肋柱式锚杆挡土墙设计及应用

肋柱式锚杆挡土墙设计及应用　

西 安 铁 路 局 勘 测 设 计 所　 张 江 波　

摘　 要 ： 锚杆 式挡 土墙 作 为 一种 新型 支挡 结构 ， 占地 面积 小 、 工 方便 、 以 施 变形 小及 安 全度 较　

高的特 点在 边坡 防护 工程 中得 到 了广 泛 的应 用。 文 主要介 绍 了肋 柱式 锚杆 挡 土墙　 本 的 结构 、 造 ， 构 及其 受力分 析 、 算 方 法 ， 计 并应 用 工程 实例 对 肋 柱 式锚 杆 挡 土墙 进 行　

了实例 分析 。 　 关 键词 ： 肋柱 式　 锚杆 挡 土墙　 土压 力 　 锚杆 有 效 长度　

０引 言　

锚 杆 式 挡 土 墙 是 由钢 筋 混 凝　

１１土压 力计 算　 。

１２肋柱 设计 计算　 ＿ 肋 柱 式 锚 杆 挡 土 墙 每 根 肋 柱　 承受 相邻 两跨 中至 中的土 压力 。假　

１１１作 用 于 锚 杆 挡 土墙 墙 背上 的　 ．．

荷 载 组 合 应 按 重 力 式 挡 土 墙 有 关　 规定 计算 。墙 背 主动 土压力 可 按库　 伦 土压力 理 论计算 其 水平 分力 。锚　 杆 挡 土墙 为 多 级 时 ， 分 别计 算 其　 应

墙 背土压 力 。 　

土 肋 柱 、 面 板 和锚 杆 组 成 的 支挡　 墙 建 筑 物 ， 依靠 锚 固在 稳 定地 层 内　 它

锚 杆 的抗 拔 力 维 持 挡土 墙 的稳 定 ， 　 适用 于岩质 路堑 地段 。锚 杆挡 土墙　 的结 构 形 式 主 要 有 肋 柱 式 、板 肋　

设 肋 柱 与锚 杆 的连 接 处 为 一 铰 支　

点 ， 肋 柱 视 为支 撑 在 锚杆 和地 基　 把 上 的简支 梁或 连续 梁 。当肋 柱仅 有　 两 层锚 杆 且 底 端 为 自由端 时 ， 简　 按 支 梁计 算 ；当肋 柱 的锚 杆 为两 层 ， 　

１１２对 岩 质 边坡 ，当采 用 逆 作 法　 ．． 施 工 柔 性 结 构 的多 层 锚 杆 挡 土 墙　 时 ，土 压力 分 布 可 按 图 ｌ ２确定 。 一 　 图 中的 ｅ 　按下式 计 算 ： 　

ｅ ＝ ｈ０９ 　 ｈ Ｅｋ ．Ｈ ｋ ／ （— ） １１ 　

式 、 构 式 等 结构 形 式 。一般 肋 柱　 格

式 锚 杆挡 土 墙 采 用灌 浆 锚 杆 ， 有　 具 较 大 的抗 拔 力， 可用 作路 堑挡 土墙 。 　

但 柱 底 的支 撑 条 件 为 铰 支 端 或 固　

定 端 ， 者 锚 杆 超 过 两 层 时 ， 连　 或 按

续梁 计 算 。肋柱 的支 承 反力 ， 点　 节 和各 截 面 的 弯矩 、 剪力 计 算 可 参 见　

１肋 柱 式锚 杆 挡 土 墙 的 设 计　

肋 柱式 锚 杆 挡 土 墙 由肋 柱 、 挡　 土板 和灌 浆 锚 杆 组成 ， 以采 用 分　 可

式 中 ｅ　一 侧 向 岩 土 压 力 水 平 分　 　 － 力 的应力 分布 标准 值（Ｐ ） ｋ ａ； 　

Ｅ厂 　 （ ） ｋ ； Ｎ 　 Ｈ — 挡 土墙 高度 （ 。 — ｍ） 　 根 据 库 伦 理 论 计 算 的　 侧 向 岩 土 压 力 合 力 的 水 平 分 力　

