实用锚杆挡土墙设计方法的应用

实用锚杆挡土墙设计方法的应用摘要本文在工程实践基础上，以新的视角分析了锚杆挡土墙的受力特点，提出了锚杆挡土墙土压力的理论值及分布模式，在锚杆挡土墙土压力理论方面进行了有益的尝试。关键词土楔法锚杆挡土墙土压力分布模式地震作用锚杆挡土墙是一种轻型的挡土结构，由肋柱、墙面板、锚杆共同组成。土的侧压力通过肋柱传至锚杆，锚杆则依靠其锚固端在土中的抗拔力而维持整个结构的平衡性。锚杆挡土墙结构具有自重轻、省材料、施工快、柔性大、能适用于承载力较低的地基等优点；除此之外，它还成功地代替了庞大的坞工结构，基本不占用空间。虽然土钉挡土墙也具有上述优点，但锚杆挡土墙与之相比，仍具有自己的优势：边坡变形小（这一点对坡顶有建筑物或管线时尤为重要）等。土层锚杆技术由于近年来被广泛应用于基坑支护工程而为岩土工程师们积累了丰富的经验，使其日益成为一种较为成熟的岩土锚固技术，这有利于加深对锚杆挡土墙受力机理的理解及设计方法的认识。文献[1]中，笔者曾对锚杆挡土墙设计方法作过初步研究和总结。随着近年来工程实践的积累，对这种挡墙之设计方法又有了新的认识，现总结介绍如下，以供参考。1土压力的确定由于在均质土中，土体的滑裂面接近于平图1土楔受力分析图面，由此可以借鉴库仑公式的推导方法——土楔法——根据静力平衡关系或力矩极限平衡关系来确定土压力(2)（见图1）（1）式中为土压力系数，其值为：(2)其中,为滑裂面倾角,,为坡角；当填方挡土墙后开挖形成的稳定坡面的坡角时，取。为土钉或锚杆倾角；为土层内摩擦角；c为土层凝聚力；拾偷薯为土体容重。勤豆当土分层时千，为c嘱、蜂、凳可近似按厚度蔑加权平均。铜由念(2猴)职式可知，锚杆抛挡土墙土压力鼠系数与传统重习力式挡土墙后梦的土压力系数迷有所不诊同裕,术它不仅与土体盯的抗剪强度指雅标叼C摄、匪值有关，还与壳锚杆的倾角它、挡土墙高度洗H虎及超载球q雷有关，而后者只与伟、奔H惹、肌q尝无关。匠在工程实践中乎，多数情况下嘉仰角挡土墙是尚根据库伦土压皱力理论来设计替的。那么对于材锚杆挡土墙来榨说，采用土楔唯法与库伦理论洒哪个更合理呢丸？工用土楔法计算画土压力时，将糊土楔与挡墙作咳为一个整体，伸不需考虑土体点与墙之间的摩扫擦角；用库伦腥理论计算土压肉力时，只研究葛土楔受力，需茂考虑土体与墙漏之间的摩擦角行，并假定土楔擦受到摩擦力向敏上。下面，我生们来分析用库鹊伦理论计算锚刊杆挡土墙的土跟压力时，其假贷定的摩擦角方感向是否与实际到相符。为了研腾究问题的方便倡，这里只以直伍立边坡为例。杯对于板肋式及努格构式锚杆挡府墙通，常按照浩“通由上至下，逐跪层开挖，逐层航支惑护砍”骂的原则进行施繁工。取挡墙为滨研究对象，进雕行受力分析：冠挡墙共受四个诵力，重力初、锚杆拉力舱、水平首土压力绳及竖向土压力税—斜—开摩擦力，根据剥库伦假定，作黑用在土体上的缝摩擦力方向向邪上，作用在挡距墙膨上的摩擦力苹方向向下（见玻图茫2四）。邀图宪2安点施工过程中的顷挡墙及其受力眉分析偶对挡墙进行平质衡分析知，懂为负值，即作贪用在土体上的致摩擦力方向应灌向下。故库伦门理论假定的摩虾擦角方向对于庆这类锚杆挡墙只而言，与实际宫不符，结果偏撇于危险。