护面板结构较简单，利用喷射混凝土及小尺寸垫板即可满足要求。

(7)锚杆长度一般较长，需用大型机械进行施工；土钉长度一般较短，直径较小，相对而言施工规模较小，所需机具也比较灵便。

由上述可以看出，如果仅加固挖方边坡，则土钉墙是合适的；如果墙后土体和深部土体稳定性有问题时，则用锚杆挡墙比较合适。

2．土钉墙与加筋土挡土墙的异同

土钉墙与加筋土墙均是通过土体的微小变形使拉筋受力而工作；通过土体与拉筋之间的粘粘、摩擦作用提供抗拔力，从而使加筋区的土体稳定，并承受其后的侧向土压力，起重力式挡土墙的作用。两者的主要差异有：

(1)施工顺序不同，加筋土墙自下而上依次安装墙面板、铺设拉筋、回填压实逐层施工，而土钉墙则是随着边坡的开挖自上而下分级施工。

(2)土钉用于原状土中的挖方工程，所以对土体的性质无法选择，也不能控制；而加筋土用于填方工程中，在一般情况下，对填土的类型是可以选择的，对填土的工程性质也是可以控制的。

(3)加筋多用土工合成材料，直接同土接触而起作用；而土钉多用金属杆件，通过砂浆同土接触而起作用(有时采用直接打人钢筋或角钢到土中而起作用)。

(4)设置形式不同，土钉垂直于潜在破裂面时将会较充分地发挥其抗剪强度，因而应尽可能地垂直于潜在破裂面设置；而加筋条一般水平设置。

总之，土钉墙是由设置于天然边坡或开挖形成的边坡中的加筋杆件及护面板形成的挡土体系，用以改良原位土体的性能，并与原