《 建筑 结

构 设计 手册 》 行计 算 。 进 　

１３墙 面板 的计 算　 ．

墙 面 板 可 按 以 肋 柱 为 支 点 的　

段 拼 装或 就地 灌 注 ， 图 １ １ 肋 柱　 如 —。

式锚 杆挡 土 墙设 计 的主 要 内 容有 ： 　 墙 背 土 压 力 计 算 ， 柱 、 杆 和 墙　 肋 锚 面板 的设 计 计算 ， 柱底 端 支 撑 应　 肋 力 的检 算 ， 、 的配 筋 ， 杆 的设　 柱 板 锚

计等 。 　

简支 板 计 算 ， 计算 跨 度 为 净跨 加　 其

板 的两端搭 接 长度 的距 离 。墙 面 板　 的计 算 荷 载应 为 ： 板 的宽 度采 用　 沿 与其 相 应 土压 力 图示 中的最 大 值 ， 　 按 均布 荷载 计算 。 　 １４锚 杆 的设计　 ．

１４１锚杆 的拉 力计 算　 ．． 锚 杆 为 中心 受 拉 构 件 ， 取 肋　 截 柱 的任 意 支 点 ｎＲ ，　为肋 柱 支 点 反　 力 ， 杆 的轴 向拉 力 为 Ｎ ， 图 １ 　 锚 　如 —

３则： ， 　

图 １ 　 肋 柱 式 锚 杆 挡 土 墙　 —１ 图 １ ２ 岩 质 边坡 土 压 力公 布 图　 —

Ｎ ＝ ｎｃＳ １ 仅） （— ） ｎ Ｒ ／Ｏ （ 一 　 １ ２　 ３

［互 匣 　 二　 ］

西铁科技 　

肋 柱 式锚 杆 挡 土墙 设 计 及 应 用 　

式 中 一 柱 相 对 于 铅垂 线 的　 　 肋 倾 角 （）　 。； Ｂ一 杆 对 水 平 方 向 的 倾 角　 锚

（） 。。 　

拔 试 验 ， 以确 定 锚 杆 的极 限 抗 拔　

力。 　

不 宜 大 于 １ｍ。多 级墙 上 、 两 级　 ８ 下 之 间应 设 置平 台 ， 台的 宽度 不 应　 平

① 由锚 杆 孔 壁 与 砂 浆 之 间 的　

小于２ ｍ，平 台 顶 面宜 用 Ｃ ０混 凝　 ２ 土封 闭 ，其 厚 度 宜 为 １ ｅ ，并 设　 ５ｒ ａ ２ ％横 向向外排 水坡 。一 般情 况 下 ， 　

