岩土工程中锚杆挡土墙的设计及作用

潘伟民

岩土工程中锚杆挡土墙的设计及作用

潘伟民

一、锚杆挡土墙的工程特性

在工程设计中，经常会遇到建筑的高差较大、施工场地不平的状况，在这种较难进行施工作业的情况下，既要考虑到最大限度地减少平整土方的工作量，又要兼顾建筑场地的整体美观性和实用性，从而降低工程总造价和缩短施工工期。基于以上问题，我国建筑从业者在岩土工程施工过程中，对挡土结构进行了一系列较为科学系统的研究，研究成果也取得了极大的进展，基于对挡土墙建设的研究发现，锚杆式挡土墙作为一种新型支挡结构，具有体积小、施工简单、牢固性好及安全度较高等特点,在高边坡防护工程中的应用极为广泛。锚杆挡土墙是将新型的锚杆工程技术转化为一种实用性的挡土结构物体。锚杆技术是新型受拉杆件的一种，锚杆结构物的一端与工程主体结构相连接，另外一端则通过钻孔作业，插入锚杆结构物，灌浆作业，后期养护等一系列工序，将锚杆结构物固定在稳定的地层之中，使之能够承受住土压力对锚杆结构物所施加的推力，进而利用锚杆结构物与地层间设定的锚固力来维持锚杆结构物的稳定性。

二、锚杆式挡土墙的主要数据参数取值

1.近年来广泛应用在各项建筑工程施工过程中的锚杆式挡土墙是一种新型的轻型支挡结构。在具体施工前需要全面计算各类受力状况，主要包括背墙土压力、锚杆结构拉力、肋柱结构拉力等，以求能够精确计算出施工作业所需的重要参数。

（1）土压力的计算

挡土墙的侧向压力值大小与墙基岩土力学的性质、墙体的高度还有墙体的支护结构特点及支护结构的位移方向及大小等因素有关。由于锚杆式挡土墙的结构构造比较特殊，侧向压力值对其整体构造的影响因素更加复杂。目前在理论上还没有十分精确的计算方法能够如实地反应出各类不良因素对锚杆式挡土墙的侧向作用力的影响。现行的一些执行规范中采用土压力的系数来反映锚杆式挡土墙的侧向作用力，同时在考虑系数增大或减小全凭施工经验，在实际应用中还需要进一步地探索和研究。

（2）锚杆结构物的设计

锚杆结构物的设计过程中会有许许多多难以确定的影响因素，之前锚杆结构物的设计，由于作用力不会均匀地分布在锚固的总长度上面，因此通常会出现比较严重的作用力集中现象。所以要充分考虑和利用地层本身的抗剪力度和强度，使得粘结强度能够均匀地分布在整个锚固的总长度之上。

（3）墙面的计算过程

拟定截面尺寸→确定需要设计的截面位置（包括正截面的设计位置和斜截面的设计位置两个方面）→按基本组合计算相应的荷载效应（设计弯矩、剪力）→承载能力极限状态的计算（根据设计弯矩的参数确定主筋的规格和数量、根据设计剪力的参数确定箍筋的规格、数量和间距）→根据需要计算主筋的截断点，（如果需要弯起钢筋则需要按相应要求计算出弯起点）→正常使用极限状态下计算（按荷载的标准组合和准永久组合计算支点及跨中的最大弯矩值、按荷载的标准组合计算纵向钢筋的等效应力）→根据以上数据和参数制作出相应的预制构件→将合适材料按照相关的计算数据制作的锚杆结构与墙面板结构进行连接浇灌→锚杆式挡土墙工程后期保养。

2.目前对于锚杆式挡土墙的支护整体稳定性的计算和分析尚无统一的计算模式，通过应用相关软件，对重力式挡土墙和锚杆结构的联合支护边坡进行稳定性分析，对墙后土体本构模型的选择、支护结构材料模型的选择、参数的计算和取值等进行相应阐述，可以对锚杆挡土墙联合支护形式按照基本公式进行模拟分析计算，为边坡联合支护中支护结构的设计提供依据。

3.基本公式

取单位长度重力式挡土墙为计算对象（见下图），假设墙体竖直而且平滑，则墙后土层土压力大小为而挡土墙结构每延米自重为截面上部宽度为截面底部的宽度为则重心到墙基的距离所以基底的摩擦系数为μ。

挡土墙结构截面示意图

根据相关定义可得挡土墙的验算公式如下：

4.锚杆挡土墙中的施工要求以及工序

（1）施工前准备→开挖基坑→基础浇（砌）筑工序→锚杆制作工序→钻孔→锚杆结构的安放与注浆锚固→肋柱和挡土板预制工序→肋柱结构安装工序→挡土板结构安装工序→墙后的填料填筑与压实→竣工交验等。

（2）施工要求

①按照建筑设计要求，施工前应认真进行锚杆抗拔力的验证试验。

②钻孔作业后应将孔内粉尘，石渣清理干净。孔轴应当保持直线，孔位允许偏差大小为50mm，深度允许偏差大小为-10～+50mm。

③锚杆结构应在孔位中心安装。

④锚杆结构未插入岩层部分，必须按建筑设计要求作好防锈处理。

⑤在有水地段安装锚杆结构时，应将孔内的水排出或采用早强速凝药包式锚杆结构。

⑥作业中宜先插入锚杆然后灌浆，灌浆应采用孔底注浆法，灌浆管应插至距孔底50～100mm，并随水泥砂浆的注入逐渐拔出，灌浆压强宜不小于0.2MPa。

⑦砂浆锚杆安装后，禁止敲击、摇动。普通砂浆锚杆在3天内，早强砂浆锚杆在12小时内，不得在杆体上悬挂重物。必须待砂浆达到设计强度的75%后方可安装肋柱、墙板。

⑧安装墙板时，应在安装墙板的作业同时进行墙背回填及墙背排水系统施工作业。

三、锚杆式挡土墙在岩土工程中的作用

近年来，各地的工程建设飞速发展，同时也产生了许多弊端甚至发生施工事故。许多工程建设项目的设计不符合相应的科学性，以及我国滑坡、泥石流等地质灾害事件不断发生，通过研究地质灾害事件的因素，我国建设施工人员在进行岩土工程建设中对于各类挡土墙技术结构的认识有了很大的进步和发展，发现只依靠单纯的结构自重来平衡高边坡的土压力和下滑力的挡土墙并不能达到现阶段工程建设施工对于挡土墙实用性和安全性的总要求。新型的锚固工程技术、支撑手段等顺利地得到了验证和实际应用，在新时期的建筑工程建设施工中的高边坡防护方面发挥出了巨大的作用。

四、结语

锚杆式挡土墙是在锚杆结构和肋柱结构的相互配合和作用下，将各种作用力的方向和大小进行有效的科学调整，进而改变挡土墙的整体受力情况。该项技术有效地克服了传统重力挡土墙的客观缺点，高效、节能、安全、美观地应用于各项工程建设施工当中，对我国的现代化建筑建设和各区域的经济发展有重大的改革和推动作用。

（作者单位：北京东方新星石化工程股份有限公司）