一般嘴而言，之所以托会出现这种情棕况，是因为库肝伦理论是根据测重力式等填方娃挡墙及排桩式拥挖方挡墙岗等乱“面挡墙先存在后港挖（填）土虎方神”餐的施工情况进融行假设的，对包于确定这类挡绍墙的土压力，其其假定是与实搏际相符的；对南于板肋式及格反构式卖等踪“促先挖土方挡墙悟后存卷在零”哈的锚杆挡墙等器，其没有考虑屈该类挡墙的施蜓工情况，以至树在确定其土压口力时，其假定肺恰与实际相反酒。浅析实际工程中采脂用库伦理论设润计的板肋式及窜格构式锚杆挡球墙工程往往也驼是安全的，但路这并不表明该训理论假定的摩楚擦角方向的正借确性，只能说痰明岩土参数取食值过于保守而驳已。叹对于不考虑挡踏墙与土体之间刚摩擦角的情况揭，由文蔽献匠[2秆]渡知，根据库伦犁土压力股来判断锚杆墙输的抗滑稳定性责时，只有在延时才可靠，而得在合时并不可靠。华本文推荐的土质楔法却不存在蹄上述各问题。肉按崭(1登)糖式确定的土压供力应进行根据蜜施工情况等修愁正，因为朗（晋1饼）式是按极限序平衡状态推导割的，而实际情究况往往是非极驳限平衡。预应裤力锚杆挡土墙枯侧向土压力修鼠正系数节，按下述方法补确定：对于高勒度较大而分层碧开挖的情况华取剧1.2~1.漂3线，对于高度较深小而一次开挖趣到位的情况时淡取南1贪。局2树土压力分布模暂式的确定唇土压力的分布名模式是锚杆挡免墙计算中的一验个重要问题。箱文仗献草[3侨]大认为，单层锚想杆挡墙土压力悲按三角形分布赔，多层锚杆挡烘墙土压力应按句矩形或梯形分页布。这个土压喷力的分布模式料，从实测情况纳出发而不是从奉假设出发，承不认了锚杆对土击压力分布的影平响，反映了土曲压力分布的真销实情况，因而却较以往仅按理阴论假定或实测征形式而不考虑猛支护形式来计赞算土压力更具扭合理性。别时的土层深度弃称之为临界自笑稳开挖深度，饰设为攀，代入芦（刑2久）式得：（3）昆无临界自稳开规挖深度情况慎议b.抹有临界自稳开叨挖深度情况努图碰3率幕土压力分布图坝对于辰的情况，我们沉可称为有临界应自稳开挖深度晌的情况，如粘均性土多数情况猜属有临界自稳乳开挖深度的情战况；对于车的情况，我们约可称为无临界拉自稳开挖深度瓣的情况，无粘逃性土数情况属券无临界自稳开洽挖深度的情况震。五在上述认识的虾基础上，笔者绕认为对于多层心锚杆挡墙，其比土压力具体分治布模式应如图陶3甲。歌性控圾对于无临界自腐稳挪开挖深度情况苗，那，很绕。对于有临界架自稳促开挖深度情况去，夹，漠吊图帖3雄土压力分布模福式具有如下特扩点：久1)即亮该模式继承了播朗肯土压力理奇论的优点之一追，考虑了土的觉临界开挖深度桨h惑0番。实践证明，危在锚杆挡墙施毕工过程中，确且实存在临界开秘挖深度；而其粪他假定或实测第土压力分布形雷式均未考虑或养反映这一点。彻2纷）该模式继承牢了朗肯土压力广理论的绝优点之二，区崇分了地面超载继与土体自重产廊生的土压力并棋从理论上体现洞了土压力的极甲限值；实测土峰压力分布形式茧未能从理论上乡反映因而具有袭局限性。奏3贤）该模式给出际了非直立放坡绪情况下锚杆支驱护的土压力分岗布形式，是对晋直立放坡情况阵下锚杆支护的绵土压力分布形萍式的推广，具洗有一定的现实而意义。仓在锚杆挡土墙并工程设计时，厦应根据锚杆情需况来选择土压按力分布模式，芒这样就避免了朗以往仅按理论葱假定或实测形圆式而不考虑支铁护形式来计算垒土压力的片面坝性，较好的实六现了理论和实镇践的统一。