浅谈锚定板挡土墙的设计

摘要：锚定板挡土墙结构是一种适用于填方的轻型挡土结构，它的特点是结构轻型、构件可预制、能进行机械化施工，并能适用于承载力较低的地基，比重力式挡墙可节省圬工约70%-80%，节约造价50%左右。因而这种结构形式深受现场的欢迎，也引起了相关单位的重视。本文对锚定板挡土墙设计进行一些探讨。

关键词：锚定板挡土墙;设计要点;稳定性分析

在上个世纪70年代，铁道部工程师发现某公路路堤是采用当地砂、卵石作填料，在堤中每隔一定厚度夹铺榆树，埋设方法是树根朝向边坡，边坡坡度一般为1：0.1-1：0.5，高度可达10米，而不夹铺的填土路基边坡不能陡于1：1。并且工程师发现粮仓中大米任意堆放时，边坡角不能陡于大米的安息角，而袋装大米堆放时，边坡可以很直很高，如将米袋内侧口打开，并把米仍然填满，这时米袋的外侧仍然是直立的，并不因内侧米袋口打开而有变化。大米向外的侧压力是靠压在米袋皮上大米的重量所产生的摩阻力来平衡的。在1973年，铁道部自立式挡土结构试验组先后做了三座路肩式的试验工程。经过多次的室内模型试验和现场实践，证明锚定板多种布置方式都可保持稳定。通过实测土压力以及从施工方便上全面考虑，试验组认为采用杆件中间层长、上下层短的布置形式较为切合实际，也更合理些。在1975年，铁道部第三设计院、西南交通大学和四川省建研所组建的新型支挡建筑科研组进行了40组模型试验，最终认为当锚定板总面积a等于墙面面积A，这时填料形成整体;若无锚定板，即a=0，这时不会形成整体，只是普通重力式挡土墙。因此，锚定板面积从0-A之间，会有一个限界使锚定板挡土墙形成整体。利用填料自重来支承填料和外荷所产生的侧压力。这次试验为锚定板挡土墙的设计施工提供了理论依据。

一、锚定板挡土墙的分类

1.从结构形式分，按锚定板埋于填料中的层数不同，可分为单层锚定板和多层锚定板挡土墙两种。按肋柱在断面上的布置位置不同，可分为单级和分级锚定板挡土墙两种，单级是自基础至全墙顶只采用一根肋柱，而分级则是采用两根以上肋柱，自基础至全墙顶用错台分级布置，单级的肋柱又可分为一根整体和截开的分段主柱两种。按有无肋柱又可分为肋柱式锚定板挡土墙和无肋柱式锚定板挡土墙，有肋柱的挡土墙与锚杆挡土墙相似，区别在于抗拔力不是靠钢拉杆与填料之间的摩阻力来提供，而是由锚定板提供，填料局限性小;无肋柱的则全是墙面板，与加筋挡土墙相似。按一根肋柱或截开分段肋柱上的拉杆层次不同，可分为单拉杆、双拉杆和多拉杆。按多层锚定板连线所形成的坡度不同，可分为垂直、仰斜、俯斜和折线等几种。

2.从受力状态分，可分为单锚和群锚挡土墙，单锚是锚定板前的填料因摩擦作用而支承侧压力;而群锚则是当锚定板布置到一定的密度时，墙面和锚定板及其中的填料形成一个整体墙来支承侧压力。

二、结构设计

锚定板挡土墙的设计主要为设计荷载计算、肋柱设计、拉杆设计、锚定板设计和墙面板设计等。由于挡土板、拉杆、锚定板及填料的相互作用，影响土压力的因素很多，是一个很复杂并涉及土与结构相互作用的问题，目前一般作一些假定和簡化，墙面板所受的土压力一般按重力式挡土墙有关规定计算。

