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岩土研究院

轻型支挡工程中锚杆、锚索挡墙设置原理

599 2020-09-25 17:47:03
锚杆挡墙自1966年于成昆铁路成功应用以来，随着锚固技术的发展，在我国的应用越来越广，在设计与施工方便积累了丰富的经验，取得很多成功的案例。
锚杆、锚索挡墙作为轻型支挡结构，由钢筋砼面墙和锚杆、锚索共同组成。其中钢筋砼面墙依据结构形式的不同可分为钢筋砼面板式和肋板式两大类，面墙可以是倾斜的，也可以是直立的。其中肋板式挡墙可应用路堑挖方边坡和填方路堤边坡，面板式挡墙主要应用于挖方路堑边坡。锚杆、锚索挡墙的受力模式为依据锚杆、锚索的提供的稳定锚固力和面墙提供的反力，共同维持边坡的稳定。也就说，锚杆、锚索的锚固段应进入稳定地层，即为了安全期间，不建议锚固段置于填方体中，确实需要置于填方体的，应有严格的锚固工程施作与注浆工艺作为设置依据。
一、锚杆、锚索挡墙的构造
肋板式锚杆、锚索挡墙主要由肋柱、柱间挂板和锚杆与锚索组成，可采用预制拼装或现场浇注两种模式，且为便于施工，多采用直立式设置；
面板式锚杆、锚索挡墙主要由面板和锚杆与锚索组成，主要采用现场浇注模式进行施作，且为便于施工，多采用倾斜式设置。
依据不同的地质条件和设置要求，挡墙可以为单级或多级设置，但两级之间应有不小于2m的分隔平台，以便有效缓解上下级挡墙的应力集中和方便现场施工。且为确保面墙的稳定，平台宜采用硬化处理。此外，单级挡墙的高度不宜大8m。

图1 肋板式锚杆、锚索挡墙示意图

图2 面板式锚杆、锚索挡墙示意图

1、面墙构造
面墙的肋柱和面板构造，主要依据锚杆、锚索所要提供的平衡坡体土压力或下滑力的锚固力，以及坡面的地基承载力共同确定，若为预制拼装式面墙，则应考虑到现场吊装设备的起吊能力和运输过程中的起吊因素。且依据规范的结构设计要求，肋柱和面板的厚度不应小于30cm。
锚杆、锚索的间距多采用2~3m，每个肋柱或单位宽度上面板上可根据锚固力需要设置多孔锚杆或锚索，期间应尽量确保在锚固工程的作用下，肋柱或单位宽度面板中的正负弯矩基本相当。
肋柱式面墙中挂板可采用钢筋砼矩形板、槽形板等多种形式，与肋柱搭接长度不能小于10cm，且厚度不宜小于20cm。
2、锚杆、锚索构造
锚杆、锚索多采用潜孔钻机成孔，其中锚杆孔径多采用90~110mm，锚索孔径多采用130~150mm。为方便注浆和提高注浆压力，锚杆、锚索一般倾斜设置，角度多为20~30°。
锚杆、锚索规格依据锚固力需求确定，且一般情况下，不建议采用小直径钢筋或钢筋束制作锚杆，而宜采用单根Φ32钢筋制作。有效提高筋体的抗拔或抗剪能力和方便现场锚杆下孔。在地层较为松散、煤系或为高液限等不利地层时，有时也可采用钢锚管代替钢筋制作。
注浆材料应采用标号M30以上的水泥净浆或水泥砂浆，待其强度达到70%以上时方可安装肋柱或挂板。锚杆与面墙之间可采用螺栓+垫板连接，或采用钢筋弯折搭接于面墙主筋的形式连接。
二、锚杆、锚索挡墙设计
主要计算有墙背作用力，面墙结构内力、地基承载力和锚杆锚索的锚固力几部分。
1、墙背作用力
墙背作用力主要包括土压力和下滑力两部分，并取两者之间的最大值为控制性设计。
墙背土压力为主动土压力，多级挡墙的墙背土压力采用延长墙背法计算。下滑力依据后部坡体的性质针对性计算，在此不再详细说明。
需要说明的是，锚杆、锚索应确保多级边坡的整体与局部均能满足相关稳定性需求。
2、面墙结构内力
每根肋柱承受的反力为相邻肋柱之间的土压力或下滑力，面板的承受的反力为相邻锚杆、锚索的之间土压力或下滑力。其内力计算时应结合坡面岩土体的性质采用弹性地基梁模型进行计算，当然，有时也可粗略的采用连续梁或简支梁模型进行计算。
3、地基承载力
面墙底部的地基承载力主要承受面墙的重力、锚杆、锚索的竖向分力。但一般情况下，由于锚杆、锚索的锚固力作用，面墙对地基的承载力要求很低，往往可以忽略其影响。因此，工程设置时往往除排水和结构设计要求，或地基为软弱地层等需适当处置基底外，不另行要求设置面墙基础。
当然，面墙基底应确保是稳定的，应有必要的襟边设置。
4、锚杆、锚索的锚固力
锚固力依据相关锚杆、锚索的设计进行，属于非常成熟的工艺，在此只强调几个关键点。
1）锚杆和锚索的锚固段，宜从破裂面或滑面以下2m起算，且锚固段长度不宜大于10m。
2）锚索的自由段不宜小于5m，方便施加预应力，且间距不宜小于2m，防止群锚效应的产生。
3）锚杆、锚索严格采用孔底返浆式注浆，即注浆PVC管应绑定于筋体之上而共同置于孔中，在注浆过程中严禁上拔注浆管，注浆结束后PVC留于孔中。这是锚杆、锚索确保锚固力的一定关键环节。必要时，应依据拉拔试验确定是否需要采用二次注浆。
最后，需要说明的是，轻型锚杆、锚索挡墙对施工工艺的组织、衔接要求较高，应有较好的施工质量作为保障。当然，只要认真负责，就没有做不好的事，这在锚杆、锚索挡墙在国内外广泛成功应用就说明了一切。

柬埔寨某公路两级填方路堤轻型锚索挡墙应用

图3 柬埔寨某公路两级填方路堤轻型锚索挡墙应用


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