巖土工程中錨桿擋土墻的設(shè)計及作用

潘偉民

巖土工程中錨桿擋土墻的設(shè)計及作用

潘偉民

一、錨桿擋土墻的工程特性

在工程設(shè)計中，經(jīng)常會遇到建筑的高差較大、施工場地不平的狀況，在這種較難進(jìn)行施工作業(yè)的情況下，既要考慮到最大限度地減少平整土方的工作量，又要兼顧建筑場地的整體美觀性和實用性，從而降低工程總造價和縮短施工工期。基于以上問題，我國建筑從業(yè)者在巖土工程施工過程中，對擋土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列較為科學(xué)系統(tǒng)的研究，研究成果也取得了極大的進(jìn)展，基于對擋土墻建設(shè)的研究發(fā)現(xiàn)，錨桿式擋土墻作為一種新型支擋結(jié)構(gòu)，具有體積小、施工簡單、牢固性好及安全度較高等特點,在高邊坡防護(hù)工程中的應(yīng)用極為廣泛。錨桿擋土墻是將新型的錨桿工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為一種實用性的擋土結(jié)構(gòu)物體。錨桿技術(shù)是新型受拉桿件的一種，錨桿結(jié)構(gòu)物的一端與工程主體結(jié)構(gòu)相連接，另外一端則通過鉆孔作業(yè)，插入錨桿結(jié)構(gòu)物，灌漿作業(yè)，后期養(yǎng)護(hù)等一系列工序，將錨桿結(jié)構(gòu)物固定在穩(wěn)定的地層之中，使之能夠承受住土壓力對錨桿結(jié)構(gòu)物所施加的推力，進(jìn)而利用錨桿結(jié)構(gòu)物與地層間設(shè)定的錨固力來維持錨桿結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性。

二、錨桿式擋土墻的主要數(shù)據(jù)參數(shù)取值

1.近年來廣泛應(yīng)用在各項建筑工程施工過程中的錨桿式擋土墻是一種新型的輕型支擋結(jié)構(gòu)。在具體施工前需要全面計算各類受力狀況，主要包括背墻土壓力、錨桿結(jié)構(gòu)拉力、肋柱結(jié)構(gòu)拉力等，以求能夠精確計算出施工作業(yè)所需的重要參數(shù)。

（1）土壓力的計算

擋土墻的側(cè)向壓力值大小與墻基巖土力學(xué)的性質(zhì)、墻體的高度還有墻體的支護(hù)結(jié)構(gòu)特點及支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移方向及大小等因素有關(guān)。由于錨桿式擋土墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較特殊，側(cè)向壓力值對其整體構(gòu)造的影響因素更加復(fù)雜。目前在理論上還沒有十分精確的計算方法能夠如實地反應(yīng)出各類不良因素對錨桿式擋土墻的側(cè)向作用力的影響。現(xiàn)行的一些執(zhí)行規(guī)范中采用土壓力的系數(shù)來反映錨桿式擋土墻的側(cè)向作用力，同時在考慮系數(shù)增大或減小全憑施工經(jīng)驗，在實際應(yīng)用中還需要進(jìn)一步地探索和研究。

（2）錨桿結(jié)構(gòu)物的設(shè)計

錨桿結(jié)構(gòu)物的設(shè)計過程中會有許許多多難以確定的影響因素，之前錨桿結(jié)構(gòu)物的設(shè)計，由于作用力不會均勻地分布在錨固的總長度上面，因此通常會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的作用力集中現(xiàn)象。所以要充分考慮和利用地層本身的抗剪力度和強(qiáng)度，使得粘結(jié)強(qiáng)度能夠均勻地分布在整個錨固的總長度之上。

（3）墻面的計算過程

擬定截面尺寸→確定需要設(shè)計的截面位置（包括正截面的設(shè)計位置和斜截面的設(shè)計位置兩個方面）→按基本組合計算相應(yīng)的荷載效應(yīng)（設(shè)計彎矩、剪力）→承載能力極限狀態(tài)的計算（根據(jù)設(shè)計彎矩的參數(shù)確定主筋的規(guī)格和數(shù)量、根據(jù)設(shè)計剪力的參數(shù)確定箍筋的規(guī)格、數(shù)量和間距）→根據(jù)需要計算主筋的截斷點，（如果需要彎起鋼筋則需要按相應(yīng)要求計算出彎起點）→正常使用極限狀態(tài)下計算（按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合計算支點及跨中的最大彎矩值、按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合計算縱向鋼筋的等效應(yīng)力）→根據(jù)以上數(shù)據(jù)和參數(shù)制作出相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件→將合適材料按照相關(guān)的計算數(shù)據(jù)制作的錨桿結(jié)構(gòu)與墻面板結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接澆灌→錨桿式擋土墻工程后期保養(yǎng)。

