第六章 锚杆挡土墙.doc

第六章 锚杆挡土墙 第一节 概 述 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杆件，它的一端与工程结构物联结，另一端通过钻孔、插人锚杆、灌浆、养护等工序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，例如临时的螺旋地锚以及采矿工程中的临时性木锚杆或钢锚 杆等。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。60年代以后，锚杆 技术迅速发展并广泛应用到土木工程的许多领域中。作为轻型的 支挡结构，锚杆挡土墙取代笨重的重力式圬工挡土墙，可以节省大量圬工材料，现已广泛用于公路、铁路、煤矿和水利等支挡工 程中。 锚杆挡土墙由于锚固地层、施工方法、受力状态以及结构形式等的不同，有各种各样的形式。按墙面的结构形式可分为柱板式锚杆挡土墙和壁板式锚杆挡土墙，如图6-1所示。柱板式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱和锚杆组成，如图6-1a)所示。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，并通过挡土板传给肋柱，再由肋柱传给锚杆，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(壁面板)和锚杆组成，如图6-1b) 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，后者则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。 锚杆挡土墙可根据地形设计为单级或多级(如表1—1所示)， 每级墙的高度不宜大于8m，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 1.5m。平台应用厚度不小于0.15m的。C15混凝土封闭，并设向墙外倾斜的横坡，坡度为2％。 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，可以减轻笨重的体力劳动，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。 锚杆挡土墙一般适用于岩质路堑地段，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。 另一类锚杆挡土墙为竖向预应力锚杆挡土墙，如图8—1)所示。它也是利用了锚杆技术，即竖向锚杆锚固在岩层地基中，井施加预应力，以竖向预应力锚杆代替重力式挡墙的部分圬工断面，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，有关竖向预应力锚杆挡土墙的设计将在第八章第一节中介绍。 第二节 土压力计算 土压力是作用于锚杆挡土墙的外荷载。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。 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，如图6-2所示。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。为简化计算，特别是在挡土板和肋柱设计时，可近似按图6—2b)实线所示的土压力分布图考虑，即土压力分布简化为三角形或梯形分布。 第三节 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、填注材料等因素有关。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 对于利用砂浆与孔壁摩擦力起锚固作用的摩擦型灌浆锚杆，它是用水泥砂浆将一组粗钢筋锚固在地层内部的钻孔中，中心受拉部分是钢筋，而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阻力传递到锚固区的稳定地层中，如图6-3所示。 因此，锚杆如受到拉力的作用，除了钢筋本身需有足够的抗拉能力外，锚杆的抗拔作用还必须同时满足以下三个条件： (1)锚固段的砂浆对于锚杆的握裹力需能承受极限拉力； (2)锚固段地层对于砂浆的摩擦力需能承受极限拉力； (3)锚固的土体在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。 1．岩层锚杆的抗拔力 当锚杆锚固于较完整的岩层中时(用M30的水泥砂浆灌注)，