肋 柱 和 墙 面板 的混 凝 土 强度 等 级　

摩擦 确定 锚杆 的有 效长度 ｆ　 ａ

为 了保 证 锚 杆 与 砂 浆 作 为 一　

／、 ｎｌ 、 　

个 整 体 不 会 从 与 孔 壁 的 接 触 面 滑　

３＼ 　 　　 瞌 盘

出 ， 杆 的 有效 锚 固长度 ｆ可根 据　 锚 　 锚 杆 的设计拉 力 由下式计 算 确定 ： 　

Ｌ ＝ Ｎ／ Ｄ・ ａ Ｋ・ ，ｒ 　 ＇ ｒ （－ ） １ ４　

宜为 Ｃ ０ ３ ，肋 柱 的 基础 应 采用 Ｃ ０ ２　

混凝土。 　

７ 　

ｆ 　

图 １ －３ 锚 杆 计 算　

（ ）肋柱 式锚 杆挡 土墙 的肋 柱　 ２ 间距 宜 为 ２ ３ ￣ ｍ，肋 柱截 面可 采 用　 矩 形 或 Ｔ形 ，截 面 宽 度 不 得 小 于　

３ｅ 　 ０ ｍ。

式 中 Ｌ 一 固段长 度 （ ｍ） ａ锚 ｍ ； 　 Ｎ 一锚 杆 轴 向 承 载 力 设 计 值　 ｔ

（ ； Ｎ） 　

１４２锚杆 的截 面设计　 ．． 锚 杆 的 截 面 设 计 需 要 决 定 每　 层 锚 杆所 用 钢 筋 的根 数 和直 径 ， 并　

Ｋ一 全 系数 ， 采用 ２０

２ ； 安 可 ．￣ ． 　 ５

（） ３ 锚杆 可按 弯 矩 相 等 或支 点　

反 力 相等 的原则 布 置 ， 间距 不小 于　 ２ 一 般 水 平 向下 倾 斜 ｌ 。２ 。但　 ｍ， ５～ ５， 不 宜 大 于 ４。 ５，每级 肋 柱 上 的锚 杆　 可设 计 为单层 或多 层 。锚 杆 钢筋 宜　

Ｄ 锚 固体 直径 （ ｍ） 一 ｍ ； 　

一

水 泥 砂 浆 与 岩 石 孑 壁 间 的　 Ｌ

根 据 钢 筋 和 灌 浆 管 的 尺 寸 决 定 钻　

孔 的直径 。锚 杆应 按 中心受拉 构件　

粘 结 强 度 设 计 值 （ ／ 　， 般 由 Ｎｍｍ ） 一 　

现 场拉 拔 试 验确 定 ， 试 验资 料 时　 无

设计 ， 需钢 筋 面积按 下式计 算 ： 所 　

Ａ＝ Ｎ／　 　Ｋ・ ￣ ｆ ， （－ ） １ ３　

可参 考 《 路 路 基 支挡 结 构设 计 规　 铁

范 》 录 Ｃ０１中有 关规定 。 附 ．． 　

选 用 带 肋 钢 筋 或 高 强 度 精 轧 螺 纹　

钢 筋 ， 宜 采 用 镀 锌 钢 筋 ， 直 径　 不 其 为 １￣ ２ ｍ。钢筋每 孔不 宜超 过 ３ ８３ｍ 　 根 。锚孔 注浆 材料 一般 采用 水泥 砂　 浆 ， 强度等 级 不应低 于 Ｍ３ 。 其 ０　 （） ４ 当肋柱 就地灌 注时 ， 杆钢　 锚 筋 深入肋 柱 的锚 固长 度必须 满 足有　 关 规范 的规定 。当采用 拼装 时 ， 可用　 螺栓 连接或 焊短钢筋 和设 置弯 钩 的　