肋柱按受弯构件设计，主要承受由挡土板传递的侧向土压力，设计荷载的计算跨度为相邻肋柱中心的距离。根据肋柱上设置的拉杆层数及肋柱与肋柱、肋柱与基础的连接状况按单跨梁、连续梁、弹性支承连续梁或者刚性支撑连续梁计算。并需考虑肋柱支点的变形，以及在搬运、吊装和施工过程中由于拉杆受力不均匀等非正常荷载情况，肋柱断面尺寸按计算的肋柱最大弯矩来确定，同时考虑支撑墙面板的需要，肋柱宽度不宜小于24cm，高度不宜小于30cm。

拉杆的设计应满足最上排拉杆至填土顶面的距离不得小于10m。拉杆长度应满足墙的整体稳定性要求，且最下一排拉杆的长度应置于主动土压力破裂面以外不小于3.5倍锚定板高度。路肩墙最上一排拉杆长度，应大于另一侧轨枕端头。拉杆直径应根据拉杆设计拉力及所选用钢材的容许应力计算，且不宜小于22mm。

锚定板面积一般根据拉杆设计拉力及锚定板容许抗拔力来计算，其中锚定板容许抗拔力应根据现场试验确定，当没有现场试验资料，一般考虑用经验公式计算。铁道部科学研究院做了大量的锚定板现场拉拔试验，根据试验资料统计分析，并通过有限元方法计算，进行验证后，得到根据锚定板的埋置深度建议采用的容许抗拔力数值;铁三院和铁四院以室内模型试验资料为依据，并用现场资料校核归纳，得到各自建议采用的经验公式，可根据各自计算结果选取偏安全的一种。

肋柱式锚定板挡土墙的墙面板设计采用钢筋混凝土槽形板、矩形板、空心板，有时也可采用拱形板，墙面板可按两端简支的受弯构件计算，其计算跨度为挡土墙长度减去一个搭接长度，搭接长度不小于10cm，设计荷载为与挡土板位置相应的土压力图中的最大土压力值，按均匀荷载计算。无肋柱式锚定板挡土墙的墙面板，可采用钢筋混凝土矩形板、十字形板、六边形板，当一块墙面板上连接一根拉杆时，其内力与配筋，一般按单支点双悬臂计算。

三、锚定板稳定性分析方法

目前常用的整体稳定性分析方法有折线裂面法（Kranz法）和整体土墙法等。可根据锚定板设置的具体条件选择其中一种方法。锚定板挡土墙一般不需进行抗倾覆检算。Kranz法，也称为折线裂面法，该方法由Kranz于1953年提出。Kranz方法认为：当拉杆力作用于锚定板时，在经过锚定板可能产生的所有滑面中，折线滑面（墙面的下端、锚定板的底部和锚定板后方的主动土压裂面组成）是最危险的滑面，并以此考虑土体平衡求得抗拔力。我国也多用该方法。整体土墙法，西南交通大学等单位认为当锚定板达到一定的密度后，墙面与锚定板及其中的填土就会形成一个共同作用的整体土墙，此时可采用重力式挡土墙稳定性验算方法进行计算。

四、结论

在土建的支护结构工程中，国内采用挡土墙类型多种多样，一般根据当地水文环境、工程地质和技术经济等因素选择适用的挡土墙结构。从上世纪70年代以来，我国开始了锚定板挡土墙的科研、设计和施工实践，并对不同锚定板组合以及墙体的土力学性能进行了多次研究分析，在工程应用中也已有成熟的经验。在支挡结构形式的选择上，锚定板挡土墙对地基承载力要求较低，构件可以预制，柔性大且造价较低，结构质量轻，圬工少，在经济效益和生态环境保护方面具有重要意义。

参考文献

[1]铁道部.铁路路基支挡结构设计规范.2001.

[2]卢肇钧，吴肖茗，张肇伸.锚定板挡土结构[J].岩土工程学报，1981.

[3]铁道部第一设计院三总队自力式挡土结构试验组.自力式挡土结构的初步试验研究[J].铁道建筑，1976.

[4]西南交大铁道系，铁道部专业设计院标准处，四川省建研所地基室.锚定板挡土墙群锚的受力分析[J].铁道标准设计通讯.1979.

[作者简介]余佳阳（1995.08-），男，汉族，四川省成都市人，西华大学应急管理学院硕士研究生在读，主要研究方向：防灾减灾工程及防护工程。