应用锚杆挡土墙处理路堑边坡的设计思路

齐小垄

1 概述

锚杆挡土墙位于东冶—温塘间(DK130+000～DK243+000)，线路顺滹沱河而下，铁路大部分在陡峻狭窄的河谷中穿行，深路堑、堑坡防护工程随处可见。在DK204+760～DK204+913.39处，由于山坡自然坡度为1∶0.75～1∶1，路堑中心挖深约14 m，如按常规堑坡防护，右侧堑坡高达40 m。该段地层为太古界阜平群(Afpr2)混合片麻岩，巨厚，片麻理发育，产状 347°∠24°，风化严重～颇重，山坡表层1 m～2 m内有松动基岩。为降低路堑边坡，从运营安全、养护维修着想，设计时考虑右侧边坡采用锚杆挡墙降坡。

2 设计方案的选择

2.1 分级设护墙防护方案

该方案最大路堑边坡高将近40 m，设四级护墙，对自然环境破坏极大，且挖方量大，圬工量大，上部边坡砌护工程施工时建筑材料需多次倒运，施工难度大，工程造价也较高。

2.2 重力式路堑挡土墙与护墙组合的方案

于路堑下部设15 m高重力式路堑挡土墙，墙顶以上以护墙防护，单级护墙最大高度12 m，每级护墙间设2.0 m宽边坡平台。

该方案最大路堑边坡高30 m左右，与分级设护墙方案相比有效的降低了堑坡高度，但堑坡仍较高，且下部挡土墙基底压应力大，圬工工程量较大。采用此方案，路堑开挖形成凌空面后，由于岩体节理发育，且混合岩一经开挖失去地表植被保护，极易风化剥落，如果砌护工程不能及时进行，边坡坍塌的情况极易发生。

2.3 锚杆挡土墙方案

于路堑下部设1级～2级C20钢筋混凝土柱板式锚杆挡土墙支挡，单级挡墙最大高度不超过8 m，两级挡墙之间设2.0 m宽平台，墙顶堑坡以护墙防护。该方案最大路堑边坡高24 m左右，有效的降低了挖方工程量及圬工工程量，减少了对自然山体的破坏。虽然由于钢筋用量较大，工程造价比重力式路堑挡土墙与护墙组合的方案稍高，但肋柱与挡板均为现场预制，圬工工程量小，大大的提高了施工效率，随开挖、随钻孔、随安装，体现了堑坡需及时支护的原则。下一级挡墙的施工是在上一级挡墙已施工完成、稳定的条件下进行，提高了生产的安全性以及整体的稳定性。经过经济技术比较，本段堑坡支护设计中采用了以钢筋混凝土锚杆挡土墙支挡的方案，具体横断面设计如图1所示。

3 锚杆挡土墙的设计

3.1 肋柱的计算

如图1所示，肋柱置于M5水泥砂浆砌片石基础之上，肋柱底端可视为自由端。每根肋柱承受相邻两半跨的土压力，根据肋柱高度及库仑土压力理论计算所得土压力，每级肋柱布置3根锚杆，因此肋柱视为两端带悬臂的连续梁进行设计。由于在施工过程中肋柱受力状态往往与回填土或砂夹卵石垫层以后有所不同，可能出现仅有两个支点先受力，即为简支梁作用，内应力增大很多，还可能出现相反的弯矩，设计时已充分考虑。

肋柱截面设计及配筋采用极限状态法。

3.2 锚杆的布置及计算

1)锚杆的布置。设计时采用“等弯矩”法来布置锚杆，决定其间距，以尽量使连续梁各跨最大弯矩绝对值或各锚杆拉力相近，从而使设计结构经济、合理。

2)锚杆的计算。a.锚杆轴向拉应力。锚杆轴向拉应力即为计算所得支座反力与锚杆倾斜角度(与水平线的夹角)的余弦之比。b.锚杆长度计算。锚杆长度是设计锚杆挡土墙的关键所在，一般锚杆与砂浆之间的粘结力很大，所以锚杆抗拔力往往由孔壁接触面的抗剪强度决定。本工点锚杆开孔孔径φ=130 mm，长度分别为:下部8 m高锚杆挡墙:L上=7.60 m，L中=10.45 m，L下=7.65 m;上部8 m 高锚杆挡墙:L上=10.05 m，L中=12.91 m，L下=10.11 m。施工时要求进行现场拉拔试验，得出孔壁接触面的抗剪强度，以验证设计是否合理。c.锚杆截面计算。锚杆采用20MnSi螺纹钢筋，截面积为锚杆所受拉应力与钢筋容许拉应力之比。锚杆截面分别为:A下=2φ 28，A中=2φ 28，A上=1φ 28。

3.3 挡土板的计算

挡土板是以肋柱为支座的简支梁，荷载即为该挡土板所在高度范围的土压力。为方便施工，设计时同级挡墙设计的挡土板厚度相同，挡土板截面采用槽形，较其他形式经济。

4 锚杆挡土墙建成后的效果

该工点从路堑开挖到施工建成仅用不到4个月的时间，与浆砌圬工相比大大的缩短了施工周期，提高了生产效率。施工中分段开挖，及时安装锚杆、肋柱、挡板，因此未出现岩体开裂、塌落。而相邻的小觉车站的某路堑地段，设计为重力式路堑挡土墙与护墙相结合的方案，在边坡开挖后因圬工量大，砌护周期长，边坡岩层长期暴露，出现了局部的坍塌。由此可见，堑坡的稳定与施工工艺、施工方法、防护措施密切相关。该段建成后整体稳定，未出现变形情况，投入运营将近两年效果良好。

5 设计的几点体会

1)对陡峻边坡路堑，应尽可能少的开挖岩体，以免对山体稳定和自然环境造成大的破坏。以浆砌圬工支挡防护，虽能降低边坡高度，但若圬工量大，堑坡岩体节理发育、易风化，则往往会由于砌护周期长，边坡岩体长期暴露，出现堑坡失稳的现象。而一旦出现堑坡坍塌、滑动，则整治起来不但费时、费力，还会大幅度的增加投资，设计时应全面综合考虑。

2)采用锚杆挡土墙支挡的方法，从上至下分级开挖、分级支护，防护及时，分级稳定，施工效率高，既避免了因防护不及时造成的堑坡塌滑等问题，又保证了施工安全和进度，设计理论及施工工艺都较为成熟，是值得在陡边坡路堑设计中推广应用的方法。

[1] 袁林新，阳文辉.锚杆挡土墙设计[J].山西建筑，2009，35(8):132-134.