式 中 Ａ一 筋 的截 面面积 （ ｍ ） 　钢 ｍ 　； 　 Ｎ一 　钢筋 轴 向拉力 （ ； Ｎ） 　 Ｋ一 载 安 全 系 数 ，可 采 用　 荷

２．－２． 　 ０ ２；

② 按 锚 杆 与 砂 浆 之 间 的容 许　

粘 结 力 对 锚 杆 的 有 效 锚 固 长 度 进　 行 验算　

Ｌ＝ Ｎ／－ ・ ａＫ・ ， ｒ 　 ｎｒ ｄ （－ ） １ ５　

ｆ 钢 筋 的 抗 拉 设 计 强 度 （／ ｖ 一 Ｎ　 ｍｍ） ２　 。 １４３确 定锚 杆长 度　 ．． 锚 杆 的长 度 包 括 非 锚 固 段 长　

度 ｆ ｆ 和有 效锚 固段 长度 Ｚ两部 分 ： 　 　

式 中 ｎ 钢筋根 数 ； 一 　

ｄ 单根 钢筋 直径 （ 一 ｍｍ）　 ；

一

水 泥 砂浆 与 钢 筋 间 的粘结　

强 度设计 值 （ ／ 　； Ｎｍｍ ） 　

专 采 用 两 根 或 两 根 以 上 钢 筋　 一

连接方 法 ，但 肋柱上 锚杆端 外 露部　

分必须用砂 浆包裹 ， 防止锈蚀 。 　

（ ） 定锚 杆 的非 锚 固段 长度　 １确 非 锚 固 段 长 度 ｆ是 根 据 肋 柱　 ｆ 与 主 动 破 裂 面 或 滑 动 面 的 实 际距　 离来 确 定 的。 　

时 ，介面 粘结 强度 降低 系数 ， 取　

０．￣０．５。 ６ ８ 　

３工程 实例　

３． １工 程 概 况　

为 了安 全 和稳 定 的要 求 ， 锚杆　

的 有 效 长 度 不 但 应 满 足 以上 公 式　

的 要求 ， 还应 保 证 在岩 层 中不 小 于　 ４米 ， 也不 宜大 于 １ 但

Ｏ米 。 　

病 害地段 位于甘 钟线 Ｋ ４ ＋ ６７ 　

３５ ＋４ ９ 一 ４ ９段 。 线路 左侧 坡面 上缓 下　

（ ） 定 锚杆 的有 效 锚 固长 度　 ２确

ｌ 　

陡 ， 度 ４ 。６ 。 堑 坡 高 约 １ － ０ 坡 ５￣０ ， ５ ２　 米， 局部 陡坡不均 。地层为上覆 残坡　 积 层 （　 ）下 部 为 三迭 系新 苑 组 砂　 Ｑ４， 岩 页岩互层 ， 堑坡 表层 节理发 育 ， 风　

锚 杆 的 有 效 长 度 Ｚ则 是 根 据　 　 锚 杆 固端 的抗 拔 力来确 定 的 。影 响　 锚 杆抗 拔 力 的 因素很 多 ， Ｌ 岩　 如孑 壁

２肋柱 式锚 杆 挡 土墙 的构 造 要　

求　

（） １ 为便 于 施 工 ， 柱 式 锚 杆　 肋 挡 土 墙一 般 采 用直 立 式 ， 据地 形　 根 地 质 条件 可 设 计 为单 级 或多 级 ， 每　 级 墙 的 高度 不 宜 大 于 ８ ｍ，总高 度　

化 破碎 ， 体现 多条张 开裂缝 ， 坡 直接　

威 胁甘 钟线 的行车安 全 。经综 合考　 虑 ，决 定对该 段线 路左侧 不稳 定岩　 质 坡 面采用肋 柱式锚 杆挡 土墙进 行　

土 层 的 强度 、 砂浆 与 孔 壁 的粘 结 强　 度 、砂 浆对 锚 杆 钢 筋 的握 裹力 、 底　 层 厚 度 等 。 因此 ， 好 进行 现 场 拉　 最

