悬臂式挡墙锚杆加固技术探索和应用

余昊泽　宗淙

摘 要：悬臂式挡墙同重力式挡墙相比，具有墙身断面尺寸小、质量轻的优点；而较之桩板墙等钢筋混凝土桩基结构，则具备构造简单、施工方便等优势。但是该结构受墙高限制大，仅适用于5 m以下挡墙，因此悬臂式挡墙的应用并不广泛。该文通过分析悬臂式挡墙的特点，创新性地提出将高挡墙分解成上部悬臂式挡墙和下部重力式挡墙的组合结构，并利用锚杆加固技术将两种分离的挡墙连接为一个整体，从而将悬臂式挡墙更多地应用到高填路基的支挡结构中，最后对其具体应用做出介绍。

关键词：悬臂式挡墙 锚杆加固技术 探索 应用

中图分类号：TU476.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（c）-0074-03

在山区公路建设中，由于地形陡峭，墙高往往要求较大。对于传统重力式挡墙而言，由于断面尺寸较大，高挡墙要求地基具备更高的承载力，且较浪费材料。此时若将高挡墙分解为上下两个重力式挡墙叠加的组合结构，可明显减小断面尺寸，但由于上部挡墙底面和下部挡墙墙顶填土线的接触面较小，易导致抗滑稳定性低，整体性会比较差；相比之下，悬臂式挡墙由于断面尺寸小且墙底板较长，因此抗滑和抗倾覆稳定性较重力式挡墙高，更适宜应用在挡墙叠加的组合结构上。

1 悬臂式挡墙的特点

悬臂式挡墙由立壁（墙面板）和墙底板（墙底板包括墙墙踵板和墙趾板）组成，整体形状为“T”字型。

在大多数挡墙结构中，悬臂式挡墙是质量较轻的一种，可以较好地发挥材料的强度性能，且基底应力小，能适应承载力较低的地基；悬臂式挡墙的稳定性是依靠墙身自重与墙踵板上填土的重力来共同保证的[1]，相较重力式挡墙，由于墙踵板比较长，与地基的接触面更大、重心更向填土侧偏移，因此其抗滑稳定性和抗倾覆稳定性更高。

当然，也正因为悬臂式挡墙断面尺寸小，墙面板厚度薄，在受到土压力时，墙身较重力式挡墙更易被剪切破坏，因此为避免墙身的弯矩过大，墙面板的高度按规范[2]要求一般控制在5 m以内。

2 悬臂式挡墙技术的探索

由于悬臂式挡墙受墙高限制大，建议可利用原有挡墙（一般为重力式挡墙）并在墙顶叠加悬臂式挡墙构成一个组合结构，从而将一个潜在的高挡墙分解成两个矮挡墙，并利用悬臂式挡墙墙底板长的特点，充分发挥其抗滑移和抗倾覆强的优势。

当然，悬臂式挡墙作为组合式挡墙结构时，由于墙趾处无填土，因此缺少了墙前被动土压力的作用，抗滑稳定性会比有墙前被动土压力时降低，所以为增大抗滑稳定系数，也为了让组合式挡墙结构的整体性更好，可以在墙底板下植入短锚杆，通过锚杆的抗滑力和抗拔力来分担墙后主动土压力带来的潜在滑动，从而让组合结构的挡墙更好地连接固定为一个整体。

这里的锚杆不完全等同于传统意义的锚杆，传统意义的锚杆主要依靠土体、注浆体以及锚杆之间的粘结力（抗拔力）来抵抗土体的滑移[3]。而这里的锚杆更类似于地锚，即利用锚杆提供足够的抗滑力并在潜在滑动面上产生足够的抗剪强度，这里的潜在滑动面为悬臂式挡墙墙底板与下部挡墙墙顶填土线的接触面。其受力机理较复杂，可将每根地锚简化为一根抗滑桩的受力模式，按弹性桩的悬臂梁法进行分析，由于这里已有专著进行过论述，也非该文重点，故不再详述。

3 悬臂式挡墙在高填路基的应用

为详细说明悬臂式挡墙作为组合式挡墙结构时的应用，该文采用某山区高速公路项目的一段挡墙进行探讨。

该实例为改移地方道路的路基工程，改移道路有上百米建在原临时便道路基顶上，二者相互高差较大，最大处11 m，且原临时便道外侧是悬崖，并已设有重力式挡墙，因此该改移道路外侧也必须设挡墙才能保证路基宽。

