锚杆挡土墙在陡坡路基中的应用

何鑫辉

泉州市某镇的乡村道路，路基一侧原依地势修建的8 m～13 m高的重力式条石挡土墙，长约40多米，现条石挡土墙与路面产生较大的裂缝，需要进行改造加固。

1 方案选择

1)采用重力式钢筋混凝土挡土墙。因该段高差大，且基底标高不等，若在本工程中使用，则工程量大，造价高，施工难度大等。

2)采用锚杆挡土墙。在陡坡路基中，可以更早的收缩坡角降低挡墙高度，较之重力式挡墙自重轻、节省圬工，降低工程造价。

经对地形及地质条件分析，提出采用锚杆混凝土挡土墙。

2 设计计算

2.1 土压力计算

采用库仑公式，土压力分布为:q=rHKa。

其中，r为填土容重，采用碎石土，取 r=20 kN/m3;H为挡土墙高度;Ka为主动土压力系数。

1)计算高度 H取值。路面压力取 q路=20 kN/m2，将路面压力换成土当量，土当量厚度采用 h=q路/r=20/20=1 m，则计算高度 H=13+1=14 m。

2)主动土压力系数 Ka。a.挡土墙采用直立，取 α=0°;b.填土倾角，取 β=0;c.墙后填土为碎石土，φ=40°～ 45°，取 φ=40°;d.墙背与填土摩擦角:由于挡土墙内侧有梁柱凸出，所以墙背可选粗糙，排水良好，δ=(1/3～ 1/2)φ，取 δ=15°;由此，查表得主动土压力系数Ka=0.201。

2.2 锚杆拉力计算

经铁道部科研所多次岩层拉拔试验证实，锚植在完整的硬质岩中只要满足最小锚固长度，锚杆在锚固段不会破坏，不会从锚孔拔出，且锚固岩体没有明显变化。

1)锚杆拉力计算公式。Rt≤πd1Lf(见规范 GBJ 7-89)。其中，d1为锚植孔直径;L为锚杆的有效锚固长度(＞40d，d为锚杆直径);f为砂浆与岩石间粘结强度，取 f=0.45;

2)锚杆承力Rt。锚杆采用20MnSi钢，d≥28，强度设计值 fy=290 N/mm2，倾覆安全系数取 1.5，选钢筋 φ 32，φ 36两种:Rt32=804.3×290/1.5=155 498 N=155 kN。Rt36=1 017.9×290/1.5=196 794 N=197 kN。

2.3 挡土墙结构布置

挡土墙结构布置见图1。

2.4 挡土墙受力计算

1)钢筋混凝土板:采用普通连续板计算;2)横梁:采用普通连续梁计算;3)立柱:假定锚杆、基础为简支撑，承受横梁集中力及水平土压力(由横梁传至)的杆件计算;4)基础:承受立柱传力，因地基面标高不等高，地基为硬质花岗岩，可选择钢筋混凝土独立基。

以上土压力荷载为梯形分布，计算略。

2.5 锚杆配筋计算

1)土压力分布 q=rHKa;2)板传至横梁，横梁传至立柱;3)配筋20×14×0.201=56.28 kN/m2，锚杆集中力 Rt=2×3q。

2.6 锚杆最小锚固长度

单根采用孔径 d1=120，双根采用孔径 d1=160。

1)单根锚杆最小锚固长度。

2)双根锚杆最小锚固长度。

考虑锚杆双根并列，最小锚固长度增大20%。

L最小值=1 400×1.2=1 728≈1 730 mm。

3 构造措施

1)锚杆在岩层中的锚固长度:单根锚杆采取锚固长度2 800 mm，双根锚杆采取锚固长度3 500 mm(本工程岩体表面不存在风化层)。

2)锚孔直径:采用单根锚杆锚孔为φ 120，双根锚杆锚孔为φ 160。

3)锚杆组装:为了保证锚杆便于插入孔中，在沿锚杆(入孔部分)长度方向每隔1 000 mm焊接圆形支架(用φ 6圆钢作φ 110，φ 150圆形)，以保证锚杆有足够保护层。双根锚杆，每1 000 mm尚应加拼接焊，焊缝长度为100 mm。

4)锚杆防锈:锚杆放入孔前应除锈，以便能与砂浆足够粘结。露出孔前(不包括与挡土墙锚固部分)应除锈后刷防锈油漆三遍，并用热沥青浸透玻璃纤维布包扎三遍。

5)灌浆:因岩体中存有节理，灌浆应采用高压注浆，水泥砂浆(或细石混凝土)强度等级采用M30。灌浆前应清孔。

6)锚杆与挡土墙的连接见图2。

7)挡土墙泄水孔:设φ 100@2 000×2 000泄水孔。泄水孔设在横梁上，并设排水盲沟。

8)挡土墙混凝土保护层:挡土墙混凝土等级应采用C25，板筋保护层为30 mm，梁柱筋保护层为40 mm。

9)试验要求:锚杆灌浆养护28 d后，应对锚杆进行抗拔试验，试验拔力为锚杆设计承载力乘试验系数2，数量为锚杆总数5%，且不少于5根。

4 结语

锚杆混凝土挡土墙作为轻型的支柱结构，由于锚杆与肋柱共同作用，可改变重力式挡土墙的受力方式，充分利用各种材料性能，降低了挡土墙的工程造价;采用锚杆混凝土土墙代替重力式普通挡土墙，可避免开挖有稳定层的岩体，节约大量工料投入;另外，锚杆混凝土挡土墙因自重轻，且不需开挖很深基础，可在较低的软弱地基土及基底标高不一的情况下做基础。因此，锚杆混凝土挡土墙特别是在陡坡路基应用中更有其自身的优越性，较适用于墙后有岩体可靠锚固的高位挡土墙。

[1] 王振文.列车振动下路肩挡土墙的稳定性分析[J].山西建筑，2008，34(16):294-295.