西科 铁 技０［ ／１ 　 　１０　］ ２　 ２

肋 柱式 锚杆 挡 土墙设 计及 应 用 　

边坡 防护 。单级肋 柱 高７ ｍ，截 面　 ． ５

０４ Ｏ ｍ ．ｘ ． ，间距 ２ ｍ。挡 土 板 采 用　 ４ ． ５

、 　 ／ 　

２６ 　 ６ ｍｍ ＜截 面 最 小 配 筋 Ａｓ ４ ０ 　 ＝０ｘ

ｂ　 － ／ ， ｒ， － 、 　 　

Ｃ ５钢 筋砼 预制板 ， ２ 板厚 ０ ｍ， 宽　 ． 板 ３ ０５ ． ｍ。路堑 防护立面如 图 ３ １　 －。

ｒ ｌ｜ ２ 　　 ＼ ； ５ 　 ＼ ． 　 ２ 　

５ 　 ８４ ５ 。　

图 ３ 　 剪 力 计 算 简 图　 －５

４ ０ Ｏ０ ２ ３ ０ ｍ ；取 ２ １ ， ＝ ０ｘ． ＝２ｍ 　 ０ 　 ６ ＡＳ 　

ｎ （ ３ 　 一 八 　 ４ ２ 箍 筋 取 ｑ８ ０ ， 杆 ｌ米＝ ０， ￣＠２ ０ 锚 范　

ｒ 　 ｂ

　房 －、 　 、

－ 　

围 内加 密为　 ８ ５ 。 ＠１ ０　

３６整 治效 果　 ．

八 ＝＝ ＝　

分ｕ 　 襄

该 工程 自 ２０ ０ ８年 完 工 后 ， 　 目

前 堑 坡坡 体 稳 定 ， 大 减 少 了维 护　 大

成 本 ，整 治 工 程 达 到 了预 期 的 效　

果。 　

． 　

ｔ…

…

８ 　

图 ３ －１ 路 堑 防 护 正 面　

３４锚杆 计算　 ． 锚 杆水 平 间距 ３ ｍ， 向 间距　 ． 竖 ０ ２５ Ｏ ＝ ５ ．ｍ，． １ 。； 锚 孔 直 径 Ｄ 取　 ｒ

３２土 压 的计算　 ．

４ 结束 语　

肋 柱 式 锚 杆 挡 土 墙 以 其 用 料　

以上级 挡墙 为例 进行 计算 。墙　

后岩 体 内摩擦 角 ：５ ； ４ 。

岩土 容重 ：９ １　

ｌ ０ ｍ； 浆 与 岩 石 之 间 粘 结 强 度　 １ｍ 砂 值　 ＝０３ ａ ．Ｍｐ ；钢 筋 与砂 浆之 间粘　

结 强 度 ｆ ２４ 。 以 中部 锚杆 为 例　 ｂ ． ＝ Ｍａ

省、 工效 快 、 工 方 便 ， 能 克 服 不　 施 且

良地 基 挖基 困难 等 优点 ， 国内 已　 在

（Ｎｍ） ｋ ／３ ；墙 背 与墙 后体 土 摩 擦 角 ： 　

２。库仑土压力分项（ 全） 数＝ ０； 安 系 　 １ ： ． 由库仑 土 压力 公式 计 算破 裂 角　 ２

０ ２ ．６ ；作 用 在肋 柱 上 的土 压 力　 ＝５ 。 ４

被 广 泛 应 用 于 铁 路 、 路 、 矿 和　 公 煤

水 利等 边坡 防护 工程 中。随着 锚杆　 技 术 的进 一 步 发 展 ， 柱 式锚 杆 挡　 肋 土 墙 在岩 土 锚 固工程 中 的应 用 ， 特　 别 在 危 岩 治 理 、 坡 处 理 、 下 室　 边 地 侧墙处理 ， 以及 滑 坡 治 理 、 坡 顶　 边 部建 筑 安 全 稳定 的处 理 ， 必 有 着　 势 更加 广 阔的应 用发 展前 景 。 　 参考 文献 ： 　

