淺談錨定板擋土墻的設(shè)計

摘要：錨定板擋土墻結(jié)構(gòu)是一種適用于填方的輕型擋土結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕型、構(gòu)件可預(yù)制、能進(jìn)行機(jī)械化施工，并能適用于承載力較低的地基，比重力式擋墻可節(jié)省圬工約70%-80%，節(jié)約造價50%左右。因而這種結(jié)構(gòu)形式深受現(xiàn)場的歡迎，也引起了相關(guān)單位的重視。本文對錨定板擋土墻設(shè)計進(jìn)行一些探討。

關(guān)鍵詞：錨定板擋土墻;設(shè)計要點(diǎn);穩(wěn)定性分析

在上個世紀(jì)70年代，鐵道部工程師發(fā)現(xiàn)某公路路堤是采用當(dāng)?shù)厣?、卵石作填料，在堤中每隔一定厚度夾鋪榆樹，埋設(shè)方法是樹根朝向邊坡，邊坡坡度一般為1：0.1-1：0.5，高度可達(dá)10米，而不夾鋪的填土路基邊坡不能陡于1：1。并且工程師發(fā)現(xiàn)糧倉中大米任意堆放時，邊坡角不能陡于大米的安息角，而袋裝大米堆放時，邊坡可以很直很高，如將米袋內(nèi)側(cè)口打開，并把米仍然填滿，這時米袋的外側(cè)仍然是直立的，并不因內(nèi)側(cè)米袋口打開而有變化。大米向外的側(cè)壓力是靠壓在米袋皮上大米的重量所產(chǎn)生的摩阻力來平衡的。在1973年，鐵道部自立式擋土結(jié)構(gòu)試驗組先后做了三座路肩式的試驗工程。經(jīng)過多次的室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場實踐，證明錨定板多種布置方式都可保持穩(wěn)定。通過實測土壓力以及從施工方便上全面考慮，試驗組認(rèn)為采用桿件中間層長、上下層短的布置形式較為切合實際，也更合理些。在1975年，鐵道部第三設(shè)計院、西南交通大學(xué)和四川省建研所組建的新型支擋建筑科研組進(jìn)行了40組模型試驗，最終認(rèn)為當(dāng)錨定板總面積a等于墻面面積A，這時填料形成整體;若無錨定板，即a=0，這時不會形成整體，只是普通重力式擋土墻。因此，錨定板面積從0-A之間，會有一個限界使錨定板擋土墻形成整體。利用填料自重來支承填料和外荷所產(chǎn)生的側(cè)壓力。這次試驗為錨定板擋土墻的設(shè)計施工提供了理論依據(jù)。

一、錨定板擋土墻的分類

1.從結(jié)構(gòu)形式分，按錨定板埋于填料中的層數(shù)不同，可分為單層錨定板和多層錨定板擋土墻兩種。按肋柱在斷面上的布置位置不同，可分為單級和分級錨定板擋土墻兩種，單級是自基礎(chǔ)至全墻頂只采用一根肋柱，而分級則是采用兩根以上肋柱，自基礎(chǔ)至全墻頂用錯臺分級布置，單級的肋柱又可分為一根整體和截開的分段主柱兩種。按有無肋柱又可分為肋柱式錨定板擋土墻和無肋柱式錨定板擋土墻，有肋柱的擋土墻與錨桿擋土墻相似，區(qū)別在于抗拔力不是靠鋼拉桿與填料之間的摩阻力來提供，而是由錨定板提供，填料局限性小;無肋柱的則全是墻面板，與加筋擋土墻相似。按一根肋柱或截開分段肋柱上的拉桿層次不同，可分為單拉桿、雙拉桿和多拉桿。按多層錨定板連線所形成的坡度不同，可分為垂直、仰斜、俯斜和折線等幾種。

2.從受力狀態(tài)分，可分為單錨和群錨擋土墻，單錨是錨定板前的填料因摩擦作用而支承側(cè)壓力;而群錨則是當(dāng)錨定板布置到一定的密度時，墻面和錨定板及其中的填料形成一個整體墻來支承側(cè)壓力。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計

錨定板擋土墻的設(shè)計主要為設(shè)計荷載計算、肋柱設(shè)計、拉桿設(shè)計、錨定板設(shè)計和墻面板設(shè)計等。由于擋土板、拉桿、錨定板及填料的相互作用，影響土壓力的因素很多，是一個很復(fù)雜并涉及土與結(jié)構(gòu)相互作用的問題，目前一般作一些假定和簡化，墻面板所受的土壓力一般按重力式擋土墻有關(guān)規(guī)定計算。