乘3参券考虑地震作用锡的土压力菜锚杆挡土墙的银抗震设防问题挖是一个重要的线问题，因为城兰市中的锚杆挡逮土墙一般距建告筑物或道路、税管线较近，一乖旦破坏将直接饭危及到相邻的抵建筑和人群等科，后果极为严毯重。据但文轨献烘[急3泊、瞎4朱]厚等既有文献均掩未明确给出作脾用在挡土墙上犯的地震主动土够压力计算方法忌。置下摄面让我们仍用辅土楔法来研究吸考虑地震作用耽的锚杆挡土墙辟上的土压力问秘题。演假定由土楔体如自却重叨w孔引起的水平地倚震力为屠。怪作用于楔体重赤心，其方向水软平，并朝向墙俊后土体的滑动搏方向，它的大阿小为炉：掏授辽蓬科（屿为地震角）灰参考文难献激[2郑]涨中土压力的推言导过程可得：暴冰到（阳4捷）湾式中致为土压力系数猫，其值为：(5)耀划蹈其输中智宪,掏盾好比较惨（治1旷）与集（段4姻）式、妹（罩2红）与叨（包5字）式可以发现毯，仍可以用址（获1健）和倡（退2预）式来计算作暴用在挡土墙上麦的地震主动土才压力，但需说对珍(1蜂)瓜、种（哭2聚）式的容重泉、内摩擦角赚、秒超隙载嚼q敲和锚杆的倾角悉根据地震角组s自分别修正为辟、闪、缘和巴。夸上述结论与参许考文予献紧[慢5色、止6词]慌相比，二者对饰容重烫、内摩擦角兴的修正是一致做的；对锚杆倾早角稍的修正与对挡祖墙背摩擦角的明修正从本质上限说也是一致的煎，因为通过如摸此修正，二者鹰均使土压力减逐小；与后者不昼同的是，本文覆考虑了对笛超月载材q堆的修正而后者严未考虑这一点牙。工程案例栏抚顺市某小区税边坡发生滑坡羞事故，业主为上恢复小区坡顶四使用面积，并码防止滑坡再次裤发生，决定修柱建锚杆挡土墙令。挡墙孩高喊H=11.睡3迁米，倾角富；采用三排奏非预应力指锚杆，锚杆水强平及竖向间距粒均为查米，倾角固，裹杆体为三束预母应力钢永棒认烛（豪f那y穷=1570K隙p丸a少），锚头为挤谷压锚。长度分春别免为轨9.朽5洒米犬、抚12.科1费米阴及乎15.似5斩米漏（见兔图度4-覆a茧）。边坡土层巾依次由杂填土帐、全风化即混合花岗岩、营强风化混合花叹岗岩组成，挡闯墙后的回填土削采用砾砂，凝见聚力论；内摩擦角谷，抗震等级为邀七级（地震角计），地面超载牢20忧。按本文提出柿的土压力计算抵方法计算：不袭考虑地震作用峰时与考虑地震瓣作用时土压力均分别为雷、弹。暂至土压力取悔；灵治旅；屡摄；按二分之一带分担法计算得服三排锚杆的拉酿力标准值分别哈为：是，艳，台。丝段须a.框救锚杆挡土墙剖亮面章图窝瑞音辱b.恩平衡分析图借图努4浙讲锚杆挡土墙图翅（见亚图拣4-蛋b错）兼该工程透于是200串0攻年业6商月份竣工。实底践证明，该工农程是安全可靠陪的，任本文提出的土幼压力计算方法垒是确实可行的脾。4结语喝（阶1蛛）本文在工程繁实践和有关文糊献的基础上提避出的土压力的该计算方法及其椅分布模式，较嘱好地体现了锚足杆挡土墙的受茄力特点，符合横工程实际情况挥。着航歉（号2父）本文推导的钟考虑地震作用舰的锚杆挡土墙搂上的土压力计棕算式，具有概访念明确、计算泥简便、实用性皆强的特点，是保笔者在锚杆挡产土墙土压力计携算方法方面的循一点探讨，可芳供工程设计参祖考。参考文献家闫瑞艇明恐.木锚杆挡土墙的就设计方法研肿究僚.某刃朱浮声主况编惧.线扶辽宁岩土工程针技征术任.纹沈阳矩课东北大学出版蓬社予2001刊105-1喝07探闫瑞粘明页.霸土钉支护设计员方法研刺究乏.构岩石力学与工旋程学报削，