锚定板设计和锚定板挡土墙整体稳定性验算

蓝新幸

(黑龙江省林业设计研究所)

1 锚定板设计

确定锚定板尺寸，首先要确定锚定板的容许抗拔力，即对于一定大小的拉杆拉力要用多大面积的锚定板去支撑。要解决这一问题，较好的办法是在现场做锚定板抗拔试验，根据实测的拉力与位移关系曲线，确定锚定板的极限抗拔力。试验证明，极限抗拔力随着锚定板面积的加大而增大，两者近似地成比例关系。极限抗拉力除以一定的安全系数，便是所采用的容许抗拔力，也就是锚定板所能承受的拉杆拉力。

实测的极限抗拔力只是单块锚定板在短时间所能承受的极限值。考虑到在实际建筑物中多块锚定板的相互作用以及在长期荷载作用下多种因素的影响，有必要采用不小于2.5～3.0的安全系数。

单块锚定板的抗拔力与锚定板的埋设位置(它取决于拉杆长度和埋置深度)、板的尺寸和填料的物理力学性质有关。铁道科学研究院等单位根据现场抗拔试验的结果，提出容许抗拔力的建议值如下:对于埋置深度为3～5 m的锚定板，其容许抗拔力为100～120 kPa;埋置深度为6～10 m的锚定板，其容许抗拔力为130～150 kPa。锚定板尺寸由拉杆拉力及容许抗拔力计算确定。

2 锚定板挡土墙的整体稳定性

锚定板挡土墙的整体稳定性与拉杆的长度有关，拉杆愈长，其稳定性愈大。要根据整体稳定性的要求来确定各层拉杆的长度，以确保安全。

锚定板挡土墙的整体稳定性主要由抗滑性控制。对于锚定板结构丧失整体稳定性时滑动面的形式，科研工作者分别作了不同的假定，下面介绍两种设想，即土墙假定和折线滑面假定。

2.1 群锚理论—土墙假定

西南交通大学等单位提出:当锚定板的布设达到足够的密度时，墙面与各锚定板以及其中的填料形成一个整体墙(有的叫土墙)，用这个整体柔性结构来共同支承侧压力，保证路基的稳定，这就形成了群锚作用。群锚形成后，土体破裂面的位置后移，它的起始点由墙面底部移至最下层锚定板的下缘B'(图1)，其形状近似于平面，其破裂角θ接近于用库伦公式计算的破裂角。破裂棱体的另一侧，不是沿墙面破裂，而是沿各铺定板中心连线A'B'破裂，也就是锚定板中心的连线形成假想墙背，墙面和铺定板及其中间的填料形成整体墙ABB'A'。这时，可利用库伦公式计算该假想墙背的主动土压力，和验算重力式挡土墙的方法一样，来验算土墙的抗滑和抗倾覆稳定性。

2.2 双拉杆设计理论—折线滑面假定

铁道科学研究院通过对双拉杆锚定板结构的模型试验，提出了一种折线滑动面的假定，并分为两种边界条件进行分析研究。

(1)垂直边界条件锚定板结构的稳定分析

这种锚定板结构上部拉杆的长度小于下拉杆。在此情况下，锚定板C1和C2的稳定分析应分别考虑AB1C1D1，和AB2C2D2所受的外力及其稳定。B2为介于上下拉杆与立柱相交处的中点。

图1 群锚式挡土墙

现以土体AB1C1D1的稳定分析为例:它所受到的推力为主动土压力Ea，作用于这个土体的垂直边界C1D1上。在它的下部边界B1C1面上，有一个抵抗滑动的力R，其水平分力为Rh。

由此可推导求得以下的稳定分析公式

式中:Fs1为垂直边界条件下抗滑安全系数;φ为填土内摩擦角;L为下拉杆长度。

(2)俯斜边界锚定板结构的稳定分析

这种结构使上锚定板与下锚定板的联线CE形成一倾角45°+φ/2的俯斜边界。在此情况下，土体最危险滑动面将是BCG，造成滑动的主要作用力是沿GC面的下滑力T1。这个下滑力传到CB面上转化为T'1，并被BC面上的摩阻力R所抵抗。由此推导求得以下的稳定分析公式

式中:Fs2为俯斜边界条件下的抗滑安全系数;f为摩擦系数，f=tanφ，φ为填土的内摩擦角(°);L为拉杆长度。

当计算Fs2时，应假设一系列不同的α1值，并计算与之相应的Fs2，由此求得Fs2的最小值，即为最危险的条件。经验证明，最危险滑动面的α1值大约在40°～50°。