若新挡墙做成路肩墙，在保证挡墙埋深的条件下，墙高至少超过13 m，重力式挡墙无论从施工难度以及地基承载力上都很难满足；若做成桩板墙则不经济，且工期较长。因此考虑做成路堤悬臂式组合挡墙结构，如图1所示。

图1中，悬臂式挡墙的墙趾板已取消，目的是能和原临时便道的挡墙衔接得更美观，并尽可能地用最小墙高保证路基宽度。当然墙趾板节省了，墙踵板就必须加长，这样墙底板和原挡墙墙顶填土线的接触面积也才能够得到保证，从而确保悬臂式挡墙的抗滑移稳定性；而抗倾覆稳定力矩的力臂长也才能因墙踵板长度的增大而得到保证。另外与普通悬臂式挡墙相比，该结构增加了腋，目的是在悬臂式挡墙受力的最薄弱处（最大弯矩和最大剪力出现的底端）加大断面尺寸，以保证墙面板不发生剪切破坏。

按最不利断面考虑，该悬臂式挡墙填土高6 m，路基宽7 m；由于填土为砂质土，内摩擦角30°，容重19 kN/m3，地基承载力按不低于250 kPa考虑；墙身尺寸采用如下值：墙高4.5 m，墙顶宽0.6 m，墙面坡坡比和原挡墙一致，为1∶0.05，墙踵高0.4 m，墙踵悬挑长2.6 m，腋宽和腋高均为1 m；全墙均采用C30混凝土浇筑。

经过理正软件计算，可得滑移验算满足：Kc=1.305>1.300；倾覆验算满足：k0=2.848>1.500；作用于基底的合力偏心距验算满足：e=0.470<0.737（m）；墙趾处地基承载力验算满足：压应力=228.223<300（kPa）；墙踵处地基承载力验算满足：压应力=50.446≤325（kPa）；地基平均承载力验算满足：压应力=139.334≤250.000（kPa）。墙踵板根部加腋处剪力设计值=102.570（kN）<243.250（kN），满足剪切验算要求；墙面板距墙顶4.1 m处为最大剪力处，剪力设计值=224.364（kN）<524.725（kN），滿足剪切验算要求。由此可见，即使是最不利的情况，验算结果也能满足设计安全的要求。

从计算结果中我们不难发现，抗滑稳定系数指标是最接近临界值的，需要我们对该结构的抗滑移稳定性提高警惕，因此建议使用锚杆加固技术，如图2所示，可在墙底板下植入6号C32钢筋（短锚杆）。

通过该技术的应用，路基宽度得到了保证，两个挡墙的衔接处也不突兀，达到了美观的效果，项目也最终得以按期完工，这说明该技术是可行的。当然该组合结构也暴露出一些问题：（1）当墙踵板较长时，对于半填半挖路基，其基坑开挖面也就相应较大，对山体的扰动也就大；但对于全填方路基，由于不存在挖基，受施工因素影响小，因此墙踵板长度适当大一些会更安全。（2）当悬臂式挡墙墙顶有较高的填土时，墙背主动土压力会显著增大，这时对截面尺寸的强度要求也会明显提高，这时需适当增大截面尺寸并加强配筋。（3）由于墙面板是垂直的，在施工过程中墙背填土的压实度也就难以保证，而如果压实度差，土的内摩擦角就小，主动土压力也就大，不安全隐患也就相应提高。当然，悬臂式挡墙由于断面尺寸小，质量轻，与普通重力式挡墙相比较，综合优势还是明显的。

4 结语

综上所述，该文利用在原挡墙墙顶叠加悬臂式挡墙的组合结构来克服悬臂式挡墙墙高受限的问题（即将一个潜在的高挡墙分解成两个矮挡墙），并采用锚杆加固技术（地锚）连接两种分离的构造物（挡墙）为一个整体，从而充分发挥了悬臂式挡墙抗滑稳定性和抗倾覆稳定性较高的优势，克服其不适用于高填路基的弊端，使悬臂式挡墙在高填路基的支挡防护中得到了更为广泛地应用，实现了工程的安全性和经济性，其中在已建成挡墙的墙身加高方案设计中，该技术更适宜推广。

参考文献

[1] 陈忠达.公路挡土墙设计[M].人民交通出版社，2005.

[2] 中交第二公路勘察设计有限公司.公路挡土墙设计与施工技术细则[M].人民交通出版社，2008.

[3] 汤勇.加锚悬臂式挡墙理论分析与工程应用研究[D].中南大学，2010.

[4] 魏永幸，罗一农，刘昌清.基于极限状态法的悬臂式挡土墙设计研究[J].铁道工程学报，2014（11）：6-9.