肋柱按受彎構(gòu)件設(shè)計，主要承受由擋土板傳遞的側(cè)向土壓力，設(shè)計荷載的計算跨度為相鄰肋柱中心的距離。根據(jù)肋柱上設(shè)置的拉桿層數(shù)及肋柱與肋柱、肋柱與基礎(chǔ)的連接狀況按單跨梁、連續(xù)梁、彈性支承連續(xù)梁或者剛性支撐連續(xù)梁計算。并需考慮肋柱支點(diǎn)的變形，以及在搬運(yùn)、吊裝和施工過程中由于拉桿受力不均勻等非正常荷載情況，肋柱斷面尺寸按計算的肋柱最大彎矩來確定，同時考慮支撐墻面板的需要，肋柱寬度不宜小于24cm，高度不宜小于30cm。

拉桿的設(shè)計應(yīng)滿足最上排拉桿至填土頂面的距離不得小于10m。拉桿長度應(yīng)滿足墻的整體穩(wěn)定性要求，且最下一排拉桿的長度應(yīng)置于主動土壓力破裂面以外不小于3.5倍錨定板高度。路肩墻最上一排拉桿長度，應(yīng)大于另一側(cè)軌枕端頭。拉桿直徑應(yīng)根據(jù)拉桿設(shè)計拉力及所選用鋼材的容許應(yīng)力計算，且不宜小于22mm。

錨定板面積一般根據(jù)拉桿設(shè)計拉力及錨定板容許抗拔力來計算，其中錨定板容許抗拔力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，當(dāng)沒有現(xiàn)場試驗資料，一般考慮用經(jīng)驗公式計算。鐵道部科學(xué)研究院做了大量的錨定板現(xiàn)場拉拔試驗，根據(jù)試驗資料統(tǒng)計分析，并通過有限元方法計算，進(jìn)行驗證后，得到根據(jù)錨定板的埋置深度建議采用的容許抗拔力數(shù)值;鐵三院和鐵四院以室內(nèi)模型試驗資料為依據(jù)，并用現(xiàn)場資料校核歸納，得到各自建議采用的經(jīng)驗公式，可根據(jù)各自計算結(jié)果選取偏安全的一種。

肋柱式錨定板擋土墻的墻面板設(shè)計采用鋼筋混凝土槽形板、矩形板、空心板，有時也可采用拱形板，墻面板可按兩端簡支的受彎構(gòu)件計算，其計算跨度為擋土墻長度減去一個搭接長度，搭接長度不小于10cm，設(shè)計荷載為與擋土板位置相應(yīng)的土壓力圖中的最大土壓力值，按均勻荷載計算。無肋柱式錨定板擋土墻的墻面板，可采用鋼筋混凝土矩形板、十字形板、六邊形板，當(dāng)一塊墻面板上連接一根拉桿時，其內(nèi)力與配筋，一般按單支點(diǎn)雙懸臂計算。

三、錨定板穩(wěn)定性分析方法

目前常用的整體穩(wěn)定性分析方法有折線裂面法（Kranz法）和整體土墻法等。可根據(jù)錨定板設(shè)置的具體條件選擇其中一種方法。錨定板擋土墻一般不需進(jìn)行抗傾覆檢算。Kranz法，也稱為折線裂面法，該方法由Kranz于1953年提出。Kranz方法認(rèn)為：當(dāng)拉桿力作用于錨定板時，在經(jīng)過錨定板可能產(chǎn)生的所有滑面中，折線滑面（墻面的下端、錨定板的底部和錨定板后方的主動土壓裂面組成）是最危險的滑面，并以此考慮土體平衡求得抗拔力。我國也多用該方法。整體土墻法，西南交通大學(xué)等單位認(rèn)為當(dāng)錨定板達(dá)到一定的密度后，墻面與錨定板及其中的填土就會形成一個共同作用的整體土墻，此時可采用重力式擋土墻穩(wěn)定性驗算方法進(jìn)行計算。

四、結(jié)論

在土建的支護(hù)結(jié)構(gòu)工程中，國內(nèi)采用擋土墻類型多種多樣，一般根據(jù)當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境、工程地質(zhì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素選擇適用的擋土墻結(jié)構(gòu)。從上世紀(jì)70年代以來，我國開始了錨定板擋土墻的科研、設(shè)計和施工實踐，并對不同錨定板組合以及墻體的土力學(xué)性能進(jìn)行了多次研究分析，在工程應(yīng)用中也已有成熟的經(jīng)驗。在支擋結(jié)構(gòu)形式的選擇上，錨定板擋土墻對地基承載力要求較低，構(gòu)件可以預(yù)制，柔性大且造價較低，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，圬工少，在經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。

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[作者簡介]余佳陽（1995.08-），男，漢族，四川省成都市人，西華大學(xué)應(yīng)急管理學(xué)院碩士研究生在讀，主要研究方向：防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程。