2.目前對于錨桿式擋土墻的支護(hù)整體穩(wěn)定性的計算和分析尚無統(tǒng)一的計算模式，通過應(yīng)用相關(guān)軟件，對重力式擋土墻和錨桿結(jié)構(gòu)的聯(lián)合支護(hù)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，對墻后土體本構(gòu)模型的選擇、支護(hù)結(jié)構(gòu)材料模型的選擇、參數(shù)的計算和取值等進(jìn)行相應(yīng)闡述，可以對錨桿擋土墻聯(lián)合支護(hù)形式按照基本公式進(jìn)行模擬分析計算，為邊坡聯(lián)合支護(hù)中支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供依據(jù)。

3.基本公式

取單位長度重力式擋土墻為計算對象（見下圖），假設(shè)墻體豎直而且平滑，則墻后土層土壓力大小為而擋土墻結(jié)構(gòu)每延米自重為截面上部寬度為截面底部的寬度為則重心到墻基的距離所以基底的摩擦系數(shù)為μ。

擋土墻結(jié)構(gòu)截面示意圖

根據(jù)相關(guān)定義可得擋土墻的驗算公式如下：

4.錨桿擋土墻中的施工要求以及工序

（1）施工前準(zhǔn)備→開挖基坑→基礎(chǔ)澆（砌）筑工序→錨桿制作工序→鉆孔→錨桿結(jié)構(gòu)的安放與注漿錨固→肋柱和擋土板預(yù)制工序→肋柱結(jié)構(gòu)安裝工序→擋土板結(jié)構(gòu)安裝工序→墻后的填料填筑與壓實→竣工交驗等。

（2）施工要求

①按照建筑設(shè)計要求，施工前應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行錨桿抗拔力的驗證試驗。

②鉆孔作業(yè)后應(yīng)將孔內(nèi)粉塵，石渣清理干凈。孔軸應(yīng)當(dāng)保持直線，孔位允許偏差大小為50mm，深度允許偏差大小為-10～+50mm。

③錨桿結(jié)構(gòu)應(yīng)在孔位中心安裝。

④錨桿結(jié)構(gòu)未插入巖層部分，必須按建筑設(shè)計要求作好防銹處理。

⑤在有水地段安裝錨桿結(jié)構(gòu)時，應(yīng)將孔內(nèi)的水排出或采用早強(qiáng)速凝藥包式錨桿結(jié)構(gòu)。

⑥作業(yè)中宜先插入錨桿然后灌漿，灌漿應(yīng)采用孔底注漿法，灌漿管應(yīng)插至距孔底50～100mm，并隨水泥砂漿的注入逐漸拔出，灌漿壓強(qiáng)宜不小于0.2MPa。

⑦砂漿錨桿安裝后，禁止敲擊、搖動。普通砂漿錨桿在3天內(nèi)，早強(qiáng)砂漿錨桿在12小時內(nèi)，不得在桿體上懸掛重物。必須待砂漿達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后方可安裝肋柱、墻板。

⑧安裝墻板時，應(yīng)在安裝墻板的作業(yè)同時進(jìn)行墻背回填及墻背排水系統(tǒng)施工作業(yè)。

三、錨桿式擋土墻在巖土工程中的作用

近年來，各地的工程建設(shè)飛速發(fā)展，同時也產(chǎn)生了許多弊端甚至發(fā)生施工事故。許多工程建設(shè)項目的設(shè)計不符合相應(yīng)的科學(xué)性，以及我國滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害事件不斷發(fā)生，通過研究地質(zhì)災(zāi)害事件的因素，我國建設(shè)施工人員在進(jìn)行巖土工程建設(shè)中對于各類擋土墻技術(shù)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識有了很大的進(jìn)步和發(fā)展，發(fā)現(xiàn)只依靠單純的結(jié)構(gòu)自重來平衡高邊坡的土壓力和下滑力的擋土墻并不能達(dá)到現(xiàn)階段工程建設(shè)施工對于擋土墻實用性和安全性的總要求。新型的錨固工程技術(shù)、支撐手段等順利地得到了驗證和實際應(yīng)用，在新時期的建筑工程建設(shè)施工中的高邊坡防護(hù)方面發(fā)揮出了巨大的作用。

四、結(jié)語

錨桿式擋土墻是在錨桿結(jié)構(gòu)和肋柱結(jié)構(gòu)的相互配合和作用下，將各種作用力的方向和大小進(jìn)行有效的科學(xué)調(diào)整，進(jìn)而改變擋土墻的整體受力情況。該項技術(shù)有效地克服了傳統(tǒng)重力擋土墻的客觀缺點，高效、節(jié)能、安全、美觀地應(yīng)用于各項工程建設(shè)施工當(dāng)中，對我國的現(xiàn)代化建筑建設(shè)和各區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重大的改革和推動作用。

（作者單位：北京東方新星石化工程股份有限公司）