［ 铁 路 路 基 支 挡 结 构 设 计 规 范 １ 】 　 （Ｂ１０ ５ ２ ０ ） 京 ： 国铁 道 出 版 社 ， Ｔ ０２ — ０ ６． 北 中 　

２ ０６． ０ 　

进 行 计 算 ， ２ ６ ．＋ ６ １ ５８ Ｎ， Ｒ ＝ ９８ ５ ＝ ２ ．Ｋ 　

锚 杆 的 拉 力 Ｎ ＝ ２ ． Ｃ Ｓ （５ ）　 ｎ １ ５８ Ｏ １ 。＝ ／ １０２ Ｎ，所 需 锚 杆 的截 面 Ａ ＝ ｘ ３ ．Ｋ ｓ２ 　

１０２ １ ３ ０ ＝ ６ ｍｍ ， 选 ２￣５　 ３ ．ｘ ０／ ０ ８ ８ 　 ３ ｑ２ ，

（Ｎ 荷载 计算 如 图 ３ ３　 ｋ） —。

１　 １ ７９　

．

４ ，６ ７７ 　

７ 丘 　９ ６ ７ ２３ 　 　 Ｓ

一 二 二二 ： 二 ＿ ｝ ［ 二＿ 　 ］

Ａ ＝ ８ｍ 　８８ 　 ｓ ９ ２ ｍ ＞ ６ ｍｍ 。锚 杆 的有 效　

锚 固长度 ： 　

Ｌ ｌ２ ｌ０２ １３３１ｘ　 ｘ ．　 ａ＝ ｘ ３ ．ｘ０／ ． ｌＯ Ｏ３ （ ４ ｌ ）

图 ３ ３ 荷 载 计 算 简 图　 －

＝

２ ９ ５０ ｍｍ， 　

３３肋柱 受 力计算　 ． 上 墙 可视 为 顶 端 悬臂 、 端 简　 底

Ｌ ２ ２ １０２ ｌ ３２ ３１ ｘ ５ Ｏ６ ｘ ａ ＝ ｘ ３ ．ｘ Ｏ／ ｘ ． ２ ｘ ．５ 　 （ ４

２４＝ ０ ２ ， ． １６ｍｍ　 ）

考 虑 工 程 不利 因素 ， Ｌ ＝ ． 岩　 取 ａ ４０ ｍ（

层） 锚杆 长度 Ｌ ２ ４ ６ 　 ＝ ＋ ＝ ｍ。 ３５肋 柱计 算　 ． 肋 柱 截 面 ０４ ０４ Ｃ ０混 凝　 ．ｘ ． ｍ，３ 土 ，保 护层 取 ３ ｍｍ，采 用 对 称 配　 ５

支 的连续 梁 ，弯矩 （Ｎ・１、剪 力　 ｋ ｒ） ｆ

（ Ｎ） 算 女 图 ３ ４ ３ ５　 ｋ 计 口 — ，— 。

［ 铁 道 第一 勘 察 设 计 院 ．铁 路 工程 设 计　 ２ ］

技 术手 册． 基 ． 京： 国铁 道

出版社 ． 路 北 中 　

１ ９２　 ９ ．

筋 。 以上 墙肋 柱 为例 进行计 算 ： 　

［ ３ 】陈 忠 达 ． 路 挡 土 墙 的 没 计 【 ． 京 ： 公 Ｍ】 北 　

人 民 交 通 出版 社 ， ０ １　 ２０ ．

Ｍｍ ｘ ２．Ｋ ｘ ０＝ ￣ ２＝ ａ＝ ８６ Ｎ ｍ，　Ｍ／ ｄ 　 【

：　　 ０６

［ 尉 希 成 ， 美玲 ． ４ 】 周 支挡 结 构 设 计 手 册 ． 　 第

二版 ． 京 ． 国建 筑 工 业 出版社 ．０ ４ 北 中 ２０． 　

２ ．ｘ ０ （４３ ３５ ４ ０ ＝ ．３　 ８ １６１．ｘ ６ ｘ０ ￣ ００ ４ ６ ／

＝

图 ３ ４ 弯矩计算简图 —　 　

查表 ＾ ０ ８ ， Ａ ＝ ／ ％ ｏ ｙ ． ２则 ｓＭ￣ ｈ　 　 ９ ＝ ） ２ ． 　 ６０９ ２ ３ ５ ３ ０ ＝ ８６ １ ／ ．８　ｘ ６ 　ｘ ０ 、 　 　ｘ ０ （

［互 ］＠ 西 科 　 二　至 铁技